MINISTRY OF EDUCATION OF THE REPUBLIC OF BELARUS STATE COMMITTEE ON STANDARDIZATION OF THE REPUBLIC OF BELARUS NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF BELARUS BELARUSIAN NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY BELARUSIAN STATE INSTITUTE OF METROLOGY INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF BELARUS INSTRUMENTATION ENGINEERING-2016 Proceedings of the 9th International Scientific and Technical Conference November 23–25, 2016 Minsk, Republic of Belarus Minsk BNTU 2016 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ НАН БЕЛАРУСИ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ-2016 Материалы 9-й Международной научно-технической конференции 23–25 ноября 2016 года Минск, Республика Беларусь Минск БНТУ 2016 УДК 681.2(063) ББК 34.9я431 П75 Редакционная коллегия: д-р техн. наук, профессор О.К. Гусев (председатель); канд. экон. наук, доцент Е.В. Гурина; д-р техн. наук, доцент Н.А. Жагора; д-р техн. наук, профессор М.Г. Киселёв; д-р физ.-мат. наук, доцент М.А. Князев; д-р физ.-мат. наук, профессор Н.В. Кулешов; д-р физ.-мат. наук., профессор А.М. Маляревич; д-р физ.-мат. наук, В.В. Машко; чл.-корр. НАН Беларуси, д-р техн. наук, профессор Ю.М. Плескачевский; д-р техн. наук, доцент П.С. Серенков; д-р техн. наук, профессор В.Л. Соломахо; чл.-корр. НАН Беларуси, д-р техн. наук, профессор С.А. Чижик; д-р физ.-мат. наук, профессор К.В. Юмашев; канд. техн. наук, доцент Р.И. Воробей, канд. техн. наук, доцент А.К. Тявловский (отв. секретарь) Рецензенты: д-р тех. наук, доцент Н.И. Мухуров; д-р тех. наук, проф. Л.М. Лыньков Издание включает материалы 9-й Международной научно-технической конференции «Приборостроение-2016» по направлениям: измерительные системы и приборы, технические средства безопасности; методы исследований и метрологическое обеспечение измерений; физические, физико- математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения; управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли. Материалы конференции могут представлять интерес для научных работников, преподавателей вузов, аспирантов и магистрантов, специалистов реального сектора экономики, занимающихся исследованиями, разработкой и производством приборов и измерительных систем. ISBN 978-985-550-941-8 © Белорусский национальный технический университет, 2016 Пленарные доклады 5 ПЛЕНАРНОЕ ЗАСЕДАНИЕ УДК 681 ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Шкадаревич А.П., Петрович И.П., Рудиков С.И. НТЦ «ЛЭМТ» Минск, Республика Беларусь Одной из впечатляющих тенденций XXI века является все более широкое применение роботизированных систем как военного, так и гражданского назначения. Так, сегодня беспи- лотные летательные комплексы (БПЛА) стано- вятся незаменимыми во многих сферах человеческой деятельности (контроль границы, охрана окружающей среды, помощь в разреше- нии и ликвидации чрезвычайных ситуаций), и, конечно, в области военных технологий: раз- ведка, управление высокоточным огнем и пора- жением целей, самостоятельное выполнение боевых задач. Не менее актуальным является применение наземных робототехнических систем, например, для разминирования, работы в зоне повышенной радиации, в системах безопасности. Постоянно растет число принятых на армейское снабжение автоматизированных бое- вых модулей на основе, как легкого, так и артиллерийского вооружения. Доказали высокую боевую эффективность боевые бронированные машины, способные работать без оператора. Не так давно DARPA (США) анонсировала начало работ по созданию беспилотного боевого само- лета. Одними из ключевых модулей робото- технических комплексов являются оптико- электронные системы, на которые возлагаются следующие функции: - всесуточное и всепогодное обнаружение, распознавание и идентификация целей; - автоматическое или ручное дистанционное слежение за целями; - определение координат (в т.ч. географи- ческих) объектов; - баллистические вычисления и управление огнем вооружения. В данной работе рассматриваются разработки Научно-технического центра «ЛЭМТ» БелОМО в области оптоэлектронных систем для роботизированных комплексов различного назначения. 1. Оптико-электронные боевые модули «QUAD-1» и «QUAD-2» Системы предназначены для автоматического круглосуточного и всепогодного обнаружения и слежения за целями, расчета их траектории, осуществления баллистических вычислений, управления огнем в т.ч. и по движущимся целям по принципу «выстрелил – забыл» в комплексах с четырьмя гранатометами, устанавливаемыми на земле либо на бронированных мобильных платформах Оптико-электронные боевые модули «QUAD-1» (слева) и «QUAD-2» (справа) Диапазон дистанций стрельбы 50 ÷ 700 м Диапазон дистанции измерения дальности лазерным дальномером 50 ÷ 1 000 м Поле зрения телевизионного (tvc) и тепловизионного (tc) каналов 6х8º Дальность распознавания тс объекта типа танк (δт ≥ 50 мк) ≥ 1 000 м Угловая скорость наведения 0,05 ÷ 10 град/сек; Точность наведения 1 мрад Максимальная потребляемая мощность 300 вт (кратковременно) Диапазон рабочих температур -30ºС ÷ +50ºС; 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 6 2. Прицел-дальномер для стрелкового оружия СПД-1 «Булат» Прицел предназначен для осуществления прицельной стрельбы из переносного и стационарного стрелкового оружия: пуле- метов типа ПКМН, ПКП, НСВ «Утес», снайперских винтовок ОСВ-96 и др. Прицел имеет встроенный дальномер и осуществляет корректировку положения прицельной марки в зависимости от дистанции и других вводимых параметров. Система позволяет также осуществлять сопровождение движу- щихся объектов с введением бокового упреждения. Прицел-дальномер СПД-1 «Булат» на крупнокалиберном пулемете НСВ «Утес» Длина волны излучения лазерного дальномера (905±30) нм Диапазон измерения дальностей от 50 до 2000 м Абсолютная погрешность измерения дальност в диапазоне 50 – 2000 м, не более ±2 м Видимое оптическое увеличение 6х Угловое поле зрения, не менее 5° Габаритные размеры (без наглазника), не боле 265х150х155 мм Масса (без элементов питания), не более 3 кг 3. Наблюдательный оптико-электрон- ный и радиолокационный комплекс контроля наземной обстановки (HVS) Комплекс предназначен для контроля наземной обстановки и позволяет вести обнаружение и распознавание целей типа «человек, автомобиль, боевая машина (БМП, БТР, танк)» в дневное и ночное время. Комплекс может использоваться для охраны границ и объектов и размещаться на стационарной платформе (мачте) или на автомобиле. При этом автоматизированное рабочее место оператора может размещать удаленно в пункте наблюдения или в кабине автомобиля Оптико-электронный модуль комплекса контроля наземной обстановки (слева) и его пользовательский интерфейс (справа) Пленарные доклады 7 Телевизионный канал Лазерный дальномер Вид изображения Цветное или черно-белое Рабочая длина волны 905±20 нм Дальность визуального обнаружения Человек – 4 км Автомобиль, катер – 6 км Измерение: дальность до цели размером 2,3х2,3 м по стандарту НАТО От 50 до 5000 м Оптическое увеличение 40х Опорно-поворотная платформа Цифровое увеличение 12х Угол поворота по горизонтали Без ограничения Горизонтальный угол зрения От 60 до 1,6 град. Угол поворота по вертикали От плюс 45 до минус 90 град. Режим «туман» Есть Скорость поворота по горизонтали Не более 40 град./с Тепловизионный канал Напряжение питания 24 VDC Спектральный диапазон 8..14 мкм Интерфейс управления и передачи видео Ethernet Разрешение и тип сенсора 640х480 – неохлаждаемая матрица Габаритные размеры 620 мм х 430 мм х 240 мм Дальность визуального обнаружения Человек – 4 км Автомобиль, катер – 6 км Масса Не более 25 кг 4. Гиростабилизированная оптико- электронная система для беспилотного летательного аппарата ГОЭС-1 Гиростабилизированная оптико-электронная система предназначена для установки на беспилотном летательном аппарате и служит для круглосуточного наблюдения за местностью, поиска, обнаружения и сопровождения объектов и измерения дальностей до обнаруженных объектов. Оптико-электронная система ГОЭС-1 (слева) и беспилотный летательный аппарат «ГРИФ» с установленной системой (справа) Телевизионный канал Вид изображения Цветное или черно-белое Дальность визуального обнаружения Человек – 3 км Автомобиль, катер – 5 км Поле зрения от 57,0°х 46,0° до 1,7°х 1,3° Цифровое увеличение 12х Выходной видеосигнал PAL Захват движущейся цели есть Тепловизионный канал Спектральный диапазон 8..12 мкм Разрешение сенсора 640х480 (неохлаждаемая матрица) Дальность визуального обнаружения Человек – 2 км Автомобиль, катер – 3 км Лазерный дальномер Рабочая длина волны 905±20 нм Измерение дальность до цели размером 2,3х2,3м От 50 до 3000м Точность измерения дальности ±2 м 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 8 УДК 006.91.034(045)(476) РАЗВИТИЕ НОРМАТИВНОЙ ПРАВОВОЙ БАЗЫ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Гуревич В.Л. Белорусский государственный институт метрологии Минск, Республика Беларусь Единство измерений - это такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в стране единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы. В Республике Беларусь допущены к применению единицы величин Международной системы единиц (SI), принятой Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ), рекомендованные Международной организацией по законодательной метрологии (МОЗМ). Обеспечение единства измерений требуется для получения достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в нацио- нальной экономике и торговле, в здравоохране- нии и экологии, в сфере обороны и безопасности, а также для защиты прав и законных интересов граждан, юридических лиц, индивидуальных пред-принимателей и государства от отрица- тельных последствий недостоверных результатов измерений. К основным задачам в сфере обеспечения единства измерений следует отнести: - принятие Концепции развития Государ- ственной метрологической службы (ГМС); - совершенствование нормативных правовых актов; - пересмотр действующих ТНПА по метроло- гии; - развитие национальной эталонной базы с доведением СМС-строк до 250; - развитие системы межлабораторных сличе- ний, в т. ч. в рамках ЕАЭС; - развитие и оптимизация территориальной специализации ГМС (материальная база ЦСМС); - создание Государственной информацион- ной системы в области обеспечения единства измерений, включая ГМС; - развитие международного сотруд-ничества (BIPM, МОЗМ, КООМЕТ, МГС). Решая задачу вхождения Республики Беларусь полноправным членом в мировую систему измерений, необходимо создавать современные национальные эталоны, постоянно совершенствовать теоретические основы измерений, проводить фундаментальные ис- следования. Проводимые работы по разработке и совершенствованию теоретических основ метрологии должны быть направлены: - на совершенствование теории измерений по мере появления открытий и достижений в фундаментальных областях науки - физике, математике, химии, биологии; - на совершенствование теоретических основ системы единиц величин и соответствующих эталонов для воспроизведения этих единиц; - на проведение фундаментальных ис- следований и создание национальных эталонов на основе использования фундаментальных физических констант и стабильных природных эффектов; - на разработку методов передачи размера единиц величин от эталонов рабочим средствам измерений наиболее экономичным, но технически правильным путем; - на разработки в области теории погрешно- стей, в том числе теории случайных величин (погрешностей), методов выявления и исключе- ния систематических погрешностей, способов обработки данных измерений; - на разработки по теории неопределенности и методологии ее применения в практике измере- ний; - на разработку теоретических основ отдель- ных областей измерений; - на исследование и нормирование метро- логических характеристик средств измерений. Разработки новых принципов, методов и тех- ники измерений должны быть направлены на: - методы измерений на основании новых зна- ний о физических величинах и процессах, строении материи; - современные методы измерений с исполь- зованием информационно-измерительных систем для обеспечения безопасности в технике и осу- ществления экологического мониторинга; - методы и средства измерений параметров динамических процессов; - методы испытаний и валидации программ- ного обеспечения, которое реализует функции или свойства законодательно контролируемого средства измерений; Создание и совершенствование научных основ обеспечения единства измерений включает: - формирование идеологии, разработку и реализацию программ по созданию научно- обоснованной национальной эталонной базы; - проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию Пленарные доклады 9 современного и высокоточного измерительного оборудования; - создание автоматизированных и мобильных эталонных средств; - установление научно обоснованных критериев оценки качественных и количествен- ных показателей, разработку методики и технических средств для проведения испытаний и метрологической аттестации средств измерений. Работы по обеспечению единства измерений в Республике Беларусь осущес-твляются на основе Закона Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений» и других нормативных документов. Нормативная база системы обеспечения единства измерений представляет комплекс документов, включающих в себя постановления Совета Министров Республики Беларусь, Государственного комитета по стандартизации Республики Беларусь, технические нормативные правовые акты (ТР, ТКП, ГОСТ, СТБ) и другие документы, определяющие порядок передачи размера единиц величин, порядок проведения испытаний, поверки и калибровки средств измерений и т.д. Данное направление будет реализовано путем разработки новой редакции Закона Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений» (далее – Закон). Необходимость внесения изменений в Закон вызвана вступлением в силу Договора о Евразийском экономическом союзе с целью реа- лизации положений согласованной политики в области обеспечения единства измерений, гар- монизации с документами Международной орга- низации законодательной метрологии D1 «Ос- новные положения для закона по метрологии», D2 «Юридическая квалификация средств изме- рений», D9 «Принципы метрологического надзора», D16 «Принципы обеспечения метроло- гического контроля», D18 «Использование сер- тифицированных стандарт-ных образцов в обла- стях, подвергаемых метрологическому кон- тролю, осуществляемому национальными службами законодательной метрологии. Основ- ные принципы» и др. Этим обусловлена необхо- димость пересмотра целого ряда организаци- онно-правовых форм осуществления деятельно- сти по обеспечению единства измерений. Кроме того, актуальной является задача дальнейшего совершенствования законодательства в области обеспечения единства измерений путем устране- ния имеющихся в нем пробелов и приведения его в соответствие с законодательными актами последнего периода. Это касается правового регулирования сферы обеспечения единства измерений, в том числе: - государственного управления и координации деятельности по обеспечению единства измерений в стране; - создания и хранения эталонов единиц величин Республики Беларусь, реализации системы передачи размеров единиц величин рабочим средствам измерений, а также сличений национальных эталонов с эталонами Международного бюро мер и весов и национальными эталонами других стран под эгидой Международного комитета мер и весов (МКМВ); - изготовления, использования, продажи и импорта средств измерений, стандартных образцов, технических устройств с измерительными функциями; - осуществления государственного надзора за соблюдением метрологических правил и норм (государственного метро-логического надзора). Потребуется гармонизация используемой терминологической системы с международным и региональными документами. Предполагается введение новых структурных элементов (статей): 1) Метрологическая прослеживаемость измерений для документально подтвержденного установления связи свойства эталона единицы величины, средства измерений или результата измерений с национальным эталоном или международным эталоном иностранного государства соответствующей единицы величины, посредством сличения эталонов единиц величин, поверки, калибровки средств измерений, использования сертифицированных стандартных образцов и методик выполнения измерений, прошедших метрологическое подтверждение пригодности или валидацию; 2) Первичная референтная (эталонная) методика (метод) измерений, позволяющая получать результаты измерений без прослеживаемости к национальному эталону соответствующей единицы величины»; 3) Референтная (эталонная) методика (метод) измерений - для оценки правильности изме- рений, выполненных по другим методикам (методам) измерений одних и тех же величин; 4) Государственный (сертифицированный) стандартный образец для установления требова- ний к веществу или материалу, характеризую- щемуся однородностью и стабильностью опре- деленных характеристик с указанием их неопре- деленности и/или погрешностии и прослежи- ваемостью, установленными с использованием методик выполнения измерений, прошедших процедуру метрологического подтверждения пригодности; 5) Уполномочивание в области обеспече- ния единства измерений путем предоставления органом, осуществляющим государственное 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 10 регулирование и управление в области обеспечения единства измерений (Гос- стандартом), права проведения работ в сфере законодательной метрологии (поверка и калибровка средств измерений, государственные приемочные и контрольные испытания, метрологическое подтверждение пригодности методик выполнения измерений) исключительно юридическим лицам ГМС на основе (оценка технической компетентности поверочных лабораторий (регистрация на право поверки) объективных доказательств их компетентности. 6) Проверка квалификации поверочных /калибровочных лабораторий в т.ч. в сфере законодательной метрологии); 7) Проведение метрологической экспер- тизы и валидации (ТНПА, методик измерений и испытаний, программного обеспечения для измерений и средств измерений, результатов сличений эталонов, порядков учета энерго- ресурсов, методов технического обслу-живания средств измерений в здравоохранении и др.); 8) Метрологическое обеспечение техниче- ских систем и устройств с измерительными функциями (испытательное оборудование, меди- цинское оборудование, меры, шаблоны, средства сбора-передачи данных и др.), которые наряду с их основными функциями (воздействующие факторы, терапевтическое воздействие) выпол- няют измерительные функции и/или имеют нор- мированные метрологические характеристики для проведения контроля или воздействий, а также используются при оценке соответствия (сертификация) и различных экспертизах. 9) Государственная регистрация средств измерений, применяемых в сфере законодатель- ной метрологии путем установления админис- тративной процедуры обязательной регистрации средств измерений, применяемых юридическими лицами в сфере законодательной метрологии, для целей планирования развития ГМС и осуществления государственного надзора 10) Единая информационная система в области обеспечения единства измерений, представляющая комплекс взаимосвязанных информационных ресурсов государственной метрологической службы в области обеспечения единства измерений, предназначенный для информирования заинтересованных лиц о дея- тельности, процедурах, задачах и результатах работы государственной метрологической службы. Кроме того, будут продолжены работы по формированию регионального законодательства в сфере обеспечения единства измерений в рамках реализации положений Договора о Евразийском экономическом союзе, а также Со- глашения о взаимном признании результатов испытаний с целью утверждения типа, метроло- гической аттестации, поверки и калибровки средств измерений (СНГ). Действующие технические нормативные правовые акты устанавливают требования к: единицам измерений, допущенным к примене- нию на территории Республики Беларусь; осно- вополагающим правилам Системы обеспечения единства измерений Республики Беларусь; пра- вил проведения работ по государственным испы- таниям, поверке, калибровке и метрологической аттестации средств измерений; требования к средствам измерений и стандартным образцам; требования к методам измерений. Данные работы получат свое развитие в рамках национального технического комитета по стандартизации TK BY 6 «Стандартизация в об- ласти метрологии», секретариат которого ведет БелГИМ. Разработка и пересмотр ТНПА Государствен- ной системы обеспечения единства измерений обеспечат реализацию новой редакции Закона Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений», а также принятие государственных стандартов, гармонизированных с публикациями OIML, ISO, IEC, EN, ILAC, EA, JCGM и устанав- ливающих требования к метрологической про- слеживаемости, неопределенности измерений при оценке соответствия, компетентности пове- рочных лабораторий и др. Пленарные доклады 11 УДК 620.178 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИНДЕНТИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Крень А.П., Рудницкий В.А. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь В настоящее время во всем мире непрерывно происходит разработка и увеличение производ- ства конструкционных материалов как метал- лических, так и неметаллических (полимеров, композитов, резин, стекла, керамика и целого ряда других). В то же время, резкое увеличение доли материалов, обладающих уникальными свойствами, во всех без исключения отраслях промышленности требует разработки и создания новых методов и средств их оценки по физико- механическим свойствам и параметрам разрушения. Одним из наиболее перспективных и востребованных методов контроля в последнее время стало инструментальное индентирование, которое получило серьезное развитие за послед- нее десятилетие. Метод давно вышел за рамки обычного измерения твердости и используется при контроле модуля упругости, трещиностойко- сти, параметров ползучести, релаксации, адгезии. Индентирование разделилось на статическое и динамическое, высоко- и низкоскоростное. В работе приводится история возникновения метода и эволюция его развития. Показано, что первая работа в области индентирования появи- лись еще в 1722 году и принадлежала Реамюру. Существенное развитие метода началось в 1881 году благодаря работе Г. Герца, посвященной упругому механическому контакту материалов. Фундаментальные основы теории твердости и процессов индентирования были заложены в 30- 60 гг. прошлого века, после чего началось интенсивное внедрение испытаний на твердость в промышленности. Новый толчок в развитии индентирование получило после того как стало возможным регистрировать весь процесс нагружения – получать диаграмму контактное усилие - глубина вдавливания, включающую активный и пассив- ный этапы нагружения. Данная диаграмма по сути является аналогом зависимости напряже- ние-деформация (σ-ε) - общепринятой расчетной зависимости, используемой в конструкторской практике. Для эффективного применения метода и создания целостной системы научных положений, реализация которых обеспечивает достоверный контроль, был развит системный подход к индентированию, который стал возмо- жен только благодаря решению целого ряда за- дач. В частности, была решена: 1) проблема разработки объективных критериев выбора модели деформирования материалов, 2) проблема оценки влияния условий нагружения и 3) деградации материалов на результаты контроля, 4) приведения результатов контроля к единым условиям нагружения, 5) повышения качества измерений и практические вопросы, связанные с внедрением оборудования. В результате впервые был предложен графоаналитический метод, позволяющий без привлечения дополнительного оборудования, по результатам анализа диаграммы непрерывного ударного вдавливания индентора выделить свойства материала, определяющие ход деформирования и осуществить объективный выбор модели деформирования, оптимальной для расчета физико-механических характери- стик. Получены достаточно общие уравнения, основанные на применении принципа супер- позиции Больцмана, для оценки характеристик материалов учетом влияния на их значения скорости деформации, пригодные для использования в температурном диапазоне от - 150 до + 150 °С. Решение проблемы учета деградации материалов позволило впервые разработать эффективные методы контроля и расчета долговечности полимеров по данным индентирования. Верификация полученных выражений, проведенная путем сравнения с дан- ными испытаний, показала, что определение свойств материалов с производится с приемле- мой для промышленности погрешностью. Наряду с разработкой теоретических основ и алгоритмов определения физико-механических свойств материалов было развито новое направление – применение динамического ин- дентирования для контроля параметров разрушения. Использование модели Гарсона зарождения и роста трещин, а также принципа Леметра, связывающего изменение модуля упругости и поврежденность материала, позволило получить необходимые данные для расчета критического коэффициента интенсив- ности напряжений по формулам линейной механики разрушения Использование теоретических положений на практике позволило создать серию приборов, нашедших широкое применение в промышлен- ности при контроле углеродных композицион- ных материалов, фторопластов, резин, материа- лов, изготовленных по аддитивным технологиям. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 12 УДК 537.58 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФОТОСТИМУЛИРОВАННОЙ ЗОНДОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Жарин А.Л.1, Петлицкий А.Н.2, Воробей Р.И.1, Гусев О.К.1, Пилипенко В.А.2, Солодуха В.А.2, Тявловский А.К.1 1Белорусский национальный технический университет 2НТЦ «Белмикросистемы» ОАО «Интеграл» Минск, Республика Беларусь Применение в технологии полупроводнико- вых интегральных схем, 3-D приборов, композитных материалов и материалов с модифицированными свойствами требует развития методов контроля приповерхностных слоев материалов с широким диапазоном характеристик, определяющих их применимость в данной технологии, и приборных структур с малой толщиной активных областей. Особенно остро стоит проблема диагностики состояния нескольких верхних атомных слоев поверхности при производстве полупроводниковых прибор- ных структур с субмикронными активными слоями, сенсорных и микроэлектромеханических структур (МЭМС). При производстве полупроводниковых при- борных структур используются диэлектрические, поликристаллические, металлические слои тол- щиной в несколько нанометров, кроме того и глубины залегания активных ионнолегирован- ных слоев не превышают десятков нанометров. Фактически при изготовлении приборов задействован только тончайший верхний слой кремниевой пластины. Однако в процессе производства исходная кристаллографически совершенная кремниевая пластина подвергается большому количеству высокоэнергетических обработок, которые могут существенным образом нарушить совершенство пластины – вызвать генерацию кристаллографических дефектов или изменить примесный состав кремния. Это в свою очередь приводит к деградации характеристик элементов микросхем. Важное значение в контроле технологии интегральных микросхем, особенно на основе субмикронных слоев, имеет не только контроль готовых приборных структур, но и исходных материалов и слоев, используемых в конкретных технологических операциях. Одним из основных параметров, характеризующих качество приповерхностных слоев полупроводниковых пластин является однородность пространствен- ного распределения их электрофизических параметров, например, поверхностного сопро- тивления, по площади пластины. Параметром, напрямую не определяющим качество изготавливаемых приборов, но очень сильно зависящим от параметров кремниевой подложки и качества проведения технологических операций является диффузионная длина или время жизни неравновесных носителей заряда, которые определяются как объемом кремниевой пластины, так и состоянием ее поверхности или границ раздела функциональных слоев. Характерными общими требованиями к подобным методам контроля являются: - высокая чувствительность к изменениям характеристик приповерхностных слоев мате- риалов и приборных структур, связанных с параметрами готовых приборов; - возможность бесконтактного, нераз- рушающего контроля больших площадей (в пределе – всей полупроводниковой пластины, например, диаметром 300 или 200 мм) в сочетании с высоким пространственным локальным разрешением (до единиц и долей мм); - пространственная локализация участков поверхности (приборных структур) с отличными от нормальных значений электрофизических параметров приповерхностных слоев; - бесконтактный, неразрушающий характер контроля, позволяющий возвращать пластины в технологический процесс; - отсутствие специальных операций подго- товки поверхности перед и после проведения контроля. Комплексом характеристик, удовлетворяю- щим этим требованиям, обладает эффект поверхностной фотоЭДС, заключающийся в изменении электростатического потенциала поверхности полупроводника при воздействии на нее оптическим излучением, причем совокуп- ность параметров приповерхностных слоев полупроводниковой структуры, определяющих формирование поверхностной фотоЭДС, зависит от длины волны оптического излучения. Этот эффект обнаружен и описан еще в середине ХХ века, однако его практическое применение до последнего времени сдерживалось недоста- точными характеристиками элементной базы, необходимой для реализации бес-контактных методов измерения поверхностной фотоЭДС, и из-за отсутствия достоверных эксперименталь- ных данных недостаточной проработкой моделей формирования измеритель-ного сигнала. Вели- чина поверхностной фотоЭДС непосредственно связана одновременно со многими физическими параметрами полу-проводникового материала, Пленарные доклады 13 такими как время жизни неравновесных носите- лей заряда, удельное поверхностное сопротивле- ние, наличие и концентрация поверхностных состояний (дефектов) и их энергетический спектр. С одной стороны, это позволяет в близ- ких методиках измерения использовать данный параметр для контроля качества полупроводни- ковых пластин, с другой – затрудняет однознач- ную интерпретацию соответствия измеритель- ного сигнала конкретному параметру материала или приборной структуры. В течение ряда лет в НИЛ полупроводниковой техники БНТУ совместно с НПО «Интеграл» проводятся работы в области исследований и разработки методов и средств визуализации электрофизических параметров полупроводниковых пластин на основе методов зондовой электрометрии, в том числе с исполь- зованием дополнительных неразрушающих воздействий оптическим излучением, коронным разрядом, нагревом. Результатом первого этапа этих исследований явилось создание установки сканирующей зондовой электрометрии «СКАН- 2013» (рисунок 1), реализующей метод сканирующего зонда Кельвина (SKP) [1]. Установка обеспечивает визуализацию дефектов поверхности полупроводниковых пластин на основе анализа пространственного распределе- ния контактной разности потенциалов (КРП) поверхности. Кроме того, установка «СКАН- 2013» обладает ограниченными возможностями по определению электрофизических параметров приповерхностных слоев полупроводника за счет заряжения его поверхности в коронном разряде, что позволяет регистрировать Q-V характери- стику поверхностных структур. Рисунок 1 – Установка сканирующей зондовой электрометрии (SKP) «СКАН-2013» Развитием данной установки является уста- новка фотостимулированной сканирующей зон- довой электрометрии «СКАН-2015» (рисунок 2), дополнительно обеспечивающая визуализацию пространственного распределения поверхност- ной фотоЭДС (режим SPV) [2]. При поочередном освещении поверхности полупроводниковой структуры оптическим излучением с разными длинами волн и одинаковой интенсивностью обеспечивается возможность определения длины диффузии неравновесных носителей заряда Ln на основании выражения [3] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) 1 2 2 1 1 2 2 1 .P Pn P P V V L V V α λ λ − α λ λ = α λ α λ λ − λ , (1) где α(λ) – коэффициент поглощения на длине волны λ; VP(λ) – фотоЭДС на длине волны λ. Рисунок 2 – Установка фотостимулированной сканирующей зондовой электрометрии (SPV) «СКАН-2015» Существенно, что генерация сигнала поверхностной фотоЭДС происходит в тонком (в пределах глубины проникновения оптического излучения) поверхностном слое, что позволяет контролировать свойства эпитаксиальных слоев независимо от подложки. Проводимые в настоящее время исследования направлены на разработку методов и средств бесконтактного определения параметров легированных слоев кремниевых пластин (JPV), основанных на анализе особенностей спек- трально-пространственных параметров поверх- ностной фотоЭДС путем контроля амплитуды и фазы фотоЭДС модулированного по длине волны и интенсивности луча света. К числу определяемых таким способом параметров отно- сятся сопротивление ионно-легированного или диффузионного слоя, ток утечки p-n перехода и др. Датчик RsL в реализации метода JPV состоит из модулированного по яркости луча света и двух емкостных электродов (рисунок 3). Напря- жение под датчиком в одномерной модели опи- сывается выражением V = A·e-kx, (1) где x – расстояние от датчика до освещенного участка; k = (RsG + iωRsCs) 1/2, Rs – сопротивление слоя в переходе; G – проводимость перехода, позволяющая оценить ток утечки перехода; Cs – емкость подложки; ω = 2πf – круговая частота модуляции оптического излучения. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 14 Рисунок 3 – Схема бесконтактного определения параметров легированных слоев кремниевых пластин на основе анализа спектрально- пространственных параметров поверхностной фотоЭДС Методика измерения включает простран- ственное сканирование полупроводниковой пластины электрометрическим зондом RsL и расчет значений Rs и I0 по модели (2) формирования поверхностной фотоЭДС в зависимости от параметров освещения и расстояния зонда от освещаемой области. Результатом применения данной методики является карта распределения Rs и токов утечки перехода. Таким образом, на основе методов зондовой электрометрии создается комплекс методов и средств, обеспечивающих бесконтактное неразрушающее определение однородности распределения параметров ионно- легированных и диффузионных слоев на полупроводниковых пластинах, включая длину диффузии или время жизни неравновесных носителей заряда, концентрацию примеси атомов железа или меди на поверхности [4], сопротивление слоя в переходе, ток утечки перехода и др. 1. Воробей, Р.И. Контроль дефектов структуры кремний-диэлектрик на основе анализа пространственного распределения потенциала по поверхности полупроводниковых пластин / Р.И. Воробей, А.Л. Жарин, О.К. Гусев, А.Н. Петлицкий, В.А. Пилипенко, А.С. Турцевич, А.К. Тявлов- ский, К.Л. Тявловский // Приборы и методы измерений. – 2013. –№ 2(7). – С. 67-72. 2. Установка для контроля полупроводниковых пластин методом зонда Кельвина с дополнительными воздействиями / Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА: /Воробей Р.И., Гусев О.К., Жарин А.Л., Петлицкий А.Н., Пилипенко В.В., Тявловский А.К., Тявловский К.Л. / Материалы XIV научно- технической конференции. – М.: ОАО "НПП Пульсар", 2015. – С. 72-75. 3. Тявловский А.К., Пантелеев К.В., Жарин А.Л. Методы зондовой электрометрии для разработки и исследовании свойств перспективных материалов / Перспективные материалы и технологии: монография. В 2 т. Т1. / под ред. В.В. Клубовича – Витебск: Изд- во УО «ВГТУ». – 2015. – 398 с. 4. Воробей Р.И., Жарин А.Л., Микитевич В.А., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Пилипенко В.А., Петлицкий А.Н. Визуализа- ция пространственного распределения примеси железа в кремнии на основе методов зондовой электрометрии / Приборостроение- 2015: материалы 8-й Междунар. научно-техн. конф. В 2 т., Т1. – Минск: БНТУ, 2015. Т. 1 – С. 169-171. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 15 Секция 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА БЕЗОПАСНОСТИ УДК 502.656 СИСТЕМА ИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД ПРИРОДНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ Алексеев В.А., Усольцев В.П., Юран С.И. Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова Ижевск, Российская Федерация Современное развитие промышленности, коммунального хозяйства и других видов чело- веческой деятельности связано с необходимо- стью использования чистой и последующего сброса загрязненной воды. Нарушения требова- ний нормативно-технических документов по физико-химическим и микробиологическим показателям питьевой воды отмечены во всех субъектах Российской Федерации. Главными причинами низкого качества чистой воды являются значительная загрязненность водных объектов и малоэффективные технологии под- готовки воды [1, 2]. Основным загрязнителем открытых водое- мов и подземных вод являются сточные воды. Более 90% сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, сбрасываются загрязненными [2]. Среди загрязнителей наиболее распространены нефть и нефтепродукты, кислоты, щелочи, соли разных металлов, сернистые соединения, ам- миак, фенолы, синтетические смолы, болезне- творные микробы и т.д. Учет рисков загрязнения промышленных стоков практически не прово- дится в отраслях, связанных с интенсивным при- родопользованием (металлургия, энергетика, горная, химическая, нефтехимическая промыш- ленность, предприятия строительной индустрии и железнодорожного транспорта и т.д.). В связи с интенсивным хозяйственным осво- ением природно-промышленных территори- альных комплексов появилось много экологи- ческих проблем. Наибольшее воздействие на окружающую среду урбанизированных террито- рий оказывают промышленность, транспорт и население, что определяет большинство количе- ственных и качественных характеристик гидро- логического цикла на городской территории. Содержащиеся в сточных водах загрязняю- щие вещества, попадая в значительных количе- ствах в водоёмы или скапливаясь в почве, могут быстро ухудшать санитарное состояние водоё- мов и атмосферы, способствовать распростране- нию различных заболеваний. Поэтому вопросы очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод являются неотъемлемой частью проблемы охраны природы, оздоровления окружающей среды и обеспечения санитарного благоустрой- ства промышленных территориальных ком- плексов. Все сточные воды перед сбросом в во- доем подвергаются очистке от вредных веществ. Для выполнения этих требований применяют механические, химические, биологические, а также комбинированные методы очистки. Чтобы определить состав сточных вод проводится мно- жество различных анализов, как химических, так и санитарно-бактериологических [3]. В настоящее время появилось огромное ко- личество техногенных источников опасности, вследствие чего вероятность катастроф, аварий и сбросов химически опасных веществ в природ- ные водоемы возросла многократно. В связи с этим большое внимание соответствующих служб уделяется контролю, анализу, оперативной оценке состояния водной среды и ее антропоген- ных изменений, обнаружения залповых сбросов загрязнителей сточных вод, способных перевести водоем или процессы очистки в неустойчивое состояние с целью их прогнозирования и свое- временного устранения возможных неблагопри- ятных последствий. При санитарно-эпидемиологическом анализе сточных вод определяется, не превышают ли контролируемые показатели предельно допусти- мых концентраций в данный конкретный момент времени, когда выполняется забор проб, и ничего не гарантируется в промежутках времени между ними, когда производится хранение, проведение анализа и обработка полученных результатов. Кроме этого, загрязнение, вообще, может не по- пасть в пробу или в зону контроля. Существую- щие методы повышения объективности контроля основываются на повышении количества анали- зов и установке большого количества стационар- ных или передвижных станций экологического мониторинга. В России выпускаются станции "САФ", "ГИДРОТЕСТ", Атмосфера-11, "InterANALIT", АНКОС-АМ, СОЭМ, передвижная химико-ра- диометрическая лаборатория АО "НПО Химав- томатика", станция экологического мониторинга ИПЦ "Геокомплекс" и ряд других. Аналогичного назначения станции выпускаются за рубежом, например, "ZEISS" (Германия), "NEOLAB" (Ита- лия). Данные отечественные и зарубежные стан- ции специализируются на оценке определенных 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 16 экологических параметров в промышленной или жилой зоне [4]. Эти методы являются дорогосто- ящими и не обеспечивают достоверного анализа, поскольку сброс может пройти мимо них и не быть идентифицированным. В связи с этим важным является создание эффективных систем быстрого прогноза на осно- вании априорной информации о появлении за- грязнений и математической обработки дина- мики изменений результатов контроля, чему и посвящена работа. Целью работы является создание системы ин- терполяционного контроля загрязнений сточных вод природно-промышленных территориаль- ных комплексовна основе использования эф- фективного метода контроля состояния водной среды при производственных и техногенных авариях в условиях действия помех измерения и неоднозначности существующих моделей дина- мики потоков жидкости. В работе использован инструментальный ме- тод исследования особенностей процессов дви- жения загрязняющих веществ, протекающих в жидкой среде. Для разработки алгоритма работы системы по данным реперных измерений и те- кущих результатов анализа за основу был взят метод стохастической интерполяции, используе- мый как средство решения задач распознавания, идентификации, обучения и адаптации [5]. Если сбросы состоят из крупных твердых или плотных жидких частиц, то, распространяясь в жидкой среде, они под действием силы тяжести начинают спускаться с определенной постоянной скоростью в соответствии с законом Стокса для распределения скоростей по сечению круглой трубы при ламинарном течении жидкости. Гра- фик распределения скоростей по поперечному сечению потока представляет собой параболоид вращения, а сечение параболоида осевой плоско- стью – квадратичную параболу. Для турбулент- ного течения характерно перемешивание жидко- сти, пульсации скоростей и давлений. Есте- ственно, что с течением времени почти все загрязнения, в конечном итоге, скапливаются в нижней части канализационной трубы, причем тяжелые осаждаются в основном под действием гравитационного поля, а легкие – в результате диффузионного процесса. Большое значение в теории распространения загрязнений имеют флуктуации скорости и направление потока [6]. На основании вышеизложенного разработан алгоритм работы, структурная схема системы, рабочие режимы, выбрана элементная база, раз- работана конструкция источников и приемников диспетчерского контроля основных показателей качества природной воды, выбраны места их установки на канализационных коллекторах, предназначенных для отвода очищенной и осветленной воды от крупных очистных соору- жений к природным водоемам. Функциональная схема системы приведена на рис.1, где 1 – загрязнения сточных вод, 2 – си- стема канализации, 3 – универсальный оптоэлек- тронный датчик, 4 – специализированные опто- электронные датчики, 5 – главный процессор, 6 – специализированные контроллеры, 7 – отводы (ответвления) для выделения загрязнений, 8 – основные заслонки, 9 – дополнительные за- слонки, 10 – основные устройства очистки, фильтры, 11 – дополнительные узлы очистки. Рисунок 1 – Функциональная схема системы Проведя математическую обработку результатов контроля, можно выделить информативные факторы изменения оптических характеристик сточных в результате загрязнения, интерполировать их на промежутки между моментами контроля, тем самым повысить достоверность при идентификации наличия загрязнений сточных вод в конкретных ситуациях. Факт изменения оптической плотности при изменении составляющих оптического тракта при появлении загрязнений можно рассматривать как экспериментальное обоснование эффективности интерполяционного контроля загрязнений сточных вод природно- промышленных территориальных комплексов из исследованной группы. 1. ГОСТ 17.1.3.10.83 (СТ СЭВ 3545-82). Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами при транспортировании по трубопроводу. 2. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические треб- ования к охране поверхностных вод, утв. в РФ с 22.06.2000. 3. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: в 2-х ч. / Л.А. Кульский и др. Киев: Наукова думка, 1980. – 1206 с. 4. Новые методы контроля качества питьевой воды / Б.Е. Рабинович, А.И. Семенов, В.Н. Александров [и др.] // Экология и промышленность России, 2005, N6. – C.14-15. 5. Афанасьев В. Н., Юзбашев М. М. Анализ временных рядов и прогнозирование: Учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2001. – 228 с. 6. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. – Л.:Гидрометеоиздат, 1962. – 374 с. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 17 УДК 614.84 ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ОБРАБОТАННОЙ ОГНЕЗАЩИТНЫМИ ПРОПИТКАМИ ДРЕВЕСИНЫ НА ЕЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОНИЦАЕМОСТЬ Антошин А.А.1, Нератова В.В.2, Есипович Д.Л.2, Джежора А.А.3 1Белорусский национальный технический университет 2НИИ ПБ и ЧС МЧС Беларуси Минск, Республика Беларусь 3Витебский государственный технологический университет Витебск, Республика Беларусь В республике Беларусь имеется большое количество объектов, строительным материалом которых является древесина. Древесина представляет собой прочный и од- новременно легкий материал, обладающий хо- рошими теплоизоляционными свойствами, спо- собностью без разрушения поглощать энергию при ударных нагрузках, гасить вибрации. Она легко обрабатывается режущими инструмен- тами, склеивается. Древесина имеет прекрасные декоративные свойства; ей присуща уникальная резонансная способность. Эти природные осо- бенности древесины позволяют использовать ее для производства строительных деталей и кон- струкций. Однако, изделия из древесины имеют ряд не- достатков, которые обусловлены анизотропией свойств, наличием дефектов, способностью усы- хать, разбухать, коробиться и растрескиваться, загнивать и возгораться [1]. Высокая горючесть древесины это свойство, которое существенно уменьшает область ее использования. Одним из основных мероприятий, направленных на сни- жение пожарной опасности конструкций и мате- риалов, а также обеспечение пожарной безопас- ности и огнестойкости зданий и сооружений яв- ляется огнезащита. Существуют серьезные трудности, которые препятствуют широкому использованию древесины с огнезащитной обра- боткой, связанные с контролем качества огнеза- щиты при выполнении строительных работ. Обусловлено это отсутствием методов и средств неразрушающего контроля качества огнезащит- ной обработки древесины. Контроль качества огнезащитной обработки в настоящее время осуществляется следующими методами: классификационным и экспресс-ме- тод. Эти методы являются разрушающими. Как показывают литературный и патентный поиски не инвазивные методы контроля для этих целей не использовались. Для диэлектрической спек- троскопии обработанной древесины и выявления наличия огнезащитной обработки нами были применены меандровые датчики накладного типа [2]. Согласно формуле Лихтенеккера–Ротера, диэлектрическая проницаемость среды, состоя- щей из двух компонентов, зависит от их объем- ного соотношения и описывается формулой lg ε3 = y1 lg ε1 + y2 lg ε2, где, y1 и y2 – объемные доли первого и второго компонентов соответственно. Изменение диэлек- трической проницаемости материала и, следова- тельно, изменение содержание огнезащитного связующего может быть измерено как изменение емкости, когда исследуемый материал находится в поле датчика. Размеры электродов датчика были выбраны таким образом, чтобы проникно- вение электрического поля преобразователя было меньше минимальной толщины контроли- руемых образцов материала и, следовательно, изменение толщины не сказывалось на результа- тах измерений. В представленной работе исследовано влия- ние огнезащитной обработки различными соста- вами сосны разной структуры. Датчик подклю- чался к измерителю иммитанса Е7-20 с возмож- ностью подключения через интерфейс RS-232С и математической обработки результатов измере- ний. Это средство измерений имеет широкий диапазоном рабочих частот (25 Гц ÷ 1 МГц), класс точности 0,1 и высокую скорость измере- ний. Проводились многократные измерения ем- кости датчика для двух огнезащитных составов: КМД-О-2 и ОК-ГФ. Контроль проводился на двух сторонах образцов на частотах от 100 кГц до 1МГц в лаборатории при значениях темпера- туры в помещении от 22,8оС до 25,0оС, давления - от 98,6 кПа до 98,9 кПа и влажности - 42,3% до 46%. В условиях постоянства влажности, темпе- ратуры и геометрических размеров измеряемой области относительное изменение емкости дат- чика практически совпадает с относительным изменением диэлектрической проницаемости. Исследованы 67 образцов размером 150х 60х30 мм, изготовленных из сосны, плотностью от 376 кг/м3 до 620 кг/м3. Образцы подвергалось обработке двумя огнезащитными составами: КМД-О-2 и ОК-ГФ. Состав КМД-О-2 наносился на образцы с расходом 0,33 л/м2 в 3 слоя с интервалом в 2 часа. Состав ОК-ГФ также наносился на образцы с расходом 0,34 л/м2 в 3 слоя с интервалом в 2 часа. Обработка произво- дилась путем нанесения состава кистью на всю поверхности образца. После нанесения образцы подвергались сушке на открытом воздухе при комнатной температуре в течение недели. Поверхность контроля имела разную ориентацию по отношению к годовым кольцам. Структура древесины каждого образца заметно отличалась друг от друга. На рисунке 1 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 18 представлен вид торцов образцов древесины, которые впоследствии подвергались огне- защитной обработке. Образец №6 Образец №10 Образец №21 Образец №22 Образец №31 Образец №34 Образец №47 Образец №48 Образец №60 Образец №67 Рисунок 1 - Вид торца образцов древесины Из рисунка 1 видно, что структура образцов №21 №22 существенно отличается от структуры других образцов шириной годовых колец. Тем не менее измерение электроемкости исходных образцов показало, что структура образца влияла на значение электроемкости незначительно. Полученные результаты представлены в таблице 1. Таблица 1 - Значение емкость исходных образцов древесины № образца Значение емкости (лицевая сторона бруска), пФ Значение емкости (изнаночная сторона бруска), пФ 900 кГц 1 МГц 900 кГц 1 МГц 6 1,26 1,37 1,33 1,43 10 1,2 1,33 1,25 1,38 21 1,24 1,35 1,28 1,38 22 1,24 1,31 1,24 1,32 31 1,29 1,39 1,23 1,35 34 1,26 1,33 1,27 1,44 47 1,26 1,43 1,45 1,55 48 1,3 1,41 1,36 1,48 60 1,43 1,54 1,27 1,36 67 1,31 1,42 1,38 1,49 Изменение диэлектрической проницаемости образцов (ε1обр /ε1) после их обработки огнезащитным составом КМД-О-2 и ОКГ-Ф представлены в таблице 2. Таблица 2 – Влияние огнезащитной обработки древесины на относительное изменение диэлектрической проницаемости материала Огнезащит- ный состав Относительное изменение диэлектрической проницаемости (сторона 1), % Относительное изменение диэлектрической проницаемости (сторона 2), % КМД-О-2 6 100 103 21 104 104 31 100 101 48 104 99 67 106 107 ОКГ-Ф 10 133 140 22 147 130 34 120 137 47 114 113 60 116 121 Из таблицы 2 видно, что при нанесении на древесину огнезащитного состава КМД-О-2, из- менение диэлектрической проницаемости для всех образцов практически одинаково, и не зави- сят от ширины годовых колец. При нанесении огнезащитного состава ОКГ-Ф, изменения ди- электрической проницаемости составили от 114 до 147%. Самое большое изменение диэлектри- ческой проницаемости наблюдалось у образца с широкими годовыми кольцами №22. Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1) структура (ширина годовых колец) не об- работанной огнезащитными составами древе- сины не значительно влияет на диэлектрическую проницаемость; 2) обработка огнезащитными составами КМД-О-2 и ОКГ-Ф привела к различным изме- нениям диэлектрической проницаемости. Диапа- зон относительного изменения диэлектрической проницаемости для огнезащитного состава КМД- О-2 находится в пределах от 99% до 107%, а для огнезащитного состава ОКГ-Ф в пределах от 114% до 147%. 3) При обработке древесины огнезащитным составом ОКГ-Ф на изменения диэлектрической проницаемости существенным образом повлияла структура древесины (ширина годовых колец). 1. Древесиноведение и лесное товароведение / Уголев, Б.Н.: Учебник. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 351с. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 19 2. Джежора, А.А. Электроемкостные преобразо- ватели и методы их расчета / А.А. Джежора. – Минск: РУП «Издательский дом «Белорусская наука», 2008. - 305с. УДК 621.179.147 ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ВНОСИМОГО СИГНАЛА ЦИФРОВЫМ ВИХРЕТОКОВЫМ ДЕФЕКТОСКОПОМ НА БАЗЕ МИКРОСХЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Баженов В.Г., Глейник К.А. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Киев, Украина. Вихретоковые методы неразрушающего кон- троля являются очень распространенными мето- дами и при решении многих задач контроля не имеют альтернативы особенно в авиации. Со- временные цифровые дефектоскопы имеют ши- рокие функциональные возможности используют мощные DSP процессоры на базе ПЛИС, но они потребляют много электроэнергии и имеют большую стоимость и большие габариты. В данный момент в мире микроэлектроники появились уникальные микросхемы малогаба- ритных измерителей комплексного сопротивле- ния со встроенным DSP процессором работаю- щих совместно с современными микроконтрол- лерами с помощью последовательного интерфейса И2С. Это позволило авторам пред- ложить новые структуры (рисунок 1) [1-3] циф- ровых вихретоковых дефектоскопов, которые имеют очень малые размеры, малую стоимость, малое потребление электроэнергии (так напри- мер микросхема измерителя комплексного со- противления AD5933 потребляет 15ма). 1-вихретоковый преобразователь; 2-цифровой ключ; 3-фазовращатель; 4-измеритель комплексного сопротивления; 5-опорный генератор; 6-микроконтроллер; 7-пульт управления; 8-дисплей Рисунок 1 – Структурная Схема цифрового дефектоскопа на базе микросхемы измерителя комплексного сопротивления С помощью микроконтроллера 6 задаётся частота и амплитуда сигнала на выходе схемы 4 (AD5933), затем DSP процесор этой схемы через порт I2C выдаёт на микроконтроллер 6 реальную (R) и мнимую (I) составляющие комплексного сопротивления вихретокового датчика 1. В микроконтроллере по известным формулам (1,2) действительная и мнимая составляющие комплексного сопротивления пересчитываются в амплитуду (Magnitude) и фазу (Phase) сигнала. 2 2Magnitude R I= + (1) ( ) I Phase arctg R = (2) Использование общего генератора тактовых сигналов 5 для микроконтроллера 6 и схемы 4 измерителя комплексного сопротивления позво- ляет синхронизировать процесс работы синтеза- тора частоты схемы AD5933 и микроконтрол- лера. Синтезатор частоты в свою очередь син- хронизирует запуск внутреннего 12-ти разрядного АЦП и арифметического устройства (DSP), путём подачи на него кодов выборок опорных сигналов (Sin,Cos) записанных в ПЗУ, которые перемножаются в этом блоке с соответ- ствующими выборками измерительного сигнала с выхода АЦП. После реализации цифровой опе- рации фильтрации в арифметическом блоке по- лучают проекции (Sin,Cos) as и ac формирова- нием квадратурных составляющих сигнала [6,7,8, 9]: 1 1 [ ] [ ], [ ] [ ] АД АДM M s i s c i c j j u j u j u j u jα α = = = =∑ ∑ (3) где [ ]iu j – выборка входного сигнала; [ ], [ ]s cu j u j – синусная и косинусная составля- ющие опорного сигнала, цифровым сигналом. АДM - количество элементов выборки входного сигнала. Синхронизация от одного генератора 5 за- пуска, АЦП и блока опорных сигналов арифме- тического устройства позволила существенно уменьшить погрешности измерения за счет не- кратности частот дискретизации и частоты вход- ного сигнала вихретокового преобразователя [6, 7, 9] Микроконтроллер позволяет полностью автоматизировать процесс измерения и калиб- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 20 ровки и выводить и документировать требуемый результат измерения в заданных единицах (про- водимости , толщины ) Известно [4,5] , что при контроле например проводимости ферромагнитных проводящих материалов изменяется в основном фаза измеря- емого сигнала, т.е. точность измерения фазовых сдвигов будет определять в этом случае точность измерения проводимости. Однако при измерении малых значений фазы резко возрастает погреш- ность её измерения, что обусловлено тем, что абсолютные значения погрешностей измерения мнимой и действительной частей остаются неизменными. Такие погрешности определя- ются как разрядностью АЦП так и разрядностью блока ДСП [6.7.8], а на краях четвертей измеряе- мого результата на краях четвертей полного фа- зового сдвига (00,900; 900,1800 и т.д.). Малые зна- чения мнимой или действительной части приво- дят к большим относительным значениям погрешности вычисления, которые как нетрудно показать прямо сказываются на погрешности вычислении фазы. Поэтому при получении изме- ряемого результата на краях четвертей полного фазового сдвига предлагается в измерительную цепь вводить дополнительный фазовый сдвиг с помощью фазовращателя 3 чтобы находиться в оптимальной области (например 450), что реали- зуется с помощью размыкания по команде мик- роконтроллера аналогового ключа 2 включен- ного параллельно фазовращателю 3 . Использо- вание микроконтролера позволяет автома- тизировать процесс измерения ,калибровки и окончательной корректировки и выводить требуемый результат измерения в заданных единицах (проводимости, толщины ) Время измерения не превышает 30 мс. В качестве микроконтроллера в разработанном дефек- тоскопе рис.1 используется микроконтроллер АТМЕGA 32. Внешний вид разработанного дефектоскопа представлен на рисунке 2. Рисунок 2 – Внешний вид разработанного дефектоскопа 1. Патент №45908 Украины на полезную модель МПК G01N27/00 Многофункциональный вихретоковый дефектоскоп Баженов В.Г., Климашевская В.М., Глейник К.А.; заявитель и патентообладатель НТУУ «КПІ» Опубл. 25.11.2009р. Бюл.№22 Номер заявки u200907688 від 21.07.2009. 2. Баженов В.Г., Лепеха В.В., Гльойнік К.А., Лепеха В.Л. Цифровий вихрострумовий дефектоскоп. Патент на корисну модель №82342 від 25.07.2013 МПК G01N27/90 (2006.01) Бюл.№14/2013. Номер заявки u201302593 від 01.03.2013. 3. Баженов В.Г., Лепеха В.В., Глейник К.А., Лепеха В.Л. Цыфровий вихретоковий дефектоскоп. Патент Украины на изобретение №107249 от 10.12.2014р МПК G01N27/61; G01N27/90.; заявители и патентообладатели Баженов В.Г., Лепеха В.В., Глейник К.А., Лепеха В.Л. Бюл. 23/ 2014 р. 4. Неразрушающий контроль. В 5кн. Кн.3. Электромагнитный контроль: Практ. Пособие/ В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В.Сухоруков; Под ред. В.В.Сухорукова,-М,; Высш. Шк.,1992.-312с. 5. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия.-2-е изд., перераб и доп.- М.: Машиностроение, 1980. – 232. 6. Уолт Кестер. Проектирование систем цифровой и смешаной обработки сигналов. Москва: Техносфера, 2010.-328с. ISBN978-5- 94836-243-4. 7. Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. А36 Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание. : Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2008.-992 с.:ил.-Парал. тит. англ. . ISBN978-5- 8459-0710-3. 8. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования,- СПб.: Политехника, 1998.-592с.: ил. . ISBN 5-7325- 0486-9. 9. Steven W. Smith, The Scientist and Engineer`s Guide to Digital Signal Processing. Second Edition, 1999, California Technical Publishing, P.O. Box502407, San Diego, CA92150. Also available at: http://www.dspguide.com. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 21 УДК 621.317 РЕКОНФИГУРИРУЕМАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Баженов В.Г., Богдан Г.А., Грузин С.В. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Киев, Украина На кафедре приборов и систем неразрушаю- щего контроля (ПСНК) приборостроительного факультета НТУУ «КПИ» разработана реконфигу- рируемая универсальная измерительная система, которая включает в себя: − двухканальную плату АЦП c блоком цифровой обработки сигналов ЦОС; − два блока малошумящих усилителей входных сигналов; − персональный компьютер. Основным блоком которой является двухканальная плата аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) Рис.1. Спроектированная на кафедре ПСНК семислойная двухканальная плата АЦП состоит из двух быстродействующих 14 разрядных микросхем АЦП с частотой дискретизации 100Мгц. Сбор и предварительная обработка информации с этих АЦП осуществляется с помощью микросхемы типа «PLIS» фирмы « XILINX», кроме того на плате имеется две быстродействующих микросхемы ЦАП также управляемых микросхемой «PLIS». Частота дискретизации микросхем ЦАП может достигать 100Мгц. Данные могут накапливаться в быстродействующих накопительных ОЗУ, после чего данные с них могут передаваться через порт USB2 на персональный компьютер/ Рисунок 1 – Двухканальная плата АЦП Диапазон частот входных сигналов АЦП может составлять :0-50МГц. Частоты дискретизации могут выбираться по командам с компьютера: 100МГц, 75МГц, 62.5МГц, 10МГц, 7.5МГц, 6.25МГц, 62.5КГц. Следует отметить, что по желанию оператора эти частоты могут быть изменены путём перепрограммирования PLIS. ОЗУ может накапливать массив данных до 256000 выборок по каждому каналу. На выходах ЦАП имеется возможность синтезировать сигналы любой формы от синусоидальной, радиоимпульсной до самой простейшей- прямоугольной с частотами от единиц герц до 50 МГц, причём частоту можно изменять с очень малой дискретностью (01Гц), можно задавать программно диапазон, дискретность, и скорость изменения частоты, например для автоматического снятия АЧХ или ФЧХ исследуемого объекта. Особо следует отметить, что запуск каждого АЦП, синхронизация работы «PLIS» и следовательно работа синтезаторов частоты происходит от одного высокостабильного опорного генератора, что позволило авторам реализовать прецизионные фазовые измерения на базе этой платы [1,2,3,4,5] как с непрерывными так и радиоимпульсными сигналами. Микросхема «PLIS» платы АЦП может также управлять коэффициентом усиления блока регулируемых высокочастотных усилителей по заданной программе или по командам c пульта компьютера. На плате АЦП имеется резервный разъём, выводы которого могут быть запрограммированы для управления или регулирования по заданной программе другими, вспомогательными блоками. Например: регулируемыми усилителями, в составе блоков временной регулировки усиления (ВРЧ) или автоматической регулировки усиления (АРУ), генераторами зондирующих импульсов и.т.д. Блоки усилителей состоят из двух малошумящих усилителей: − 1-й представляет собой регулируемый плавно сигналами ЦАП высокочастотный (полоса может быть до 100 Мгц). Максимальный коэффициент усиления составляет 55.5дб, диапазон изменения коэффициента усиления составляет 48 дб. Эта пара усилителей может быть использована для организации двухканальной системы временной регулировки чувствительности (ВРЧ) по наперёд заданному закону или системы АРУ при ультразвуковых измерениях.При организации одного канала измерений усилители можно включить последовательно тогда коэффициент усиления может достигать выше 100дб − 2-й представляет собой усилитель с очень большим входным сопротивлением около 10 ТОм. C помощью программного обеспечения LabVIEV, установленного на компьютере, можно производить визуализацию измеряемых процессов (рисунок 2) по следующим программам: − Двухканальный осциллограф; − Анализатор спектра с возможностью задания 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 22 различных оконных функций (Хемминга, Блекмана, Хеннинга и др.) , а также с возможностью запоминания спектров с последующим их вычитанием; − Коррелометр; − Измеритель АЧХ и ФЧХ с возможностью задания диапазона и дискретности изменения частоты; − Двухканальный измеритель-регистратор (самописец) изменений интенсивности принимаемого сигнала по времени с использованием автошкалы как по оси измеряемых значений, так и по оси времени; − Двухканальный генератор-синтезатор частот. Рисунок 2 – Визуализация измеряемых процессов Разработанная реконфигурируемая измери- тельная система позволяет заменить целый парк дорогостоящих измерительных приборов (осо- бенно таких как характериографы, самописцы), позволяет выполнять прецизионные фазовые измерения при исследовании фазочастотных характеристик различных четырёхполюсников, позволяет полностью автоматизировать, доку- ментировать и запоминать весь процесс проведе- ния измерений. − Может быть использована Универсальный лабораторный стенд для ВУЗов − Лаборатории по измерениям, диагностике и контролю дефектов в ЖД транспорте, авиации, нефте и газопроводах, космической промышлен- ности − Системы связи и телекоммуникаций − Геологоразведка − Научно-исследовательские институты и лаборатории − Сервисные центры по ремонту и наладке электронной аппаратуры 1. Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. А36 Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание. : Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2008.-992 с. 2. Уолт Кестер. Проектирование систем цифровой и смешаной обработки сигналов. Москва: Техносфера, 2010.-328с. 3. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования,- СПб.: Политехника, 1998.-592с. 4. Steven W. Smith, The Scientist and Engineer`s Guide to Digital Signal Processing. Second Edition, 1999, California Technical Publishing, P.O. Box502407, San Diego, CA92150. Also available at: http://www.dspguide.com or http6//www.analog.com. 5. Цифровий спосіб вимірювання фазового часу проходження радіоімпульсних сигналів. Патент України на винахід №105074 від 10.04.2014 МПК G04F10/00 (2014.01) бюл.№9/2014.Номер заявки а201206917 від 06.06.2012. Баженов В.Г., Богдан Г.А., Грузін С.В. УДК: 621.039 ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ЭЛЕМЕНТАХ ОБОРУДОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Баринов А.А.1, Дмитриев С.М.1, Хробостов А.Е.1, Рязанов А.В.1, Главный В.Г.2 1НГТУ им. Р.Е.Алексеева, каф. «Атомные и тепловые станции» Н. Новгород, Россия 2ИТ СО РАН им.С.С. Кутателадзе Новосибирск, Россия Процессы смешения потоков с различной температурой и концентрацией растворенных примесей (поглотителей нейтронов) в ряде слу- чаев значительно влияют на ресурс реакторной установки и ее поведение в переходных и ава- рийных режимах работы. Расчетное моделирова- ние такого вида гидродинамических явлений проводится при помощи трехмерных теплогид- равлических программ, нуждающихся в верифи- кации на основе данных эксперимента. Пространственные кондуктометрические дат- чики являются одним из средств измерения поля концентрации примеси и гидродинамических величин в турбулентном потоке жидкости. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 23 Проведенная работа по освоению и адаптации метода пространственной кондуктометрии к измерениям в турбулентных потоках теплоносителя позволяет провести исследования смешения потока в элементах масштабных моделей парогенирирующих блоков ЯЭУ. В настоящее время совместными усилиями НГТУ им. Р.Е.Алексеева, ИТ СО РАН им.С.С.Кутателадзе и АО «ОКБМ Африкантов» создана лабораторная база, включающая тестовый кондуктометрический стенд, набор пространственных датчиков различной конструкции и быстродействующую измери- тельную систему ЛАД-36, которая позволяет производить параллельную регистрацию сиг- налов с частотой до 1,8 МГц на 36 каналах [1]. Разработанные датчики имеют сетчатую (рис.1) и стержневую конструкцию, что дает возмож- ность измерять поля концентрации проводящих примесей в каналах и зазорах сложной гео- метрической конфигурации. Кроме того, такие виды измерительных устройств имеют низкую инерционность, что позволяет разрешать широкий диапазон частот турбулентных пульсаций в потоке теплоносителя. (а) (б) Рисунок 1 – Cетчатые кондуктометрические датчики: а – датчик для квадратного канала; б – датчик для круглого канала В настоящее время были проведены эксперименты по смешению потоков с различной концентрацией растворимой соли в каналах круглого и квадратного поперечного сечения. Методика проведения исследований гидро- динамических процессов в круглом канале D=60мм заключалась в следующем: солевой трассер через инжекционный капилляр изокине- тически подавался в центр канала спутно с направлением потока. С помощью сетчатого дат- чика проводился замер проводимости по попе- речному сечению потока, при подаче солевого трассера на различном расстоянии до места установки датчика. В результате экспериментальных замеров при различных местах ввода трассера получены сле- дующие данные: – временные реализации флуктуаций измерительного скаляра от времени для всех ячеек датчика при различных расстояниях от подачи солевого трассера до места установки сетчатого датчика. Из полученных зависимостей определялись средние по времени значения, а также пульсационные составляющие измери- тельного скаляра для каждой ячейки сетчатого датчика. Усредненные значения использовались для построения распределений измерительного скаляра, а на основе пульсационных составляю- щих строились частотно-энергетические спектры сигналов; – построены распределения (картограммы) измерительного скаляра (5) по сечению экспери- ментальной модели при различных положениях инжекционного капилляра, позволяющие судить о наличии характерного для турбулентного по- тока размытия трассера с увеличением расстоя- ния от точки подачи; – построены графики и картограммы ради- альной дисперсии трассера для характерных се- чений экспериментальной модели (рисунок 2). Получено хорошее согласие оценок осред- ненных характеристик потока с данными других исследователей. Форма распределения согласу- ется с теорией Тейлора, согласно которой рас- пределение частиц трассера в спутном турбу- лентном потоке подчиняется модели «случай- ного блуждания» [2]. Обработка данных позволила весьма достоверно оценить временные и геометрические (волновые числа k = 20–75 м-1, размеры 13-50 мм) масштабы вихрей, распреде- ления спектральной плотности энергии турбу- лентности в ядре потока. Промышленную апробацию созданная измерительная система будет проходить на крупномасштабном верификационном исследо- вательском стенде НГТУ им. Р.Е. Алексеева по изучению смешения неизотермических потоков в проточной части модели реактора РИТМ-200 для универсального атомного ледокола (УАЛ). 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 24 Работа выполнена при поддержке Министер- ства образования и науки РФ в рамках договора № 02.G25.31.0124 от 3 декабря 2014 г. (в соот- ветствии с Постановлением Правительства Рос- сийской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218). (а) Рисунок 2 – Дисперсия примеси в турбулент- ном потоке: (a) – картограммы интерполирован- ного осредненного распределения проводимости в сечении 0,5D, (б) – в сечении 5D от места впуска трассера; (в) – осредненные графики рас- пределения измерительного скаляра и аппрокси- мации (на рис. «app») функцией Гаусса; D – гид- равлический диаметр канала; r/R – относитель- ное расстояние по радиусу канала (б) (в) Список использованных источников 1. «Развитие стендовой базы НГТУ им. Р.Е.Алексеева для верификации CFD программ // С.М.Дмитриев [и др.]. – сборник тезисов НТС «Проблемы верификации и применения CFD- кодов в атомной энергетике». – Н.Новгород, 2016. – с.17-18. 2. G. Taylor. The dispersion of matter in turbulent flow through a pipe. Proceedings of the Royal Society of London. – 1954. – P. 446-468. . УДК 681 КОМПЛЕКСНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АУДИОСИГНАЛОВ В СФЕРЕ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ Бобрикович А.А., Гусев О.К. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В основу метода контроля качества передачи звуковых сигналов положено комплексное ста- тистическое оценивание параметров сигнала, определяющих, в конечном итоге, оценку каче- ства его передачи слушателем. В процессе оценки используются наиболее информационно значимые параметры из многочисленных характе- ристик сигнала. По результатам измерений фор- мируется многомерное векторное пространство, определяющее область существования сигнала. Такой подход лежит в основе метода комплексного статистического контроля качества аудиосигналов (МКСК). Комплексный статистический контроль включает в себя комплексный анализ статистик энергетических и спектральных параметров сиг- нала, а также параметров формы сигнала и оценку их изменения в результате передачи сиг- нала по каналам и трактам с адаптивно изменя- ющимися при проведении контроля характери- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 25 стиками. Статистический контроль дополняется введением шкалирования полученных параметров по известным оценкам качества передачи кон- кретных звучаний и результатам субъективно статистических испытаний (ССИ). Такой подход к оценке качества передачи звуковых сигналов во многих случаях остается единственно воз- можным, так как многообразие возможных по- мех и искажений сигнала в каналах передачи делает малообъективной любую оценку, сфор- мированную вне воспринимающего субъекта или его модели. А корреляция результатов ССИ и МКСК не только выводит на качественно новый уровень сам процесс проведения измерений и представления результатов контроля, но также предполагает дальнейшее стремительное разви- тие данного метода наряду с развитием вычисли- тельной мощности аппаратуры комплексного статистического контроля (АКСК). [2]. В соответствии с МКСК, по результатам ана- лиза изменений статистических характеристик сигнала формируется обобщенная оценка замет- ности изменений сигнала в процентах и «балль- ная оценка» качества передачи по 5-балльной шкале. В качестве измерительного инструмента МКСК используется АКСК, осуществляющий вычисление, построение и анализ статистических характеристик ряда параметров, а также измене- ний этих характеристик на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов (программно-аппаратный комплекс Spectralab). Полученные оценки отображаются на дис- плее АКСК, на экран также выводится оценка коэффициента передачи канала, сформированная по реальному сигналу. В случае выхода оценки за пределы допуска, для канала данного класса конкретизируются параметры сигнала, опреде- ляющие ее снижение, и предлагаются рекомен- дации по необходимой коррекции характеристик канала передачи. Измерения могут производиться как с выве- дением, так и без выведения канала из эксплуа- тации, возможен также экспресс-контроль канала в процессе эксплуатации по ограниченному набору рекомендуемых параметров. При проведении измерений с выведением канала из эксплуатации АКСК подключается к входу и выходу канала, по которому осуществляется передача специально подготовленной испыта- тельной программы, входящей в комплектацию (базу данных) АКСК. В программу включены сигналы, обеспечивающие наиболее полный кон- троль свойств канала. После приема испытательной программы ап- паратурой комплексного статистического кон- троля (ИП АКСК) на приемной стороне, сравни- вая статистические свойства переданного и при- нятого сигналов, автоматически формирует оценку заметности изменений сигнала и балль- ную оценку качества передачи. При расчетах используется испытательные программы (ИП) из имеющейся базы данных. В случае выхода оценки за пределы допуска для канала данного класса конкретизируются параметры сигнала, определяющие ее снижение, и предлагаются рекомендации по необходимой коррекции характеристик канала передачи. При проведении измерений без выведения канала из эксплуатации, контроль осуществляется с ис- пользованием реального вещательного сигнала, передаваемого по каналу передачи. АКСК под- ключается к входу и выходу канала и производит сбор статистики о свойствах сигнала на длитель- ности, соответствующей интервалу стационарно- сти для данной программы. Длительность интер- вала стационарности определяется в АКСК ав- томатически по отсутствию изменений в статистических свойствах сигнала. Для программ радио это 1...2 часа. Структурная схема органи- зации измерений приведена на рисунке 1. Рисунок 1 – Структурная схема организации измерений без выведения канала из эксплуатации. АКСО – блок аппаратно- программного комплекса Статистические параметры аудиосигналов, использованные в рамках МКСК позволяют определить степень искажения сигнала в канале передачи, и, что не мало важно, результаты возможной коррекции этих искажений. [4]. Результаты исследования эффективности обработки звуковых сигналов с использованием автокорректоров уровня и аудиопроцессоров, применяемых на каналах телерадиовещания приведены на рисунке 2. Рисунок 2 – Результаты предварительной обработки аудиосигналов в канале передачи программ Использовались модель стандартной класси- ческой обработки (АРУР), АП OPTIMOD (ORBAN – США), цифровой ограничитель «ВАРЯГ» и АП «АРГО». Из гистограммы следует, что предваритель- ная обработка звуковых сигналов позволяет по- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 26 высить относительную среднюю мощность (ОСМ), которая затем уменьшается в канале пропорционально используемой скорости пере- дачи цифрового потока. Объективная оценка изменений звуковых сигналов в каналах передачи, близкая к результа- там объемных ССИ, может быть получена с ис- пользованием статистических распределений определенного количества параметров. При этом важен тот факт, что при соблюдении основных пунктов методики измерений, трудоемкость формирования такой оценки и конечная стои- мость проведения измерений существенно ниже, а точность и повторяемость гораздо выше, чем при проведении ССИ. Рисунок 3 – Результаты измерений ОСМ гармонического сигнала и наложения сигнал/шум На рисунке 3 приведены результаты измере- ний ОСМ гармонического сигнала 1000 Гц и та- кого же сигнала, но с подмешанным розовым шумом мощностью 2% от мощности сигнала. [1]. В результате получается, что введение шумо- вой составляющей четко фиксируется парамет- рами распределения. Поэтому интегральные ста- тистические распределения являются основной альтернативой традиционным измерениям при определении качества передачи в каналах, не сохраняющих форму сигнала, т.е практически всех современных аналоговых и цифровых кана- лов [3]. 1. Попов О. Б. Рихтер С. Г. «Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания» – М.: Горячая линия – Телеком, 2011. – 306 с. 2. Бобрикович А. А. Гусев О. К. Воробей Р. И. «Метод комплексного статистического контроля качества аудиоаппаратуры»// Сборник тезисов. – Приборостроение 2015. Минск. С. .. 3. Architectural acoustic: Databook / Elsevier Academic Press. – Marshall Long, 2006. – 761 с. 4. Ковалгин Ю. А. Вологдин Э. И. «Аудиотехника» – М.: Горячая линия – Телеком, 2013. – 696 с. УДК 621.384.3: 616.073.65 МОНИТОРИНГ МЕТОДИК УСКОРЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ СВЕТОДИОДОВ ТЕРМОГРАФАМИ С РАЗНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ Бумай Ю.А.1, Куклицкая А.Г.1, Бернацкая М.Д.1, Трофимов Ю.В.2, Цвирко В.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2РНПУП «Центр светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН Беларуси» Минск, Республика Беларусь Разработка методик ускоренной деградации светоизлучающих диодов (СИД) необходима для оценки их качества, чтобы при включении в состав светодиодных излучателей гарантировать долговременную эксплуатацию последних с сохранением спектральных и светотехнических характеристик [1]. Методика ускоренной деградации СИД за счет перегрева излучающего кристалла из-за наличия на поверхности линзы слоя мелкодисперсных частиц моделирует реальные условия эксплуатации светодиодных излучателей в производственных помещениях, при которых на внешней поверхности рассеивателя образуется слой пыли и сажи. При отработке методики проводились модельные эксперименты, в которых на поверхность линзы СИД наносился слой сажи, полученной при сжигании камфары, и исследовались зависимости поверхностного разогрева от величины питающего тока для СИД с монохроматическим излучением - HMHP-E1LG Helio и СИД со сложным спектральным излучением - MX6 Cree cool white (белого свечения). Мониторинг разогрева излучающей поверхности СИД осуществлялся термографами с различной спектральной чувствительностью - ИРТИС-2000 (РФ) и ThermaCAM A325 фирмы FLIR-systems (США). Тепловизор ИРТИС-2000 чувствителен к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн 3-5 мкм, спектральный диапазон тепловизора ThermaCAM A325 - 7,5-13 мкм. Кроме различной спектральной чувствительности, указанные термографы характеризуются практически совпадающими температурной чувствительностью, диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерения. Мониторинг предполагал регистрацию серии термограмм излучающей поверхности СИД различного свечения при наличии слоя Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 27 камфарной сажи в условиях возрастания тока питания от 10 мА до 500 мА с шагом в 50 мА. Ранее авторами было установлено, что по- верхностная температура СИД со сложным спек- тральным составом излучения, измеренная тер- мографом ThermaCAM A325 существенно выше температуры, зарегистрированной термографом ИРТИС-2000. Расхождение результатов измере- ний достигало десятков градусов Цельсия [2]. Существенное расхождение в значениях тем- пературы, превышающее нормированную по- грешность термографов, свидетельствовало о регистрации в более длинноволновой области излучения, избыточного над тепловым. Это можно объяснить, в частности, наличием флуо- ресценции продуктов горения камфары в данном спектральном интервале, возбуждаемой синей частью спектра излучения СИД [2]. С целью обнаружения влияния флуоресцен- ции продуктов сгорания камфары на показания термографа FLIR Thermocam A325, работающего в длинноволновой области инфракрасного спек- тра (диапазон длин волн 7,5–13 мкм), проведены экспериментальные исследования тепловых ре- жимов однотипных СИД Helio ультрафиолето- вого (HMHP-E1LU), синего (HBHP-E1LB) и зе- леного (HMHP-E1LG) свечения. На рисунке 1 приведены графики зависимо- стей температуры поверхности СИД от силы тока. 1 – синий; 2 – ультрафиолетовый; 3 – зеленый Рисунок 1 – Зависимости температуры поверхности синего, ультрафиолетового и зеленого СИД от силы тока Приведенные результаты хорошо согласу- ются с полученными данными эксперименталь- ных исследований тепловых режимов СИД MX6 Cree белого свечения, в спектре которого име- ются полосы в сине-фиолетовой области спектра (излучение кристалла СИД) и желто-зеленой (излучение люминофора) [2]. Следует отметить, что зарегистрированные термографом ИРТИС-2000 со спектральным диапазоном 3-5 мкм термограммы дают практи- чески совпадающие зависимости разогрева от тока для всех типов СИД, зависимости разогрева от тока для монохроматического СИД зеленого свечения практически совпадают для обоих ти- пов термографов[1,2]. Такая же ситуация наблюдалась при исследо- вании тепловых режимов СИД белого свечения в составе покрытого камфорной сажей светодиод- ного модуля, разработанного в Центр светодиод- ных и оптоэлектронных технологий Националь- ной академии наук Беларуси, термографами с различной спектральной чувствительностью ИРТИС-2000МЕ и ThermaCAM A325, что также свидетельствует о наличии в длинноволновой ИК-области излучения, избыточного над тепло- вым. На рисунке 2 представлена термограмма из- лучающей поверхности светодиодного модуля на основе СИД белого свечения с нанесенной на поверхность камфарной сажей, зарегистрирован- ная термографом Thermocam A325. Рисунок 2 – Термограмма светодиодного модуля, зарегистрированная термографом Thermocam A325 На термограмме отмечены точки, в которых измерена температура. Термограмма излучающей поверхности того же светодиодного модуля, полученная с помо- щью термографа ИРТИС-2000, приведена на рисунке 3. Рисунок 3 – Термограмма светодиодного модуля, зарегистрированная термографом ИРТИС-2000 Термограф Тhermocam A325 зарегистрировал разогрев в области отдельных СИД до 80°С, 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 28 тогда как термограф ИРТИС-2000 показал существенно меньший разогрев – до 60°С. Разница температур в 20°С хорошо согласуется с данными для СИД различного свечения, приведенными выше, с учетом того, что ток питания СИД в составе излучателя, не достигает предельных значений в 300– 500 мА. Таким образом, мониторинг методики ускоренной деградации СИД показал: - результаты измерения температуры излучающей поверхности СИД, покрытой слоем мелкодисперсных частиц, термографами с различной спектральной чувствительностью могут существенно отличаться; - разность измеренных температур значительно превышает пределы нормированной погрешности термографов и может быть обусловлена флуоресценцией продуктов сгора- ния камфары; - измерения температуры светодиодных излучателей со сложным спектральным составом при наличии производственных загрязнений на излучающей поверхности предпочтительно проводить термографами, чувствительными к более коротковолновому инфракрасному излучению. 1. Бумай Ю.А., Доманевский Д.С., Куклицкая А.Г., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. Исследование влияния поверхностного слоя мелкодисперсных частиц производственной пыли и сажи на спектры излучения и нагрев светодиодных осветителей / в сб. Приборостроение-2014 (м- лы 6 МНТК). Минск: БНТУ, 2014. - С. 41-42. 2. Бумай Ю.А., Куклицкая А.Г., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. Исследование тепловых режимов излучающих объектов термо- графами с разным спектральным диапазоном / в сб. Приборостроение-2014 (м-лы 7 МНТК). Минск: БНТУ, 2015. – Т. 1. - С. 55-57. УДК 620.179.14/15 ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ Бусько В.Н. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь При использовании магнитного метода эф- фекта Баркгаузена (МЭБ) с целью исследования, неразрушающего контроля (НК) и диагностики ферромагнитных материалов и изделий приме- няются различные типы магнитошумовых пре- образователей Баркгаузена (ПБ), или датчиков, накладного типа. Большинство из них работают в условиях, когда их необходимо держать в ру- ках или крепить на поверхности исследуемого материала механическим способом, что является не всегда удобным или практически невозмож- ным. Кроме того, из-за невозможности удержи- вать датчик длительное время вручную или при контроле крупногабаритных конструкций, а также в труднодоступных зонах снижается до- стоверность и эффективность измерений и кон- троля. Для повышения эффективности проведения исследований и НК сложных, крупногабаритных и труднодоступных элементов стальных кон- струкций предлагается использовать датчик, об- щий вид которого и пример установки на верти- кальную поверхность крупногабаритного обь- екта представлены на рисунке 1. 1–корпус датчика; 2-П-образный магнитопровод; 3-намагничивающая катушка; 4-контролируемое изделие; 5–индикаторная катушка; 6–постоянные магниты; 7–сигнальный кабель; 8–измерительный блок Рисунок 1 – Общий вид и пример установки датчика на вертикальную плоскость конструкции (образца) Сущность предлагаемого датчика состоит в том, что он снабжен двумя постоянными полосо- выми магнитами 6 [1] (рисунок 2), расположен- ными и закрепленными на противоположных Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 29 сторонах магнитопровода 2 П-образной формы и соосно с полюсами магнитопровода, выполнен- ного из магнитномягкого феррита, обладающего высокой магнитной проницаемостью. Намагни- чивающая катушка 3 для создания в участке кон- тролируемого изделия 4 магнитного поля распо- ложена на центральном плече П-образного маг- нитопровода. Индикаторная катушка 5, предназначенная для регистрации интенсивности магнитного шума, помещена в ферритовый сер- дечник броневого типа и расположена посере- дине между полюсами магнитопровода. Все эле- менты датчика расположены в корпусе 1. Рисунок 2 – Взаиморасположение постоянных магнитов, индикаторной и намагничивающей катушек, полюсов магнитопровода датчика (вид снизу) Длина L, ширина b и толщина d постоянных магнитов должны быть соизмеримы с габари- тами датчика и свободно размещаться в корпусе. При этом магнитное поле от постоянных магни- тов незначительно влияет на величину магнит- ного шума, измеряемого магнитошумовым ана- лизатором 8 с помощью сигнального кабеля 7. Магнитное поле, создаваемое постоянными маг- нитами в данном случае выполняет роль надеж- ного фиксатора и своеобразного крепления и удерживает ПБ на поверхности элемента сталь- ной конструкции, расположенной вертикально, наклонно относительно земли или имеет вогну- тые или выпуклые контролируемые участки (ри- сунок 1). Магнитный материал постоянных маг- нитов выбирается из условия, чтобы их суммар- ная магнитная энергия W обеспечивала удержание ПБ на поверхности изделия, находя- щегося в любом пространственном положении. В свою очередь W зависит от химического состава материала магнитов, размеров, способа изготов- ления и направления намагничивания, а также габаритов и массы датчика. Так, датчик может устанавливаться на любую вертикальную и наклонную плоскость поверхно- сти образца при длительных исследованиях или испытаниях. С помощью длинного шеста может быть установлен на боковую стенку крупногаба- ритного контролируемого изделия (нефтеналив- ные резервуары, газгольдеры, опоры моста, башни, балки и пр.), которое может находиться высоко над землей, на участок, где необходимо провести измерения. Установленный и удерживаемый таким обра- зом на объекте контроля датчик позволяет суще- ственно расширить функциональные возможно- сти использования магнитошумовых преобразо- вателей. Для проведения исследований и осуществле- ния НК стальных изделий и элементов конструк- ций с выпуклыми или вогнутыми поверхностями индикаторная катушка должна быть располо- жена на упругом элементе в виде пружины, рас- положенной посередине между полюсами маг- нитопровода. Таким образом, появляется возможность про- водить измерения магнитного шума и осуществ- лять контроль практически на любых (наклон- ных, вертикальных, угловых) поверхностях раз- личных элементов стационарных стальных конструкций, находящихся в удаленных и труд- нодоступных для контроля зонах, когда отсут- ствует возможность или затруднен доступ при измерении сигнала с помощью оператора. 1. Патент на изобретение РБ 2113, МПК G01 N27/72. Магнитошумовой преобразователь / Бусько В.Н.; заяв. – «ИПФ НАН Беларуси» //Аф. Бюлл. № 3, 2005. - С. 99-100. УДК 535.2:616-71 УГЛОВАЯ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ФОТОМЕТРИЯ Венцурик А.В., Безуглый М.А. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт им. И. Сикорского» Киев, Украина Развитие лазерных и компьютерных техноло- гий способствовал внедрению оптических мето- дов в различные сферы неразрушающего кон- троля, начиная от исследования рассеивающих сред и материалов в технике и заканчивая диа- гностикой состояния тканей и органов в биоло- гии и медицине. Продолжая изучение свойств и возможностей эллипсоидальной фотометриче- ской аппаратуры [1], в данной работе проведен ряд практических экспериментов, позволяющих 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 30 с позиций оптики светорассеяния по новому взглянуть на взаимодействие оптического излу- чения с мутными средами. В работе рассмотрены особенности реализа- ции усовершенствованного метода эллипсои- дальной рефлектометрии, который позволяет осуществлять исследования оптических свойств рассеивающих сред при различных углах паде- ния и энергетических характеристиках зондиру- ющего оптического излучения. Для практиче- ской реализации метода была разработана экспе- риментальная установка [2], которая в качестве измерительного ядра использует эллипсоидаль- ный рефлектор с характерным продольным па- зом для ввода оптического излучения под раз- личными (изменяемыми) углами. Также уста- новка имеет механизм микрометрической регулировки высоты, что позволяет работать с различными толщинами исследуемых сред, и юстировочные приспособления для достижения горизонтальности базовой лини и соосности ре- флектора, вспомогательной оптической системы и ПЗС камеры. Изменение энергетических харак- теристик падающего излучения достигается пу- тем регулировки мощности универсального ис- точника питания лазерных полупроводниковых излучателей соответствующей длины волны (650 нм (красный) 532 нм (зеленый) илм 405 нм (си- ний) при номинальной мощности 5 мВт каждого из них), разработанного авторами. Для получения фотометрических изображе- ний использованы средства ПЗС фотометрии, что и в работах [2, 3]. На основании механизма обработки изобра- жений при эллипсоидальной фотометрии [3] была усовершенствована методика анализа фо- тометрических изображений при угловой ре- флектометрии, основными отличительными структурными элементами зонного анализа ко- торых являются эллипсы коллимированного по- тока и направленного отражения, а также эллип- тическое кольцо малоуглового рассеянья. Для получения искомых значений оптических параметров сред был применён сравнительный метода отсчета. В качестве эталонов выступили плоскопараллельные пластины молочного стека МС-20 толщиной 3, 5 и 10 мм с априори равно- мерным распределением рассеивающих центров и осесимметричным характером анизотропии рассеянья. В качестве исследуемых образцов была вы- брана мышечная ткань свиньи и курицы различ- ных толщин. Ткань была отделена перпендику- лярно направлению размещения волокон для обеспечения минимально возможных отклоне- ний величины фактора анизотропии рассеянья при последующем численном эксперименте ме- тодом статистического моделирования Монте- Карло [4] и выдержана в нормальных условиях в физиологическом растворе 0.9% NaCl на протя- жении 30 минут. В результате были получены группы фотометрических изображений на различных длинах волн при различных углах наклона лазерного модуля с шагом 2.50, наиболее характерные из которых приведены на рисунках 1–4. а) б) в) г) д) е) Рисунок – 1 Фотометрические изображения рассеянного излучения на длине волны 532 нм образцами мышечной ткани свиньи толщиной 3.6±0.26 мм при углах наклона падающего излучения: 600 (а); 500 (б); 450 (в); 400 (г); 300 (д); 200 (е) а) б) в) г) д) е) Рисунок 2 – Фотометрические изображения рассеянного излучения на длине волны 405 нм мышечной ткани курицы толщиной 3.2±0.49 мм при углах наклона падающего излучения 600 (а); 500 (б); 450 (в); 400 (г); 300 (д); 200 (е) Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 31 а) б) в) г) д) е) Рисунок – 3 Фотометрические изображения рассеянного излучения на длине волны 650 нм мышечной ткани курицы толщиной 3.2±0.49 мм при углах наклона падающего излучения 600 (а); 500 (б); 450 (в); 400 (г); 300 (д); 200 (е) а) б) в) г) д) е) Рисунок 4 – Фотометрические изображения рассеянного излучения на длине волны 405 нм молочным стеклом МС-20 толщиной 10 мм при углах наклона падающего излучения:600 (а); 500 (б); 450 (в); 400 (г); 300 (д); 200 (е) На основании полученных фотометрических изображений построены графики изменения уровня освещенности отдельных зон изображе- ния в зависимости от угла падения лазерного излучения, которые хорошо коррелируют с вы- численными значениями оптических параметров исследуемых сред и тканей. В то же время, ана- литические закономерности, которые могут лечь в основу построения прогностических моделей оценки характера рассеянья оптического излуче- ния мутной средой, остаются не выясненными. Авторы считают, что решение данной задачи находиться в плоскости построения адекватной модели взаимодействия оптического излучения с рассеивающей одно- или многослойной средой при корректном использовании начальных дан- ных, которые содержат параметры лазерного излучения и угол наклона, с высокой точностью. Помимо программной и модельной задачи перед авторами стоит также задача создания опытного образца системы, реализующей пред- ложенный принцип. Сферой применения угло- вой эллипсоидальной рефлектометрии, помимо области оптической биометрии рассеивающих сред и тканей, может стать и область исследова- ния непрозрачных лакокрасочных и диэлектри- ческих покрытий. 1. Bezuglyi, M.A. Ellipsoidal reflectors in biomedical diagnostic / M.A. Bezuglyi, N.V. Bezuglaya // Proc. SPIE. - 2013. - P. 9032. 2. Венцурик, А.В. Установка для кутової еліпсоїдальної рефлектометрії / А.В. Венцурик // Збірник тез доповідей конференції «Погляд в майбутнє приладобудування», Київ, НТУУ «КПІ». 2016. - С.121. 3. Безуглый, М.А., Обработка изображений при эллипсоидальной фотометрии / М.А. Безуглый, Н.В. Безуглая, А.Б. Сами- ляк // Приборы и методы измерений. - 2016; № 7(1). – С. 67-76. 4. Безуглая, Н.В. Особенности анизотропии светорассеяния волокнистыми биологи- ческими тканями / Н.В. Безуглая, М.О. Безгулый, Г.С. Тымчик // Вестник НТУУ «КПИ». Серия «Приборостроение». - 2015. - № 2(50). – C. 169-175. УДК 535.317:532.527 ВИХРЕВАЯ ГАЗОВАЯ ЛИНЗА Виленчиц Б.Б., Попов В.К., Шаронов Г.В. Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко БГУ Минск, Республика Беларусь Для проведения оптического экспресс – ана- лиза параметров газовых выбросов промышлен- ных производств и технических средств с высо- ким пространственным разрешением различ- ными методами и устройствами требуется периодическая перефокусировка зондирующего светового пучка. В условиях длительной эксплу- атации таких устройств применения для этой 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 32 цели стеклянных линз неэффективно, так как их поверхности будут загрязняться, что приведет к снижению точности и надежности измерений. В этих условиях целесообразно использовать газо- вые линзы. Газовые линзы, достаточно подробно и все- сторонне описанные в литературе, могут быть созданы различными способами. Из публикаций видно, что наиболее рациональными для массо- вого пользования являются термогидродинами- ческие газовые линзы. Однако характеристики последних, например, зависят от ориентации в пространстве, что снижает возможности их при- менения в данном случае. Для эффективной реа- лизации устройств бесконтактного экспресс-ана- лиза, обладающих повышенным пространствен- ным разрешением, разработаны газовые линзы, основанные на применении вихревого эффекта. Вихревой эффект Ранка-Хилша представляет собой сложный газодинамический процесс и обуславливает перераспределение температуры в поперечном сечении неизотермического закру- ченного турбулентного потока вязкого сжимае- мого газа. Устройство, в котором реализуется такой эффект, называется трубой Ранка-Хилша или вихревой трубой [1]. Однако, если учесть, что показатель преломления газа приближенно прямо пропорционален давлению и обратно про- порционален температуре, то вихревой поток, реализующийся в вихревой трубе, с осесиммет- ричными полями температуры и давления, име- ющими высокие радиальные градиенты, может быть использован для разработки средств гене- рации, управления, диагностики и передачи ла- зерного излучения. Известно несколько конструкций вихревых труб [1]. В наших экспериментах использовались модифицированные конструкции двухсторон- него варианта прямоточной вихревой трубы. Исследования оптических характеристик вихре- вой системы осуществлялись в трех режимах: в момент подачи в нее воздуха (1-й нестационар- ный режим), при стационарном режиме подачи и в момент отключения подачи воздуха (2-й неста- ционарный режим). На рисунке 1 приведены зависимости фокус- ного расстояния (при стационарном режиме по- дачи воздуха в вихревую трубу) от длины вихре- вой зоны (при давлении газа на входе 1,5 кг/см2) для трех размеров кольцевых шайб дросселя, посредством которых менялось гидравлическое сопротивление и, тем самым, соотношение рас- ходов потоков горячего и холодного воздуха. На рисунках 2 – 4 показаны распределения интенсивности и их денсинтограммы в попереч- ном сечении светового пучка для трех упомяну- тых режимов его формирования газодинамической системой. Для всех режимов длина вихревой зоны 1в лежит в пределах 4 - 5 калибров. Рисунок 1 – Зависимость фокусного расстояния от длины вихревой зоны Рисунок 2 – Распределение интенсивности в сечении пучка – первый нестационарный режим Рисунок 3 – Распределение интенсивности в сечении пучка – стационарный режим Рисунок 4 – Распределение интенсивности в сечении пучка – второй нестационарный режим В момент пуска вихревой трубы наблюдалась фокусировка светового потока с равномерным распределением интенсивности по сечению све- тового пятна (рисунок 2). Время наблюдаемого Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 33 эффекта составляло 7 – 8 с. В период стационар- ного режима работы этой же вихревой трубы наблюдалось перераспределение интенсивности по сечению светового пятна и формирование светового пучка с провалом интенсивности, когда периферийное кольцо имеет большую ин- тенсивность, чем центральная часть пятна. Ме- няя режим работы вихревой трубы, можно ре- гулировать величину интенсивности централь- ной части пятна (рисунок 3). Отключив подачу воздуха в вихревую трубу, получаем устойчивое распределение интенсивности светового пятна, когда все лучи пучка резко концентрируются в периферийном кольце (рисунок 4). Время суще- ствования наблюдаемого эффекта продолжалось в течение 45 – 90 с. Во всех приведенных экспериментах макси- мальная интенсивность периферийного свето- вого кольца наблюдалась в пределах r/rk = 0,55 - 0,85 (где rk – внутренний радиус перемещаемой трубы), что соответствует границе раздела сво- бодного и вынужденного вихрей. Появление этой границы раздела происходит в момент пе- рестройки свободного вихря (для которого ха- рактерен закон потенциального течения) в вы- нужденный вихрь (для которого характерен за- кон вращения твердого тела). В результате перестройки вихря возникает центробежный поток кинетической энергии и центростреми- тельный поток тепла, обусловленные разностью статических температур. Если учесть зависи- мость показатель преломления газа от давления и температуры и рассмотреть по отдельности две вихревые зоны, то можно предположить для мо- мента отключения подачи воздуха в вихревую трубу следующее: для периферийной высоко- температурной зоны высокого давления – фактор давления преобладает над температурой – наблюдаем фокусировку на периферии; для осе- вой низкотемпературной зоны низкого давления – фактор температуры преобладает над давле- нием – наблюдаем расфокусировку в центре. То- гда максимум интенсивности световых лучей наблюдается в периферийном кольце (рисунок 4). Для стационарного режима работы вихревой трубы, как и для момента отключения подачи в нее воздуха, наблюдаем фокусировку пучка на периферии, а соотношения между давлением и температурой для периферийной высокотемпера- турной зоны высокого давления остаются преж- ними. Однако в осевой (центральной) зоне про- исходит одновременно фокусировка и дефокуси- ровка (фактор давления соизмерим с температурным). Поэтому можно регулировать величину интенсивности центральной части пятна посредством дросселя (рисунок 3). В момент пуска вихревой трубы еще не про- исходит формирование и разделение свободного и вынужденного вихрей с четкой границей раз- дела между ними и плотность воздушного по- тока в осевой зоне будет выше, чем в перифе- рийной зоне. В этом случае наблюдаем фокуси- ровку светового потока с равномерным распределением интенсивности по сечению све- тового пятна (рисунок 2). Результаты проведенных исследований сви- детельствуют об оригинальных возможностях, обеспечиваемых термооптическими характери- стиками вихревых систем. Вихревые системы могут быть пригодны для формирования разных профилей интенсивности (с провалом в центре, кольцевых) световых пучков диаметрами от 0,003 до 0,056 м. Системы могут фокусировать и дефокусировать пучки излучения упомянутых размеров в широком спектральном диапазоне (от УФ до ИК) в широком интервале фокусных рас- стояний: 0,3 – 800м. 1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. – Москва: Машино- строение, 1969. – 183 с. УДК 004.451(075) МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ УГРОЗ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОС РВ Волосатова Т.М. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Москва, Российская Федерация Введение. Материалы публикации содержат основные результаты анализа основных направ- лений развития бортовых ЭВМ и операционных систем реального времени. На основе проведен- ного анализа определены основные аспекты ин- формационной безопасности бортовых вычисли- тельных средств авионики и, в частности ОС РВ. Учитывается, что для бортовых вычислительных средств (БВС) авионики вопросы информацион- ной безопасности необходимо рассматривать параллельно с вопросами надежности аппарат- ных компонент БВС. При анализе учтены БВС жёсткого реального времени. Область примене- ния таких вычислительных средств - бортовые системы управления, системы аварийной за- щиты, регистраторы аварийных событий. Такие БВС не допускают задержек реакции. Ситуация, в которой обработка событий происходит за 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 34 время, большее предусмотренного, в системе жёсткого реального времени считается фаталь- ной ошибкой. При возникновении такой ситуа- ции операционная система прерывает операцию и блокирует её, чтобы, насколько возможно, не пострадала надёжность и готовность остальной части БВС. 1. Аналитический обзор доступной литературы. Цель и задачи исследований. В процессе подготовки рукописи проведен анали- тический обзор доступных источников [1-7], позволивший установить, что для разработки средств обеспечения информационной безопас- ности (ИБ) бортовых вычислительных средств авионики необходима строгая и хорошо форма- лизованная модель угроз. Известные подходы к ее построению основаны на вербальных оценках и обобщении мнений экспертов. При этом не- возможно ограничить область адекватности тео- ретически возможными атаками, то есть обеспе- чить необходимую полноту модели. Кроме того, такие модели не учитывают лавинообразно нарастающие сбои и отказы (эффект «домино). Таким образом, целью настоящей публикации является описание разработанной методики формирования модели угроз ИБ БВС. При этом необходим учет функционирования БВС при лавинном нарастании последствий атак. Анализ показал, что основными требованиями к опера- ционным системам реального времени, приня- тым для эксплуатации в авионике являются: − Детерминированное предсказуемое пове- дение при различных нагрузках на систему, необходимое в ответственных приложениях и системах повышенной готовности; − высокая «живучесть», чтобы при отказе какой-либо части программного обеспечения другая часть продолжала нормально функциони- ровать; − соответствие различным отраслевым, наци- ональным и международным стандартам; − требования по надежности - вероятность сбоя в программе должна быть меньше вероят- ности сбоя аппаратных средств; требования по безопасности и секретности данных, в системе должны быть предусмотрены средства защиты от несанкционированного до- ступа Для достижения поставленой цели решались следующие задачи: − Анализ состава бортовых вычислительных средств летательного аппарата (ЛА) с учетом перспектив и динамики их развития. − Анализ атак на ИБ БВС, возможность которых ограничена физической реализуемо- стью. − Выявление условий возникновения спро- воцированных лавинных сбоев и отказов. 2. Основные результаты исследований. Модель угроз информационной безопасности программно - аппаратных средств строится пу- тем экспертного перечисления угроз, например: − угрозы утечки по техническим каналам; − угрозы несанкционированного доступа (НСД). Вышеперечисленные угрозы включают в себя: − угрозы, реализуемые в ходе загрузки операционной системы, направлены на перехват паролей или идентификаторов, модификацию программного обеспечения базовой системы ввода/вывода (BIOS), перехват управления за- грузкой; − угрозы, реализуемые после загрузки операционной системы и направленные на вы- полнение несанкционированного доступа с при- менением стандартных функций операционной системы или какой-либо прикладной программы; − угрозы внедрения вредоносных программ; − угрозы типа «Отказ в обслуживании»; − угрозы выявления паролей; − угрозы удаленного запуска приложений; − угрозы инициализации недокументирован- ных возможностей программ - приложений. На основе анализа известных методов по- строения моделей угроз информационным си- стемам, рассмотренных в [8], в настоящей пуб- ликации предлагается метод, основанный на применении нечетких автоматов. Как известно, при табличном описании модели угроз на основе экспертных оценок строится матрица инциден- ции, устанавливающая связь «атака – послед- ствие» (таблица 1). Таблица 1. Атаки Последствия атак Q1 Q2 … Qk … Q1 i … Q1 j А1 P11 P12 P11 А2 P11 P22 …. … … … … … Аn Pn1 Pn2 А1 1 P11 1 P11 2 А1 2 … … … … … … А1 m P11 m В таблице 1 Рij – нечеткое отношение пере- хода. Рассмотрим автомат с четким входом i(t) и зависимым от времени нечетким отношением перехода δ(t). Пусть s(t) - нечеткое состояние автомата в момент времени t на конечном мно- жестве состояний S = {s1, …, sn} и il— оценка зна- чения i(t). Состояние автомата в момент времени t определяется min-max композицией: 𝜇𝑠(𝑡+1) (𝑠𝑘) = = 𝑠𝑢𝑝𝑚𝑖𝑛 (𝜇𝑠(𝑡) �𝑠𝑗� ,(𝜇𝛿(𝑡) �𝑠𝑥,, 𝑖𝑙𝑠𝑗�) , или аналогично ей. Обучение направлено на Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 35 изменение нечеткой матрицы переходов: 𝜇𝛿(𝑡) �𝑠𝑘 , 𝑖𝑙𝑠𝑗� = 𝜇𝛿(𝑡−1) �𝑠𝑘 , 𝑖𝑙𝑠𝑗�, 𝑗 ≠ 𝑘, 𝜇𝛿(𝑡) �𝑠𝑘, 𝑖𝑙𝑠𝑗� = 𝑎𝑘𝜇𝛿(𝑡−1) �𝑠𝑘 , 𝑖𝑙𝑠𝑗� + + (1 − 𝑎𝑘)𝜆𝑘 (𝑡), где 0 < ak < 1, 0 < 𝜆𝑘 (𝑡) < 1, k = 1, … ,n. Кон- станта 𝜆𝑘 определяет скорость обучения. Начало работы автомата возможно без априор- ной информации 𝜇𝑠(0) (𝑠𝑘) = 0 или 1, а также с априорной информацией 𝜇𝑠(0) (𝑠𝑘) = 𝜆𝑘 (0). Ве- личина 𝜆𝑘 (𝑡) зависит от оценки функ- ционирования автомата. Доказано, что имеет место сходимость матрицы переходов, независимо от того, есть ли априорная информа- ция, т.е. 𝜇𝑠(0) �𝑠𝑗� может быть любым значением из интервала [0, 1]. Модель обучения формиру- ется следующим образом. Предполагается, что классификатор имеет в распоряжении множество дискриминантных функций нескольких пере- менных. Система адаптируется к лучшему реше- нию. Лучшее решение выделяет множество дис- криминантных функций, которые дают минимум последствий среди множества дискриминантных функций для данного множества образцов атак. Структурная схема нечеткого конечного авто- мата приведена на Рис.1. При создании модели угроз ОС РВ такое представление удобно ис- пользовать путем применения известных мето- дов каскадной и параллельно – последовательной композицией однотипных автоматов [9]. Рисунок 1 – Схема автомата, реализующего модель, либо структурную часть модели угроз. А – вектор атак, Q – вектор последствий реализации угрозы Заключение. Предложенный метод формирова- ния моделей угроз ИБ ОС РВ позволяет: − Формализовать и обобщать экспертные оценки с помощью нечетких переменных ал- гебры логики. − Строить наращиваемую формализованную модель угроз. − Учитывать возникновение возможных «ла- винных» атак. − Обратная связь, отображенная на Рис.1. учитывает лавинные атаки, когда последствия атаки в одном программном модуле становятся новой атакой. 1. Интернет – ресурс: www.aviasafety.ru/crash- stat , последний доступ – 25.12.2013. 2. Интернет-ресурс: Воздушный кодекс РФ от 19.03.1997 N 60-ФЗ / Консультант Плюс,www.consultant.ru/popular/air/. Послед- ний доступ 25.12.2016. 3. Ефанов В.Н. Открытые архитектуры в концепции авионики пятого поколения // Бодрунов С.Д. - Мир авионики. – 2004. – № 5. – С. 20–28. 4. Интернет-ресурс: Е.В. Книга, Принципы организации вычислительных систем пер- спективных летательных аппаратов/ www.elektropribor.spb.ru/cnf/kmu2013/text/63.d ocx. последний доступ 15.04.2016. 5. Зыль С. Операционная система реального времени QNX: от теории к практике. — 2-е изд. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 192 с. — ISBN 5-94157-486-Х. 6. Зыль С. QNX Momentics. Основы примене- ния. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 256 с. — ISBN 5-94157-430-4. 7. Евгенов А.В. Направления развития интегри- рованных комплексов бортового оборудова- ния самолетов гражданской авиации. / Авиа- космическое приборостроение. – 2003. – № 3. – С. 48–53. 8. Чичварин И.Н. Структурное моделирование угроз информационной безопасности систем автоматизированного проектирования / Вест- ник МГТУ. Серия Приборостроение – 2013, - №3. - С.58-75. 9. Алгебраическая теория автоматов, языков и полугрупп/Пер. с англ.; Под ред. М. Арбиба. – М.: Статистика, – 1975. – 335 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 36 УДК 681.51: 617.57-77 ОСОБЕННОСТИ БИОНИЧЕСКОГО ПРОТЕЗИРОВАНИЯ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ Вонсевич К.П., Безуглый М.А. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт им. И. Сикорского» Киев, Украина В сложной структуре последствий локальных и глобальных мировых военных конфликтов, травматизма на производстве, врождённых ано- малий, дизваскулярности, неоплазии и бытовых травм разного рода, одним из самых значимых факторов выступает утеря конечностей. Так, со- гласно статистике, показанной в статье [1], в следствии приведённых выше первопричин, в наиболее продуктивном возрасте – от 16 до 54 лет, происходит ампутации рук, ног и их отдель- ных частей, в том числе и фаланг конечности. Для преодоления последствий ампутаций, в случаях, где это возможно, могут использоваться несколько медицинских техник, среди которых наиболее продуктивными можно считать транс- плантацию и протезирование. Как известно, протез – это устройство, кото- рое может эстетически или функционально за- менить ампутированную часть тела человека. Среди различных вариантов протезных решений, наиболее доскональным и перспективным реше- нием является технология бионического проте- зирования. Бионический протез – это комплекс- ное устройство, с помощью которого человек может исполнять ряд движений и функций, не- обходимых в повседневной жизни, а процесс управления им происходит в следствии анализа биологических сигналов непосредственно от ампутанта. Для изготовления и проектирования каче- ственного бионического протеза исследователю необходимо обеспечить выполнение целого ряда критериев, таких как: наличие достаточного ко- личества степеней свободы, возможность интуи- тивного управления, внешнее сходство устрой- ства с здоровой конечностью, максимальная энергонезависимость и габаритные размеры. Более того, учитывая среду применения данного типа устройств, для его дальнейшей медицин- ской имплементации разработчику необходимо придерживаться ряда требований и критериев, присущих медицинским изделиям, в частности – по токсичности используемых в изготовлении материалов и веса готового устройства. Фактически, проектируя бионические про- тезы верхних конечностей, исследователи ре- шают целый ряд проблем, связанных с особенно- стями конструкции приборов, системой управле- ния, наличием тактильной обратной связи, источником питания и другими факторами, ко- торые в конечном счёте и формируют выходные характеристики пробора и, как следствие, его стоимость. Исходя из этого, можно утверждать, что каж- дая отдельная модель бионического протеза яв- ляется уникальным устройством, с наличием или отсутствием тех или иных функций, но основные функциональные блоки, присущие системам бионических протезов, остаются унифицирован- ными. Пример обобщённой схемы бионического протезного устройства приведен на рисунок 1. Рисунок 1 – Обобщённая схема бионического протезного устройства верхней конечности Каждый из описанных функциональных бло- ков имеет свою значимость в обеспечении кор- ректной работы системы, и должен учитывать не только технико-конструктивные трудности, воз- никающие в подобном типе устройств, но и от- дельные анатомические особенности конечности и специфичность функционирования опорно- двигательного аппарата и нервной системы че- ловеческого организма. По состоянию на сегодняшний день, суще- ствует множество исследований в области био- нического протезирования верхних конечностей, где используются различные типы конструкций и систем управления, которые базируются на использовании различных методов измерения биологического сигнала. Наиболее распростра- нённым методом организации системы управле- ния бионическим протезным устройством явля- ется использование в качестве управляющего сигнал, полученный методом электромиографии. Возвращаясь к обобщённой схеме биониче- ского протезного устройства верхних конечно- стей, при проектировании системы измерения сигнала, важно учитывать не только его очень низкую амплитуду, но и шумовую составляю- щую. Электромагнитное излучение, артефакты движения конечности, дрейф измерительных Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 37 датчиков, температурные колебания и артефакты в следствии работы сердечного органа [2] – это лишь часть помех, которые должны быть отсе- чены от полезного сигнала, при измерении элек- тромиограммы для дальнейшего её использова- ния в протезировании. Кроме того, не менее важной особенностью измерения миограм при протезировании является использования поверхностных измерительных электродов разных типов (активных, пассивных, сухих, гелиевых и.т.д), а также их местораспо- ложение на здоровой части конечности. В зависимости от тех типов движений, кото- рые в теории должен восполнять протез верхней конечности, основными группами мышц, иссле- дуемыми при бионическом протезировании яв- ляются: flexor pollicis longus, extensor pollicis lon- gus, flexor carpi uninaris, flexor carpi radialis, flexor palmaris longus extensor, carpi ulinaris [3] и.т.д. Говоря о системе обработки зарегистриро- ванной информации, важно учитывать довольно сложную форму получаемого сигнала, а также особенности его распознавания и классифика- ции. Так, измеренный, усиленный и отфильтро- ванный сигнал электромиограммы имеет в своей структуре несколько фаз и ряд определённых характеристик. При проектировании систем об- работки миографического сигнала, после записи миограммы, исследователи прежде всего обеспе- чивают её анализ с помощью разнообразных математических методов (вейвлет преобразова- ния, преобразования Фурье и.т.д). Этот процесс происходит путём выделения характеристиче- ских особенностей (таких как авторегрессионные коэффициенты, временные, частотные характе- ристики и.т.д.) передаточной функции, которые в дальнейшем могут использоваться для класси- фикации измеренного сигнала в соответствии с типом исполняемого движения. Классификация ЕМГ сигналов и дальнейшее машинное обучение проектируемой системы – один из наиболее сложных этапов в изготовле- нии бионических протезных устройств. Для реа- лизации этой задачи, исследователями, в основ- ном, используются отдельные уже наработанные математические методы и техники, с возможно- стью их комбинационного применения и введе- нием определённых изменений. К таким методам можно отнести метод опорных векторов, методы нечёткой логики, нейро-нечётной логики, штуч- ных нейронных сетей и.т.д. Обеспечение же проектируемого протеза си- стемой обратной связи, так же возможно путём комбинации различных решений, например – на основании датчиков давления, ультразвуковых датчиков, вибро-моторов и других конструктор- ских идей, связанных со сбором и передачей так- тильной информации к телу пользователя. Учитывая мобильность рассматриваемых устройств и их функциональное предназначение, не менее важным остается вопрос обеспечения питания в бионических протезах, где габаритные размеры и емкость используемых источников питания должны обеспечивать энергонезависи- мость протеза хотя бы на 5 часов беспрерывной работы. Итак, исходя из проанализированной инфор- мации, авторами было определено основные особенности проектирования бионических про- тезов верхних конечностей, которые будут ис- пользованы в дальнейшем построении собствен- ного устройства. Авторами был выделен метод электромио- графии, как основной и наиболее распространён- ный метод организации систем управления био- нических протезов, который и будет использован в качестве базиса при проектировании собствен- ного инженерного решения. Для упрощения процесса проектирования и изготовления протеза авторами планируется ис- пользование готовой системы измерения элек- тромиографического сигнала, с последующим построением математической модели его вери- фикации, в зависимости от типа используемых в исследовании движений верхней конечности. Основной целью разработки нового устрой- ства является создание бионического протезного решения, для использования его в случаях ча- стичной ампутации пальцев рук и возможной дальнейшей организацией системы вибро-так- тильной обратной связи. 1. Clement, R.G.E. Bionic prosthetic hands: A review of present technology and future aspirations // The Surgeon. – 2011. – № 9. – С. 336-340. 2. Rubanna H.C, Mamun B.I.R, Mohd A.B.M.A. Surface Electromyography Signal Processing and Classification Techniques // Sensors. – 2013. – № 13. – C. 12431-12466. 3. Balbinot A, Schuck A.J, Favieiro G.W. Decoding Arm Movements by Myoelectric Signal and Artificial Neural Networks // Intelligent Control and Automation. – 2013. – № 4. – C. 87-93. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 38 УДК 621.382 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И., Костина Г.А., Буйневич М.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) некоторых измерительной системы должны быть чувствительны как к мощности оптического из- лучения, так и к его спектральному диапазону (длины волны максимума спектральной плотно- сти). При этом, например, для диагностики им- пульсных плазменных разрядов должно обеспе- чиваться быстродействие фотоприемника на наносекундном уровне. Применение традицион- ных фотоприемников обеспечивает пригодность, основанного на нем оптического метода диагно- стики, в ограниченной области параметров кон- тролируемого объекта. В любом случае сущ- ность оптических методов сводится к регистра- ции абсолютной и относительной интенсив- ностей спектральных линий, полуширины, формы контуров спектральных линий и т.п. Результаты моделирования ФЭП с много- зарядными примесями показывают, что на зависимости времени жизни основных и неосновных носителей заряда от плотности мощности оптического излучения существуют две области линейной рекомбинации, разделен- ной областью нелинейной рекомбинации. Зависимости, связывающие конструктивные и выходные параметры ФЭП (рисунок 1) харак- теризуют возможность управления границами поддиапазонов линейности ФЭП с глубокими примесями, т.е. динамическим диапазоном за счет целенаправленного изменения концентра- ции глубокой акцепторной примеси. Автомати- ческая перезарядка уровней примеси в разных зарядовых состояниях глубокой многозарядной примеси при увеличении плотности мощности оптического сигнала приводит к формированию двух поддиапазонов энергетической характери- стики фотоприемника. Первый поддиапазон со- ответствует линейной рекомбинации при низких плотностях мощности оптического излучения, меньших некоторого порогового значения РL, а второй поддиапазон линейности энергетической характеристики наблюдается при высоких плот- ностях мощности оптического излучения боль- ших РH. При изменении мощности оптического излу- чения происходит изменение концентрации за- рядовых состояний примеси с разными энерги- ями ионизации и автоматическое переключение между уровнями по мере их заполненности соот- ветственно мощности оптического излучения. Результатом является расширение динамиче- ского диапазона чувствительности фотоприем- ника. Рисунок 1 – Зависимость границ поддиапазонов энергетической характеристики ФЭП от концентрации примеси акцепторной природы Параметрами ФЭП в линейных областях энергетической характеристики можно управ- лять как на стадии изготовления фотоприёмной структуры, так и в уже готовой структуре ис- пользуя, например, дополнительные воздей- ствия. Так положение границ областей PL и PH можно синхронно изменить на несколько деся- тичных порядков при изменении концентрации примеси (Ge(Cu)) от 1012 до 1015 cm-3 (рисунок 1). Положение конкретной энергетической характе- ристики ФЭП внутри пространства обобщенных характеристик определяется типом материала полупроводника и примеси. Структура многофункционального датчика в общем случае может включать совокупность одного или нескольких конструктивно объеди- ненных чувствительных элементов, размещен- ных в зоне действия нескольких физических ве- личин, а также формирующих соответствующие сигналы посредством преобразовательных (пере- даточных) функций. Целесообразно воспользо- ваться физической интеграцией процессов внутри объема чувствительного элемента, при- няв за основу полупроводниковую поверх- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 39 ностно-барьерную структуру (ПБС) МФД, например, металл-полупроводник-металл (с про- слойкой окисла, глубокими и мелкими примес- ными центрами). Как среда, в которой возможны хранение и обработка информации ПБС содержит три физи- чески различимых и электрически связанных области (поверхность – область пространствен- ного заряда (ОПЗ) – объем), границы которых, представляющие собой статические неоднород- ности, могут служить средством выявления диффузионно-дрейфовых потоков носителей заряда, создаваемых внешними воздействиями. Основой применения объемно перезаряжае- мых светом и электрическим смещением струк- тур является изменение времени жизни и по- движности неравновесных носителей заряда в результате их перераспределения по уровням рекомбинации и прилипания многозарядной примеси. Например, одноэлементная МФД структура МФД с расширенным и переключае- мым диапазоном энергетической характеристики работает следующим образом: при изменении мощности оптического излучения происходит изменение концентрации зарядовых состояний примеси с разными энергиями ионизации и ав- томатическое переключение между уровнями по мере их заполненности, соответственно мощно- сти оптического излучения. Результатом явля- ется расширение динамического диапазона чув- ствительности фотоприемника и реализация ав- томатического переключения передаточной характеристикой фоточувствительности. Одно- временно с переходом от одной линейной обла- сти к другой происходит и изменение быстро- действия фотоприёмника на основе полупровод- ника с многозарядной примесью акцепторного типа. Изменяя интенсивность излучения из области собственного поглощения можно управлять кон- центрацией примеси в различных зарядовых со- стояниях с разными уровнями энергии иониза- ции. В зависимости от плотности мощности оп- тического сигнала (дополнительного из области собственного поглощения, или основного) реа- лизуются различные зарядовые состояния много- зарядной примеси и, соответственно, спектраль- ные характеристики с максимумами на длине волны λ1 или λ2 (рисунок 2), переключаемые под воздействием управляющего излучения с длиной волны λ0. Управление уровнем интенсивности P управляющей подсветки позволяет регулировать вид спектральной характеристики. Изменение интенсивности управляющей подсветки на длине волны λ0 позволяет изменять относительную чувствительность фотоприемного устройства к излучению в диапазоне длин волн λ1…λn из об- ласти примесного поглощения. При мощности управляющего излучения λ0 PPВ работает уровень Е1 и фотоприемное устройство чувствительно к излучению с длиной волны λ2. Таким образом, за счет изменения ин- тенсивности управляющей подсветки из области собственного поглощения включается спек- тральная чувствительность одной и той же фото- чувствительной области фотоприемного устрой- ства либо к спектральной области λ1, либо – λ2, причем при работе с интенсивностью управляю- щего излучения P>PВ существенно расширяется динамический диапазон чувствительности фото- приемного устройства. Рисунок 2 – Переключение спектральной зависимости одноэлементного ФЭП Для реализации оперативного управления ви- дом спектральной характеристики при использо- вании традиционных фотоприемников понадо- билось бы использование в одном устройстве нескольких фотоприемников, каждый с оптиче- ским фильтрующим элементом, настроенным на различные области спектра, светоделительное устройство и схему объединения электрических сигналов. Такие многофункциональные ФЭП могут использоваться в мультиволновых каналах связи, что позволит при тех же характеристиках канала связи сократить число фотоприемников. При этом чувствительность системы (энергети- ческий запас) даже несколько повысится за счет исключения светоделительных элементов из оп- тического тракта канала связи. Многофункциональные датчики можно при- менить и в различных оптических схемах обра- ботки сигнала, например, схеме синхронного оптического детектора, реализующего передачу и информационного и опорного сигнала синхро- низации одним оптическим сигналом, причем информационный сигнал передается, например, параметром "мощность оптического сигнала", а сигнал синхронизации – параметром "длина волны оптического сигнала". При этом в обоих каналах используются МФД с переключаемыми характеристиками энергетической и спектраль- ной чувствительности. λ0 λ J P2 P1 λ1 λ2 1 2 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 40 УДК 621.382 ШИРОКОДИАПАЗОННЫЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В СИСТЕМАХ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И., Костина Г.А., Буйневич М.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Многие задачи в физике, медицине, метроло- гии, технической диагностике решаются путем регистрации изображений областей, находя- щихся в рассеивающих оптическое излучение средах. Поэтому актуальными задачами исследо- ваний в области технической диагностики явля- ются как изучение методов формирования тести- рующего оптического излучения, так и методов регистрации параметров источников излучения и параметров вторичного излучения диагностиру- емой среды, с учетом гетерогенности свойств объектов контроля. Важной задачей при разра- ботке принципов построения систем оптической диагностики является оценка возможностей пер- вичных преобразователей системы диагностики на основе широкодиапазонных фотоэлектриче- ских преобразователей. В основе оптических методов диагностики лежат как определенные модели исследуемого объекта, так и модели оп- тического сигнала и процессов формирования оптических характеристик такого сложного объ- екта, каким является, например, неоднородная нестационарная плазма. Одной из основных про- блем при разработке методов оптической диа- гностики и интерпретации диагностических дан- ных является сложный характер распростране- ния света в биотканях. Аналитически эта задача не может быть решена в общем случае в силу сложной структуры биотканей. Они являются существенно более мутными средами, чем туман – оптически неоднородные поглощающие среды. За счет многократного рассеяния и поглощения при распространении в биоткани лазерный пучок уширяется в поперечном направлении и затухает – в продольном. Формируется значительный поток излучения в обратном направлении (об- ратное рассеяние). Основными рассеивателями биотканей являются клеточные мембраны, ядра, митохондрии и гранулы меланина в клетках. Оп- тическая диагностика широко применяется при контроле состояния технических объектов и сложных систем, в том числе, в режиме «реаль- ного времени». Особенно, применение методов оптической диагностики целесообразно в проти- воположных случаях, когда необходимо макси- мально исключить влияние средств измерения на объект контроля (невозмущающие методы диа- гностики), или в случае, когда сам объект кон- троля представляет опасность для измерительной аппаратуры и оператора (человека). Например, метод оптической диагностики используется при стендовой отработке ракетного двигателя и ос- нован на измерении спектра излучения факела двигателя, выделении в спектре линий химиче- ских элементов, уносимых с элементов кон- струкции двигателя или присутствующих в каче- стве загрязнений в топливе, внутридвигательных полостях и в стендовых системах, и оценки сте- пени износа и загрязнений. Важной областью климатологических исследований является мо- ниторинг оптического состояния атмосферы. Для мониторинга высотного распределения компо- нентов атмосферы предназначены лидары. Ли- дары для исследования озона и аэрозоля в стра- тосфере составляют основу сети NDSC (Network for the Detection of Stratospheric Change). Техни- ческие требования к лидарным системам преду- сматривают обеспечение измерений оптических характеристик аэрозольного слоя, и обратного рассеяния аэрозоля. Типовые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) характеризуются относительно низким динамическим диапазоном (40-50 дБм) энергети- ческой характеристики. При этом, для ряда ме- тодов изменения мощности оптических сигналов достигают 106-107, а в ряде случаев паразитная засветка от объекта контроля или источника те- стирующего воздействия превышает и эту вели- чину. Диапазоны преобразования существующих фотоэлектрических преобразователей являются недостаточными, что приводит к необходимости в одном диагностическом приборе использовать несколько измерительных преобразователей од- ного типа с различными диапазонами. Указан- ные проблемы могут быть решены при исполь- зовании широкодиапазонных фотоэлектрических и измерительных преобразователей [1], позволя- ющих преобразовывать широкодиапазонные измерительные сигналы без переключения ин- формационных каналов систем оптической диа- гностики. Еще одной задачей при построении систем оптической диагностики является восстановле- ние образа «по прецеденту», заключающееся в построении алгоритма восстановления на основе эталонной пары «идеальное изображение - иска- женное изображение» и его использование для других сигналов того же класса. Общая схема преобразования данных (рисунок 1) состоит из двух этапов «обучение» и «обработка» изобра- жений (образов). Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 41 а) б) 1 – модель системы искажений; 2 –формирование признаков; 3 – классификатор; 4 – оценка погрешности Рисунок 1 – Схема преобразования образов в системе оптической диагностики: а) обучение; б) обработка Для построения таких систем возможно ис- пользование как дискретных координатно-чув- ствительных приборов, так и аналоговых прибо- ров с протяженной фоточувствительной поверх- ностью. К последним можно отнести позиционно-чувствительные линейные фотопри- емники, фоторезисторы, полупроводниковые сканисторы, а также полупроводниковые фото- диоды с продольным фотоэффектом. Для многих приложений применение аналоговых фотопри- емников предпочтительно с точки зрения высо- кой разрешающей способности, быстродействия, простой технологии изготовления. В ряде случаев системы оптической диагно- стики используют анализ излучения на различ- ных длинах волн. Многофункциональные широ- кодиапазонные детекторы (МФД) позволяют путем инжекции носителей заряда (изменение интенсивности управляющей подсветки на длине волны λ0, или инжекция через дополнительный электрод) в фоточувствительную область позво- ляет изменять относительную чувствительность фотоприемного устройства к излучению в диапа- зоне длин волн λ1…λn из области примесного поглощения. При этом реализуется возможность управления видом спектральной характеристики МФД, выполненного в одном объеме полупро- водникового материала, расширение спектраль- ного и динамического диапазона, исключение оптических фильтрующих элементов для форми- рования требуемого вида спектральной характе- ристики при использовании нескольких фото- приемников. Например, при использовании в качестве од- ноэлементного фотоприемника с многозарядо- выми примесями структуры Ge(Cu) реализуется переключение вида спектральной характерис- тики, определяемой включением зарядовых состояний на различных энергетических уровнях (сдвиг красной границы спектральной чувствительности на 4 мкм). Переключение производится за время порядка постоянной времени рекомбинации (10-5-10-8 с), в зависимос- ти от материала МФД и уровня оптического сигнала. 1 2 λ1 λ2 Выход λ0 Рисунок 2 – Одноэлементный фотоприемник с управлением характеристик по оптическому каналу Процессы формирования сигнала МФД свя- заны с изменением эффективного времени жизни и подвижности с уровнем инжекции. Зависи- мость времени жизни основных τn и неосновных τp носителей заряда от уровня возбуждения для германия и кремния, легированного глубокими примесями с несколькими многозарядными уровнями, характеризуется диапазоном измене- ния до четырех порядков величины. Фотоприёмники оптико-электронных систем контроля и диагностики должны обладать не только высокой чувствительностью, но и устой- чивостью к оптическим перегрузкам, особенно в оптических системах с использованием лазеров, характеризующимися большими плотностями мощности оптического излучения. Свойства одноэлементных фотоэлектриче- ских преобразователей на основе собственных полупроводников с малой концентрацией глубо- ких примесей, формирующих несколько зарядо- вых состояний, позволяют реализовывать ориги- нальные способы измерения не только парамет- ров оптического сигнала, но и перемещений, сил, давления, их производных, обладающие повы- шенной помехозащищенностью, линейностью выходных характеристик и другими полезными эксплуатационными свойствами. 1. Гусев, О.К. Проектирование и управление метрологическими характеристиками фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников с многозарядными примесями / О.К.Гусев, А.И.Свистун, Л.И.Шадурская, Н.В.Яржембицкая // Датчики и системы. 2011. № 1. – С. 19-23. 2. Гусев О.К. и др. Фотоприёмное устройство, управляемое подсветкой. Патент № 15840 РБ, МПК H 01L 31/16. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 42 УДК 621.382 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Современные тенденции развития информа- ционных технологий и обработки измерительной информации связаны с развитием функциональ- ной электроники и применением распределен- ных информационно-измерительных систем. Для последних характерна децентрализация первич- ной обработки данных путем "интеллектуализа- ции" датчиков. Внесение "интеллекта" в первич- ные преобразователи возможно различными спо- собами, среди которых одним из перспективных является создание функциональных датчиков, работающих на принципах интеграции физиче- ских процессов в чувствительном элементе. Например, разработка принципов действия мно- гофункциональных фотоэлектрических датчиков (МФД) основана на использовании неравновес- ных электронных процессов в полупроводнико- вых структурах, протекающих при комбинации факторов внешних воздействий (электрическое и магнитное поле, свет, температура, давление и др.) и систематизации их особенностей. Структура многофункционального датчика в общем случае может включать совокупность одного или нескольких конструктивно объеди- ненных чувствительных элементов, размещен- ных в зоне действия нескольких физических ве- личин, а также формирующих соответствующие сигналы посредством преобразовательных (пере- даточных) функций. Целесообразно воспользо- ваться физической интеграцией процессов внутри объема чувствительного элемента, при- няв за основу полупроводниковую поверх- ностно-барьерную структуру (ПБС) МФД, например, металл-полупроводник-металл (с про- слойкой окисла, глубокими и мелкими примес- ными центрами). Как среда, в которой возможны хранение и обработка информации ПБС содержит три физи- чески различимых и электрически связанных области (поверхность – область пространствен- ного заряда (ОПЗ) – объем), границы которых, представляющие собой статические неоднород- ности, могут служить средством выявления диффузионно-дрейфовых потоков носителей заряда, создаваемых внешними воздействиями. Преобразование входной физической (чаще неэлектрической) величины в выходной сигнал датчика (напряжение, ток) осуществляется через протекание определенного физического процесса в объеме чувствительного элемента. Такое пре- образование отличается тем, что на входе дей- ствуют одновременно несколько физических величин, изменение даже одной из которых со- провождается протеканием целого ряда физиче- ских явлений. Таким образом, преобразователь- ная (передаточная) характеристика датчика явля- ется сложной функцией параметров хi, исследуемого (на входе) процесса и параметров z измерительного сигнала. Выбор структуры мно- гофункционального датчика зависит от условий формирования и измерения передаточной харак- теристики, способа ее экспериментальной реали- зации с учетом выявленных особых точек харак- теристик чувствительности и особенностей из- мерительного сигнала. Исследования базовых структур на основе полупроводников с собственной проводимостью с глубокими многозарядными примесями пока- зывают, что основой создания оптоэлектронных многофункциональных датчиков являются нели- нейные фотоэлектрические явления в поверх- ностно-барьерных структурах, легированных глубокими примесями. Основой применения объемно перезаряжаемых светом и электриче- ским смещением структур является изменение времени жизни и подвижности [1] неравновес- ных носителей заряда в результате их перерас- пределения по уровням рекомбинации и прили- пания многозарядной примеси. Например, для МФД на основе германиевого диода Шоттки с длиной компенсированной ме- дью базой (ДШДБ) исследовались вольтампер- ные характеристики (ВАХ) темнового тока и полного тока при освещении излучением с дли- ной волны λ = 1,5 мкм. При этом наблюдалось S- образное переключение тока, несколько ква- зиустойчивых по току состояний и внутреннее усиление сигнала (до 106 раз). В работе ДШДБ используется двойная инжекция (неосновных носителей заряда через барьер металл-полупро- водник, основных носителей – из омического электрода) и (τ, µ) – механизм инжекционного тока. S-образное переключение наступает после накопления в базе диода определенной величины заряда Q неравновесных дырок, для генерации которых в приборе имеется три возможных фи- зических канала: инжекция через контакт, фото- возбуждение в полупроводнике и фотоэмиссия из металла, управляемая соответственно напря- жением и светом. Поскольку величина Q опреде- ляется обоими компонентами экспозиции Н = I×t (и интенсивностью света I и временем воз- действия t, т.е. выдержкой), а также зависит от прикладываемого напряжения V, то время пере- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 43 ключения tпер прибора из высокоомного в низко- омное состояние, интенсивность света и напря- жение, приложенное к диоду, оказываются функционально связанными параметрами. Это позволяет при заданном значении V получить функциональную зависимость tпер = f(I), а при фиксированном значении I – однозначную связь между временем переключения и приложенным смещением tпер = ϕ (V). Используя разные величины смещения при- бора, можно "запрограммировать" время пере- ключения на определенное значение освещенно- сти (при данной длине волны) и использовать таким образом МФД в качестве фотореле для отключения исполнительного устройства при достижении заданной экспозиции. Большим разнообразием передаточных ха- рактеристик отличаются явления перезарядки глубоких центров на границах раздела и в при- поверхностной ОПЗ полупроводника, где проис- ходит дополнительное расщепление энергетиче- ских уровней. Процессом перезарядки поверх- ностных электронных состояний на границах раздела и глубоких примесей в ОПЗ свойственны модуляция параметров приповерхностного по- тенциального барьера [2] (в первую очередь, ши- рина и высота). Изменение ширины потенциаль- ного барьера существенно влияет на протекание тока в тех структурах, где превалирует туннель- ный механизм переноса, а изменение высоты барьера влияет на величину тока надбарьерной эмиссии. Создание МФД на основе ПБС с моду- ляцией высоты барьера предполагает введение в ОПЗ полупроводника глубоких центров с асси- метричными сечениями захвата для электронов и дырок. Захват фотовозбужденных дырок на глу- бокие уровни в ОПЗ вызывает уменьшение вы- соты потенциального барьера. Поэтому такие структуры, в отличие от обычных диодов и дио- дов Шоттки, приобретают фоточувствительность на прямой ветви ВАХ [2]. На основе базовой структуры разработаны модифицированные ди- оды Шоттки с компенсацией ОПЗ примесью меди, формирующей глубокую примесь акцеп- торного типа с несколькими зарядовыми состоя- ниями. Наряду с высокой чувствительностью, управляемой напряжением и приемлемым быст- родействием (∼ 1 мкс) такие чувствительные элементы обладают расширенной областью спектральной чувствительности, поскольку ра- ботают в режиме примесного фотоэффекта. Поверхностно-барьерные структуры с двумя потенциальными барьерами с глубокими много- зарядными примесями в ОПЗ, сформированные с противоположных сторон приборной структуры, и образующие два встречно включенных диода Шоттки разделенных длинной базой, демонстри- руют немонотонную зависимость выходного сигнала от длины волны λ, интенсивности света I, величины приложенного напряжения V и гео- метрического смещения ∆z, спроецированного изображения от фронтальной к тыльной плоско- сти структуры. Такая структура представляет собой по существу функциональный преобразо- ватель, в котором взаимосвязь четырех парамет- ров I, λ, V, ∆z дает возможность функциональ- ного выражения одной физической величины через другую (или совокупность нескольких ве- личин) и использования прибора в качестве фо- топриемника для определения и сравнения ин- тенсивностей излучения в разных спектральных диапазонах, детектора длины волны монохрома- тического излучения, фотоприемника в опто- электронных системах приема и передачи ин- формации, координатночувствительного эле- мента. Таким образом, одноэлементные чувстви- тельные элементы, физические процессы в кото- рых связаны с явлениями перезарядки глубоких многозарядных примесей как в объеме, так и в ОПЗ полупроводника, характеризуются большим разнообразием передаточных характеристик чув- ствительности к одному или нескольким физиче- ским факторам. Это позволяет реализовать мно- гопараметрические измерительные преобразова- тели на базе одноэлементного МФД с одним измерительным каналом. Многообразие характеристик оптоэлектрон- ных многофункциональных датчиков гораздо шире приведенных примеров. Накопленные экс- периментальные данные и теоретические модели дают основание рассматривать ПБС с глубокими многозарядными примесями в качестве единой физической и технологической основы для со- здания многофункциональных датчиков неэлек- трических величин. 1. Гусев, О.К. Проектирование и управление метрологическими характеристиками фото- электрических преобразователей на основе полупроводников с многозарядными при- месями / О.К. Гусев, А.И. Свистун, Л.И. Шадурская, Н.В. Яржембицкая // Датчики и системы. 2011, № 1. – С. 19-23. 2. Гусев, О.К. Управление высотой потенциального барьера в приборных структурах на основе полупроводников с глубокими примесями / О.К. Гусев, Л.И. Шадурская, Н.В. Яржембицкая // Мате- риалы и структуры современной электро- ники: сб. научн. тр. IV Международной научной конференции, Минск, 23-24 сентября 2010 г., БГУ; редкол.: В.Б.Оджаев [и др.]. – Минск, 2010. – С. 116-118. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 44 УДК 544.22:544.08 ОДНОЭЛЕКТРОДНЫЕ ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ WO3—In2O3 Гайдук Ю.С.1, Гуляева Н. М.2, Савицкий А.А.1, Соколов А.В.3 1Белорусский государственный университет 2НП ОДО «Фармэк» 3 Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь Традиционно полупроводникове газовые дат- чики имеют двухэлектродную конструкцию, при которой газочувствительный материал нанесён между парой металлических электродов (Pt, Au, Ni и т.д.), а третий металлический электрод (обычно Pt) используется для нагрева подложки. Известное распространение получили также дат- чики, имеющие в своей конструкции лишь один электрод (рисунок 1). На тонкой Pt-проволоке (20÷50 мкм) сформирована спираль (обычно 7 – 13 витков), на которой при нагревании постоян- ным током наносят коллоидный раствор гидрок- сидов определённых металлов или их компози- ций. После отжига при повышенной температуре вокруг спирали формируется цилиндрическая или шаровидная капсула. В первом приближении относительный от- клик одноэлектродного газового датчика опреде- ляется по уравнению , (1) где RPt и RMeO – сопротивление платиновой спи- рали и полупроводниковой металлооксидной капсулы, соответственно, а RMeО(air) и RMeO(gas) – сопротивление оксида металла на воздухе, и в атмосфере, содержащей определяемый газ. [1]. Методика эксперимента. Вольфрамовая кислота осаждалась из 1,23M р-ра вольфрамата натрия 12M р-ром азотной кислоты. (Na2WO4×2H2O капельно добавляли к раствору HNO3 при интенсивном перемешивании). Терми- ческое разложение H2WO4×H2O при температу- рах выше 200 °С приводит к образованию WO3. Оксид индия In2O3 получали осаждением 9,24 М р-ром аммиака гидрооксида индия из 0,78 М р-ра In(NO3)3×4,5H2O, последующий от- жиг ксерогеля при 200 – 800 °С приводил к получению нанокристаллического In2O3. Оксид галлия получали аналогичным образом после растворения металлического галлия в разб. азот- ной кислоте. Золи WO3, In2O3 и Ga2O3 смешива- лись в необходимых пропорциях. Чувствительные элементы (ЧЭ) одноэлек- тродных датчиков, представляющие собой сфор- мированную на спирали из Pt-проволоки кера- мическую капсулу, изготавливали по методике, использованной ранее [2]. ЧЭ после формирова- ния отжигали при 140 мА в течение 3 ч. Исследовались датчики, содержащие в качестве ЧЭ керамический материал на основе WO3—In2O3 (3 % мас. In2O3), и WO3—In2O3 (5 % мас. WO3), а также тройной композиции In2O3– Ga2O3 (4 % мас.)–WO3 (5 % мас.) Чувствительность (сенсорный отклик) S, мВ, определяли по формуле S = U0 – Ug, где U0 напряжение на выводах датчика при нагреве спирали постоянным током 11 – 201 мА на воздухе, Ug – при воздействии анализируемой газовой смеси. Потребляемая мощность по формуле P = U × I. 1-корпус, 2-токоподводы, 3-Pt-электрод, 4 - нагревательный элемент в виде спирали, 5-керамическая капсула (ЧЭ), 6 - газопроницаемый колпачок Рисунок 1 – Схема одноэлектродного (керамического) сенсора Рентгенографические исследования компози- ции образцов WO3—In2O3 при различных темпе- ратурах отжига проводились при помощи ди- фрактометра ДРОН-3 (Cо-Кα1–излучение). Обсуждение результатов. В указанных усло- виях отжига и эксплуатации ЧЭ датчиков пред- ставляли собой наногетерофазный материал, со- стоящий из моноклинной WO3 (PDF 87–2404) и С– In2O3 (PDF 6–416). Образование примесных фаз соединений и твёрдых растворов на основе WO3 и In2O3 не обнаружено. ЧЭ из чистых In2O3 и WO3 в составе газовых датчиков с рабочей температурой до 350 °С де- монстрирует определённую чувствительность к газам окислительной и восстановительной при- роды, в т.ч. к СH4, C3H8, CO, NO2 (рисунок 2а), однако такие датчики не селективны между ука- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 45 занными газами, и обладают сравнительно высо- кой мощностью. С целью повышения электро- проводности и снижения мощности одноэлек- тродных датчиков на основе In2O3 индия применяют допирование другими оксидами, обычно оксидом галлия [2]. ЧЭ одноэлектронных датчиков из чистого WO3 обладает очень малой чувствительностью ко всем исследованным газовоздушным смесям (сигналы не превышают 10 – 12 мВ). На рисунке 2 представлена чувствительность к газовым смесям одноэлектродных датчиков на основе In2O3. Датчики, содержащие в своём со- ставе чувствительные элементы на основе чи- стых WO3 и In2O3 демонстрируют определённую чувствительность к СН4 и СО (Smax = 50 % и 10 % соответственно для WO3, Smax = 80 % и 90 % для In2O3). Введение в состав газочувствительного слоя на основе In2O3 добавки оксида вольфрама WO3 приводит к существенному увеличению чувствительности к обоим газам, причем к СН4 в наибольшей степени (к СО – в 2 раза, к СH4 – в 4 раза). 1 – 0,1 % об. CН4/N2, 2- 0,1 % об. CO/N2;3 – In2O3, 10 ppm NO2/воздух Рисунок 2 – Зависимость чувствительности датчика In2O3 от мощности Использование смешанной оксидной компо- зиции WO3 + 3 % мас. In2O3 в качестве материала для формирования ЧЭ полупроводниковых од- ноэлектродных газовых датчиков позволяет де- тектировать СO, СH4 и NO2. Время достижения максимального сигнала не превышало 30 с для 0,1 % об. СH4 в азоте, 60 с для 0,3 % об. СО в воздухе и в азоте с быстрым временем возврата (до 10 с). Сигналы выше наблюдаемых для чи- стого In2O3 и смещены к меньшим рабочим тем- пературам ЧЭ, что сопровождается снижением потребляемой мощности. Максимальная чувс- ствительность ЧЭ на основе In2O3 и WO3+3 % мас. In2O3 к 10 – 50 ppm NO2 в воздухе наблюда- ется при 80 – 100 мВт, к 9,8 ppm CH4 в воздухе – при ≈ 200 мВт, к 0,3 % мас. СО в азоте и в воз- духе – при 200 ÷ 250 мВт (рисунок 3). 1- 0,3 % об. CО/N2; 2– 0,3 % об. CО/воздух ; 3 – 10 ppm NO2 /воздух Риунок. 3 – Зависимость чувствительности датчика на основе In2O3–WO3 (5 %)–– Ga2O3(4 %) и композиции In2O3—5 % мас. WO3 от мощности Введение добавки Ga2O3 (4 % мас.) в состав композиции In2O3–WO3 (5 %) приводит к дальнейшему увеличению газовой чувстви- тельности ко всем исследованным гахзовоздуш- ным смесям, и в особенности к 10 ppm NO2. Та- ким образом, введение в состав оксида индия добаки WO3 (5% мас.), и, особенно совместное введенние добавок оксида вольфрама (5 % мас.) и Ga2O3 (4 % мас.) позволяет изготавливать дат- чики, обладающие высокой чувствительноситью к низким концентрациям диоксида азота. Чув- ствительность таких датчиков к 10 ppm NO2 ока- зывается заметно выше, чем для исследованных ранее и рекомендованных для практического применения в целях обнаружения диоксида азота в атмосфере на уровне ПДК и ниже одноэлек- тродных датчиков на основе композиций In2O3– Ga2O3-Fe2O3 и In2O3–Ga2O3–ZnO. 1. Korotchenkov, G. Practical aspects in design of one-electrode semiconductor gas sensors: Status report / Г. Коротченков // Sens. and Actuators B. Сhem. – 2007. – Vol. 121. – P. 664 – 678. 2. Савицкий А.А., Гайдук Ю.С., Гуляева Н.М., Таратын И.А. Одноэлектродные газовые датчики для детектирования диоксида азота: «Менделеевские чтения – 2016»: материалы республиканской научно-практической кон- ференции по химии и химическому образованию, 26 февраля 2016 г. / редкол.: Ступень Н.С. (под об. ред.) [и др.]. – Брест, БрГУ им. А.С.Пушкина, 2016 – с. 230. С. 67 – 72. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 46 УДК 620.179.11 АНАЛИЗ ВИЗУАЛИЗИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Гусев О.К.1, Жарин А.Л.1, Тявловский А.К.1, Тявловский К.Л.1, Воробей Р.И.1, Мухуров Н.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2ГНПО «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника» Минск, Республика Беларусь Задачей исследования являлось обеспечение контроля электрофизических свойств поверхно- сти и качества элементов прецизионных сеток с высоким пространственным разрешением на основе использования средств зондовой элек- трометрии. Контроль осуществляется на основе бесконтактных измерений пространственного распределения электрического потенциала (кон- тактной разности потенциалов, КРП) исследуе- мой поверхности и определения статистических характеристик такого распределения. В качестве измерительного преобразователя используется сканирующий электрометрический зонд Кель- вина, результаты контроля представляются в виде визуализированной карты распределения электрофизических параметров с кодированием их значений условными индексными цветами. Значение измеряемой контактной разности по- тенциалов определяется разностью значений работы выхода электрона (РВЭ) зонда и поверх- ности образца в данной точке поверхности. По- скольку РВЭ является высокочувствительным параметром по отношению к любым нарушениям структуры поверхности, выявление на визуали- зированном изображении отклонений локальных значениях этого параметра от средних для дан- ной поверхности позволяет неразрушающим способом выявлять и локализовать дефекты по- верхностей, в том числе прецизионных [1]. Примеры визуализированных изображений пространственного распределения электрофизи- ческих свойств прецизионных поверхностей элементов прецизионных сеток для сенсорных устройств (датчиков потока космической плазмы), полученных с помощью разработанной методики, приведены на рисунках 1-3. В соот- ветствии с методикой контроля, при анализе изображений используются гистограммы рас- пределения значений КРП, вид которых для ука- занных изображений приведен на рисунках 4-6. На основании теоретического моделирования и сопоставления экспериментально полученных результатов исследования пространственного распределения электрофизических свойств пре- цизионных поверхностей с данными других ме- тодов исследования (измерений поверхностной микротвердости, износостойкости, металлогра- фического исследования и др.) [2-4] были сфор- мулированы критерии анализа получаемых визу- ализированных изображений, краткая суть кото- рых сводится к следующему: Рисунок 1 – Визуализация распределения электрофизических свойств образца № 1 Рисунок 2 – Визуализация распределения электрофизических свойств образца № 7 Рисунок 3 – Визуализация распределения электрофизических свойств образца № 14 1. Более высоким качеством обладают по- верхности, характеризующиеся большей одно- родностью распределения электрофизических свойств (меньшей полушириной гистограммы распределения). Из приведенных примеров наибольшим качеством характеризуется поверх- ность образца № 14 (полуширина гистограммы Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 47 распределения 5 мВ), а наименьшим - № 1 (по- луширина гистограммы распределения 23 мВ). Рисунок 4 – Гистограмма распределения электрофизических свойств образца № 1 Рисунок 5 – Гистограмма распределения электрофизических свойств образца № 7 Рисунок 6 – Гистограмма распределения электрофизических свойств образца № 14 2. Наибольшей механической прочностью и в целом лучшими механическими свойствами, при прочих равных условиях, обладают поверхности с наиболее низкими значениями контактной раз- ности потенциалов, что соответствует наиболь- шим значениями работы выхода электрона и по- верхностной энергии. В данном случае наибольшую микротвердость поверхности демонстрирует образец № 14, характеризую- щийся средним значением КРП поверхности 179 мВ. 3. Наличие второй моды в гистограмме рас- пределения значений контактной разности по- тенциалов указывает на наличие значимых по площади дефектных областей на соответствую- щей поверхности образца. 4. На визуализированных изображениях рас- пределения электрофизических свойств поверх- ности можно с высокой степенью достоверности выделить следующие основные типы дефектов: а) Плавное изменение значений контактной разности потенциалов к краю или определенной (как правило, крупной по площади) области об- разца указывает на неравномерность формирова- ния покрытия поверхности. В приведенных при- мерах данный дефект в различной степени наблюдается на всех трех образцах. б) Локальные изменения значений контакт- ной разности потенциалов, как правило, в сто- рону их повышения, указывают на загрязнение поверхности адсорбированными инородными атомами или молекулами. В частности, лучеоб- разные расходящиеся линии на визуализирован- ном изображении образца № 1 могут являться следами течения капель жидкости при промывке и/или просушке поверхности. в) Локальные понижения значений контакт- ной разности потенциалов, прослеживаемые на обеих (верхней и нижней) поверхностях образца, отражают остаточные механические напряжения и/или пластические деформации в материале образца. В частности, в числе приведенных при- меров данный дефект прослеживается вдоль продольной оси образца № 7. 1. Жарин А.Л., Зондовая электрометрия как метод визуализации потенциального рельефа поверхности функциональных материалов / А.Л. Жарин, О.К. Гусев, Р.И. Воробей, А.К. Тявловский, К.Л. Тявловский, А.И. Свистун, А.В. Дубаневич // Актуальные проблемы физики твердого тела: сб. докл. Междунар. Научн. конф. / под ред. Н.М. Олехновича. – Мн.: Ковчег, 2013. – С. 274-276. 2. Пантелеев К.В., Свистун А.И., Жарин А.Л. Диагностика локальных изменений пластической деформации по работе выхода электрона. // Приборы и методы измерений. 2015, № 1 (10). – С. 56-63. 3. Шаронов Г.В., Жарин А.Л., Мухуров Н.И., Пантелеев К.В. Контроль металлических поверхностей, обработанных алмазным наноточением, по работе выхода электрона // Приборы и методы измерений. 2015, № 2 (10). – С. 196-203. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 48 4. Пантелеев К.В., Свистун А.И., Жарин А.Л. Экспериментальные исследования локализации деформации в металлах по топологии работы выхода электрона / Перспективные материалы и технологии: Материалы 4-го междунар. симпозиума. – Витебск, ВГТУ. 2015. – C. 270-273. УДК 681 УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ГРАВИТАЦИОННЫХ МОМЕНТОВ С НЕСИММЕТРИЕЙ Джилавдари И.З.1, Ризноокая Н.Н.1, Инсарова Н.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2УО «Белорусский государственный медицинский университет» Минск, Республика Беларусь Гравиинерциальные датчики (ГИД), такие как линейные и угловые акселерометры, сейсмо- графы а также гравитационные градиентометры, обладающие максимально возможной чувстви- тельностью, обычно построены на основе упруго подвешенной подвижной массы (ПМ), соверша- ющей повороты относительно корпуса в преде- лах малого угла вокруг фиксированной оси под действием измеряемых сигналов [1-3]. Такие ГИД должны иметь малую собственную частоту, и низкий уровень шумов. Требуемый уровень шумов и чувствительности могут обеспечить емкостные датчики. В последнее время большое внимание уделяется резонансным датчикам, в которых электростатическое поле используется для уменьшения крутильной жесткости подве- сов. Цель данной работы состоит в анализе в ли- нейном и нелинейном приближениях динамики ГИД с дифференциальной электростатической системой съема полезного сигнала. Описание электрической схемы датчика. Общую схему датчика (рисунок 1) с дифферен- циальной емкостной системой считывания сиг- налов, можно назвать «трехслойной». Предпо- ложим, что, вследствие технологических по- грешностей, в системе нарушена симметрия, так что между емкостями конденсаторов выполня- ются соотношения С'1=С'3=С0 и С'2=С'4=(1+γ)С0, где γ - параметр несимметрии электростатиче- ской системы датчика. Учитывая, что емкости С'1 и С'3, как и емкости С'2 и С'4, соединены па- раллельно, введя обозначения γ1=1+γ и 2С0=Сs, можно свести трехслойную схему к эквивалент- ной «двухслойной» схеме, показанной на ри- сунке 2. При анализе «двухслойной» схемы бу- дет учтено наличие резисторов и дополнитель- ных источников постоянного напряжения. 1 – проводящая ПМ, 2 – непроводящая пластина, 3 – электроды. В центре показан упругий торсион Рисунок 1 – «Трехслойная» схема дифференциального датчика Можно показать, что в схеме на рисунке 2 зависимость емкостей конденсаторов от угла наклона ПМ дается формулами : ( ) ϕ+ϕ ϕ =ϕ m msCC1 , ( ) ϕ−ϕ ϕγ =ϕ m msCC 12 , 0 02 h S Cs ε = , (1) 1 20 ln a a L h m =ϕ ; 21 L ra −= ; 22 L ra += . (2) Рисунок 2 – Эквивалентная «двуххслойная» схема дифференциального датчика Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 49 Вывод формул динамики электростатиче- ского ГИД. Полагаем, что момент силы трения Mω пропорционален скорости вращения ПМ, т.е. dt d DM ϕ =ω 0 . Тогда, учитывая связи между направлениями моментов сил трения, сил инер- ции, сил упругости и электростатических сил, уравнение движения ПМ будет иметь вид ( )tM C qq k dt d D dt d I ms z =ϕγ γ− −ϕ+ ϕ + ϕ 1 2 11 2 2 02 2 2 1 (3) Составив уравнения электрического баланса (уравнения Кирхгофа) в схеме на рисунке 2, выразив токи, текущие через оба конденсатора, в виде dt dq I 11 = и dt dq I 22 = , получим два уравнения 2 2 2 12 2 2 1 1 1 21 1 1 , VV dt dq R dt dq dt dq R C q VV dt dq R dt dq dt dq R C q +−=+      −+ +−=+      −+ . (4) В частности, в статическом случае (при отсутствии тока) на основании формул (4) и при ϕ=0 заряды в конденсаторах могут быть вычислены по формулам: ( )111 VVCqq ss −=≡ , ( )2122 VVCqq ss −γ−=≡ . (8) С точки зрения теории дифференциальных уравнений система уравнений (3) - (4) является «жесткой», что в нашем случае проявляется в том, что при численном решении число шагов и время расчета неограниченно растут при умень- шении значений сопротивлений резисторов. Ре- шение таких систем требует специальных алго- ритмов, однако теория оценки точности решения в общем случае еще не разработана. Для аналитических исследований динамики датчика линеаризируем систему (3) – (4), сведя ее к одному линейному дифференциальному уравнению четвертого порядка. Будем считать, что заряды конденсаторов содержат соответ- ствующие постоянные qs и переменные состав- ляющие qv: vs qqq 111 += , vs qqq 222 += . (9) Сохраняя постоянные члены, а также члены, линейные по 21 и, vv qqϕ , исключая члены, содер- жащие произведения этих трех параметров, получим искомые линейные уравнения для заря- дов vq1 и vq2 , которые для краткости запишем их матричном виде: ( ) ( )     −=      +      + +      +      +      tK tK q q p q q dt d p q q dt d p q q dt d p q q dt d p v v v v v v v v v v 2 1 2 1 0 2 1 1 2 1 2 2 2 2 1 3 3 3 2 1 4 4 4 , (5) где коэффициенты, представленные в соответствующих матрицах, даются формулами ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) dt tdM bb bb PtM b b tK tK 1 2111 1221 1 21 1 2 1 2 1       τ+τγ τ+τγ + +    +⋅      γ =      ; zIap 124 γ= ; 01213 DaIap z γ+= ;       + − γ++= Pk Pk aDaIp z 12012 ; ; 2 ; 2 21 2 1 2 21 20 21 1 211 2 11 211 2 211 2101       γ ϕ −=       τγ τ       τγ+ τγ+γ ϕ −+= b b C kp P bbba bbba C kaDp ms ms  1211 γτ+τ=a ; 2 212 τ−ττ=a ; 2 2 1 2 21 msC bb P ϕ −γ = . В этих формулах введены следующие обозначения: sRC=τ , ( ) sCRR 11 +=τ , ( ) sCRR 22 +=τ , ( )11 VVCb s −= , ( )22 VVCb s −= , ( ) ( ) m tM tM ϕ =1 . Пренебрегая малыми слагаемыми, содержащими τi, найдем, что динамика датчика описывается формулой ( ) )6( 2 2 2 2 1 2 21 1 21 1 2 1 2 1 2 21 2 2 1 0 2 1 2 2       ϕ −γ +⋅      γ −= =                    γ ϕ −+      +      ms v v msv v v v z C bb tM b b q q b b C k q q dt d D q q dt d I Уравнение (6) представляет собой линейное дифференциальное. Из его вида можно сразу установить некоторые особенности динамики датчика, описываемой нелинейной системой уравнений (3) – (4). В частности, видно, что устранить влияние несимметрии датчика можно, реализовав условие b1= γ1 1/2b2. В этом случае уравнения для зарядов q1 и q2 совпадают между собой. Также видно, что последнее слагаемое, стоящее в квадратной скобке правой части (6) и ответственное за появление фонового сигнала в выходном сигнале датчика, пропадает. 1. Liu H., Pike W. T., Dou G. Design, fabrication and characterization of a micro-machined gravity gradiometer suspension // ratio. – 2014. – V. 1. – Р. 3. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 50 2. Pike W. T. et al. Design, fabrication and testing of a micromachined seismometer with NANO-G resolution // Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, 2009. TRANSDUCERS 2009. International. – IEEE, 2009. – Р. 668-671. УДК 535-3, 535.314 СКАНЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В ОБРАТНО-РАССЕЯННЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ Дудчик Ю.И., Хилько Г.И., Кучинский П.В., Новик А.Н., Новик М.И., Белый И.В., Крекотень О.В. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь Рентгеновские лучи широко используются для просвечивания изделий и материалов с це- лью определения внутренних неоднородностей. Комплекс аппаратуры для просвечивания содер- жит источник рентгеновских лучей и цифровую ПЗС-камеру или фотопленку. Объект располага- ется между источником и камерой, изображение получается за счет того, что различные участки объекта по-разному поглощают рентгеновские лучи. Такое изображение называется теневым. В ряде случаев получить теневое изображение за- труднительно из-за невозможности поместить камеру или фотопленку в требуемом месте за объектом. Поэтому, как дополнение к извест- ному методу получения теневого изображения объектов, в последние годы разрабатывается методика получения изображения объектов с использованием обратнорассеянных рентгенов- ских лучей, регистрируемых детектором, распо- лагаемым со стороны источника излучения. Пре- имущества такой методики получения информа- ции об объекте очевидны, поэтому разработка рентгеновского сканера, работающего на основе обратнорассеянного излучения, является акту- альной проблемой. Нами разработан рентгеновский сканер на ос- нове обратнорассеянного рентгеновского излуче- ния. Сканер содержит рентгеновскую трубку, механическое сканирующее устройство для фор- мирования рентгеновского пучка и детектор для измерения интенсивности обратнорассеянных рентгеновских лучей. Сканирующее устройство содержит коллиматор рентгеновских лучей, кото- рый перемещается в двух направлениях, и таким образом формирует рентгеновский пучок в задан- ном месте на объекте. Точность позиционирова- ния рентгеновского луча на исследуемом объекте при его удалении от источника излучения на расстояние 500 мм составляет 1-3 мм. Частота перемещения рентгеновского луча по исследуе- мому объекту составляет не менее 1000 точек в секунду. При поле сканирования 100х150 точек время сканирования составляет 15-20 секунд. В качестве источника излучения в сканере ис- пользовался переносной рентгеновский аппарат РЕЙС 25 с напряжением на трубке 21 кВ и током 92 мкА. Интенсивного обратнорассеянного рент- геновского пучка измерялась счетно-вычисли- тельным устройством, состоящим из сцинтилля- ционного детектора на основе монокристалла NaI(Tl) и фотоэлектронного умножителя [1,2]. Управление сканером и обработка информации может осуществляться двумя способами: on-line (то есть подчиняясь командам компьютера) так и off-line (при помощи микроконтроллера). Про- граммное обеспечения разработано на базе С++. Разработаны алгоритмы и программы управления работой сканирующего устройства. Для проведения исследований с обратнорассе- янным рентгеновским излучением собран макет стенда, фотография которого показанна на рисунке 1, структурная схема стенда показана на рисунке 2. 1 – рентгеновская трубка, 2 – сканирующее устройство, 3 – сцинтилляционный детектор, 4- объект, 5 - рентгеновская ПЗС-камера Рисунок 1 – Фотография стенда (вид сверху) Макет содержит рентгеновскую ПЗС-камеру Photonic Science, которая позволяет визуализиро- вать рентгеновский пучок в месте расположения объекта и определять размер пучка с использова- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 51 нием программного обеспечения камеры. С ис- пользованием макета проведены исследования по определению интенсивности обратнорассеянного рентгеновского излучения при облучении образ- цов из различных материалов. Рисунок 2 – Структурная схема стенда В качестве образцов использовались: − свинцовая пластина с прорезями в виде ре- шетки, толщина пластины составляла 200 мкм, ширина прорезей - 2 мм, расстояние между проре- зями - 2 мм; − решетка из пластмассы, толщиной 1,5 мм, ширина прорезей - 3 мм, расстояние между проре- зями - 3 мм, фотография решетки показана на рисунке 3. Образцы размещалась на расстоянии 160 мм от источника рентгеновского излучения. Рисунок 3 – Фотография решетки из пластмассы Сканирование исследуемых объектов рентге- новским лучом проводилось в режиме on-line пошагово. Для регистрации интенсивности обрат- норассеянного рентгеновского излучения исполь- зовалось электронно-вычислительное устройство ЭВУ-1-4, предел измерения 1000 импульсов в секунду, время счета составляло 1 секунду. При последующей фиксации луч смещался в продоль- ном направлении на 1 мм. На рисунках 4 и 5 показаны зависимости ин- тенсивности обратнорассеянного рентгеновского излучения от положения рентгеновского пучка на образце. Сравнивая результаты, приведенные на рисун- ках 4 и 5 можно сделать вывод о том, что интен- сивность обратнорассеянного рентгеновского пучка от пластмассы в несколько раз выше, чем от свинца. Это хорошо известный факт [1], который широко используется при досмотре с целью выяв- ления скрытых объектов, содержащих материалы с небольшим порядковым номером, которые трудно выявить методом теневого изображения. Рисунок 4 – Зависимость интенсивности обратнорассеянного рентгеновского излучения от положения рентгеновского пучка на свинцовой пластине с прорезями Рисунок 5 – Зависимость интенсивности обратнорассеянного рентгеновского излучения от положения рентгеновского пучка на пластмассовой пластине с прорезями Проведенные исследования показали, что раз- работанный сканер позволяет сканировать об- разцы со скоростью около 1000 точек в секунду при точности позиционирования пучка на объекте около 1 мм. Благодарности Работа поддержана Белорусским республикан- ским фондом фундаментальных исследований, проект Ф16Р-070. 1. В.А.Забродский. Применение обратно- рассеянного рентгеновского излучения в промышленности. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 120 с. 2. Физика визуализации изображений в медицине: Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. С. Уэбба. – Мир, 1991. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 52 УДК 620.179.11 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ЗОНДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ФОТОЭДС Жарин А.Л.1, Тявловский А.К.1, Тявловский К.Л.1, Воробей Р.И.1, Гусев О.К.1, Пилипенко В.А.2, Петлицкий А.Н.2 1Белорусский национальный технический университет 2ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» Минск, Республика Беларусь В качестве базового метода измерений при контроле распределения поверхностной фото- ЭДС рассматривается метод вибрирующего кон- денсатора, известный как метод Кельвина-Зис- мана [1]. Для регистрации сигнала поверхност- ной фотоЭДС в состав зарядочувствительного измерительного преобразователя, дополнительно введен импульсный источник оптического излу- чения, обеспечивающего возбуждение контроли- руемой оптоэлектронной структуры. Зарядочув- ствительный измерительный преобразователь обеспечивает бесконтактное измерение вели- чины возникающего при этом нескомпенсиро- ванного заряда на поверхности полупроводнико- вой пластины. Импульс оптического излучения обеспечивает возбуждение электронов в валент- ной зоне полупроводника, что приводит к их пе- реходу в зону проводимости при условии, что энергия квантов оптического излучения превы- шает ширину запрещенной зоны хотя бы для од- ной из структур в освещенной области. Переход электронов в зону проводимости приводит к раз- делению зарядов в полупроводнике: в зоне про- водимости возникает избыток отрицательно за- ряженных электронов, а в валентной зоне – из- быток положительно заряженных дырок. Различие в подвижности электронов и дырок приводит к их пространственному разделению, следствием чего является возникновение в об- разце электрического поля, формирующего зна- чение потенциала поверхности, которое зависит от свойств и характеристик исследуемой поверх- ности в зоне воздействия оптическим излуче- нием. Для улучшения помехозащищенности (по- вышения отношения сигнал-шум) предлагается использовать модуляцию оптического излучения в сочетании с фазовым (синхронным) детектиро- ванием измерительного сигнала. Определение ряда параметров легированных слоев полупроводниковых пластин, в частности, опре- деление примеси металлов (железа, меди и др.) требует анализа спектральной зависимости по- верхностной фотоЭДС, в связи с чем освещение поверхности должно осуществляться оптическим излучением нескольких (не менее 2) длин волн. Таким образом, структурная схема электромет- рического зонда для контроля пространствен- ного распределения поверхностной фотоЭДС должна включать две связанных подсистемы: подсистему генерации модулированного оптиче- ского излучения нескольких длин волн и подси- стему регистрации сигнала поверхностной фотоЭДС. Данные подсистемы различаются по характеру взаимодействия с поверхностью полупроводниковой пластины: воздействие оптическим излучением изменяет зарядовое состояние поверхности полупроводника (эффект поверхностной фотоЭДС), тогда как электрометрический зонд, находящийся по статическим потенциалом, близким к потенциалу поверхности, не оказывает какого-либо влияния на последнюю и является только устройством регистрации. В обоих случаях взаимодействие с поверхностью является полностью неразрушающим и обратимым. Предлагаемая структурная схема электромет- рического зонда для контроля пространствен- ного распределения поверхностной фотоЭДС приведена на рисунке 1. Блоки (узлы) 1–7 струк- турной схемы составляют подсистему регистра- ции сигнала поверхностной фотоЭДС, блоки 9– 13 – подсистему генерации модулированного оптического излучения нескольких длин волн, блок 8 – устройство управления, согласующее работу указанных подсистем. В соответствии со стандартной системой обозначений, тонкими сплошными линиями на схеме показаны линии электрической связи, прерывистой – линии ме- ханической связи, широкими стрелками – линии передачи цифровых данных (цифровые шины данных). Регистрация сигнала поверхностной фотоЭДС осуществляется сеточным электрометрическим зондом 1, подключенным ко входу трансимпедансного предварительного усилителя 2. Принцип работы электрометрического зонда Кельвина-Зисмана предполагает модуляцию тока в цепи динамического конденсатора, представленного системой электрометрический зонд – поверхность, для чего в традиционной методике измерения используется модуляция зазора между обкладками динамического конденсатора за счет механической вибрации зонда. В приведенной схеме модуляция зазора обеспечивается приво- дом вибрации 3. С учетом того, что оптическое излучение также является модулированным, сиг- нал поверхностной фотоЭДС будет иметь пере- менную составляющую, что также способно Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 53 обеспечить модуляцию тока в цепи измеритель- ного конденсатора. При достаточной мощности переменной составляющей сигнала поверхност- ной фотоЭДС это позволяет исключить механи- ческую модуляцию зазора. В связи с этим, необ- ходимость наличия в структурной схеме привода вибрации 3 должна быть определена в ходе экс- периментальных исследований. hν 11 12 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 13 Внешний интерфейс 1 – сеточный электрометрический зонд; 2 – трансимпедансный предусилитель сигнала; поверхностной фотоЭДС; 3 – привод вибрации электрометрического зонда; 4 – фазовый детектор; 5, 6 – источники опорных напряжений; 7 – аналого-цифровой преобразователь; 8 – микроконтроллер; 9 – модулятор; 10 – коммутатор; 11, 12 – источники оптического излучения; 13 – совмещенный световод Рисунок 1 – Структурная схема электрометрического зонда для контроля пространственного распределения поверхностной фотоЭДС Повышение отношения сигнал-шум обеспе- чивается применением синхронного (фазового) детектирования сигнала, для чего в структурную схему введен фазовый детектор 4. В качестве сигналов синхронизации используются электри- ческий сигнал привода вибрации электрометри- ческого зонда 3 и сигнал модулятора оптиче- ского излучения 9 (в случае реализации схемы невибрирующего зонда используется только вто- рой сигнал). Детектированный сигнал преобра- зуется в цифровой вид в реальном масштабе времени с помощью быстродействующего ана- лого-цифрового преобразователя (АЦП) 7. Реа- лизуемый метод бесконтактных измерений элек- трического потенциала с неполной компенса- цией [2] предусматривает двукратную регистрацию измерительного сигнала при пооче- редной подаче на вход компенсации предвари- тельного усилителя двух различных значений компенсирующего напряжения U1 и U2 с после- дующим вычислением истинного значения по- тенциала на основе математического выражения. Генерацию напряжений U1 и U2 обеспечивают два источника опорных напряжений 5 и 6. Выбор источника компенсирующего напряжения и син- хронную с выбором регистрацию оцифрованных значений измерительного сигнала обеспечивает микроконтроллер 8, выполняющий также функ- ции устройства управления блоками структурной схемы электрометрического зонда и связи с внешними устройствами посредством цифрового интерфейса. В качестве источников оптического излуче- ния 11 и 12 предполагается использовать свето- излучающие диоды или светодиодные лазеры. При необходимости количество источников мо- жет быть увеличено. Преимущества светодиод- ных источников излучения заключаются в высо- кой монохроматичности излучения, простой схеме управления мощностью излучения путем задания рабочего тока и малой инерционности источника. Это позволяет осуществлять модуля- цию оптического излучения путем модуляции управляющего (питающего) напряжения либо тока без применения механических затворов- прерывателей. В качестве источника такого мо- дулирующего напряжения используется модуля- тор 9, представляющий собой генератор импуль- сов. Выбор длины волны излучения осуществля- ется путем коммутации модулированного напряжения на соответствующий источник оп- тического излучения с помощью коммутатора 10. Работой коммутатора управляет микро- контроллер 8, что позволяет синхронизировать измерения поверхностной фотоЭДС с моментами освещения поверхности полупроводниковой пластины излучением выбранной длины волны или при затемнении (в последнем случае выходы коммутатора блокируются по сигналу микроконтроллера). Доставку оптического излу- чения к поверхности полупроводниковой пла- стины в области выполнения измерений обеспе- чивает совмещенный световод 13, волокна вход- ной стороны которого равномерно распределены между всеми используемыми источниками опти- ческого излучения. 1. Жарин А.Л. Метод контактной разности потенциалов и его применение в трибологии. – Минск: Бестпринт, 1996. – 240 с. 2. Способ измерения контактной разности потенциалов: заявка на патент ЕА 201500105/26 : МПК G01R 19/00, G01N 27/00 (2014.01) / О.К. Гусев, Р.И. Воробей, А.Л. Жарин, А.И. Свистун, А.К. Тявловский, К.Л. Тявловский, К.В. Пантелеев, А.В. Дубаневич; дата публ.: 21.01.2015. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 54 УДК 621.38 МОДЕРНИЗАЦИЯ АППАРАТА ИМПУЛЬСНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ТЕРАПИИ СЕТА-Д Жидкевич В.И.1, Матышев С.А.2 1Витебский государственный медицинский университет 2Институт технической акустики НАН Беларуси Витебск, Республика Беларусь Одним из старейших лечебных и профилак- тических направлений медицины является фи- зиотерапия, включающая в себя множество раз- делов, одним из которых является магнито-им- пульсная терапия. Аппараты серии Сета-Д, выпускаемые НПФ «Диполь» (г. Витебск, Республика Беларусь), предназначены для бесконтактного воздействия низко- и среднечастотным импульсным магнит- ным полем интенсивностью от 0,2 до 1,2 Тл и используются при заболеваниях и травматиче- ских повреждениях периферической и централь- ной нервной, сердечно-сосудистой, опорно-дви- гательной, пищеварительной и мочеполовой си- стем [1,2]. Внешний вид аппарата представлен на рисунке 1. Рисунок 1 – Внешний вид прибора Сета-Д Однако аппарат Сета-Д имеет ряд недостат- ков: − малая информативность прибора, поскольку 7-сегментный индикатор не дает четкой инфор- мации о режиме работы, времени процедуры и величине поля; − устаревший дизайн передней панели; − устаревшие 7-сегментные индикаторы; − громоздкость подключения сегментного ин- дикатора. Модернизация аппарата, направленная на устранение вышеперечисленных недостатков, состоит в установке LCD дисплея в паре с управ- ляющим микроконтроллером. Целью настоящей работы являлась разра- ботка платы управления для аппарата импульс- ной индукционной терапии Сета-Д. Для этого необходимо: − выбрать тип конструкции печатной платы; − разработать принципиальную электриче- скую схему; − подобрать детали для схемы; − проанализировать расположение элементов схемы для устранения возможных наводок и шумов; − сделать разводку платы. На рисунке 2 представлена функциональная схема модернизированного аппарата. Рисунок 2 – Функциональная схема Проектирование печатных плат представляет трудоемкий, но очень важный процесс. Для того чтобы обеспечить функционирование электрон- ной аппаратуры, необходимы не только схемо- технические решения, функциональная точность, надежность, но и учет влияния внешней среды, конструктивных, эксплуатационных требований и т. п. Разработка платы заключается в создании электрической схемы, оценке её эффективности, разводке платы [3,4]. На рисунке 3 представлена электрическая схема блока управления микро- контроллера. Согласно ГОСТ при разработке печатной платы необходимо соблюдать мини- мальное расстояние между элементами платы, ширину дорожек, размеры сторон печатной платы и многое другое. Данная схема разрабаты- валась в соответствии с требованиями ГОСТ 10317-79, ГОСТ 25347-82, ГОСТ 23751-86. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 55 Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема блока управления (микроконтроллера) В настоящее время на рынке присутствует огромное число микроконтроллеров разнообраз- ной архитектуры, от различных производителей (Intel, Atmel, TI, Microchip и т.д.). Кроме этого, контроллеры программируются с помощью раз- личных программ компиляции, часть из которых предназначена для коммерческого использова- ния, что еще больше осложняет выбор. В резуль- тате проведенного анализа нами был выбран простой, надёжный и дешёвый контроллер от компании Atmel: ATmega8 в pdip корпусе [5-8]. Выбор данного контроллера обоснован следую- щими соображениями: контроллер достаточно прост и многофункционален; стоимость кон- троллера достаточно низкая, значит, его внедре- ние не сильно скажется на общей стоимости прибора. Рисунок 4 – Чертеж платы управления прибора Микроконтроллер ATmega8 выполнен по технологии CMOS, 8-разрядный, микропотреб- ляющий, основан на AVR-архитектуре RISC. Выполняя одну полноценную инструкцию за один такт, ATmega8 достигает производительно- сти 1 MIPS на МГц, позволяя достигнуть опти- мального соотношения производительности к потребляемой энергии. В качестве изменений в схему прибора вклю- чен новый контроллер с дисплеем для отображе- ния информации. Нами был выбран символьный дисплей LCD20х4, отображающий достаточно символов для показа нужной пользователю ин- формации. На рисунке 4 приведен чертеж платы управления прибора. Схема собрана на базе контроллера ATmega8. Напряжение питания - 5 вольт от стабилизиро- ванного источника. В схеме используется под- ключение LCD дисплея по 4-битной шине. Разработана электрическая схема платы для аппарата импульсной индукционной терапии Сета-Д. Сделана разводка платы. Разработанная плата позволит сделать аппарат Сета-Д более конкурентоспособным на рынке медицинских изделий. Также это конструкторское решение делает прибор более информативным, понятным пользователю. 1. Аппарат импульсной индукционной терапии Сета-Д. Технический паспорт. – 2011.– С. 5-9. 2. Инструкция по эксплуатации прибора СЕТА- Д. – 2011 г. – С. 8-9, 14-16. 3. Баранов, В.Н. Применение микроконт- роллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы / В. Н. Баранов. – 2004. – С. 160- 163. 4. Шпак, Ю. А. Программирование на языке C для AVR и PIC микроконтроллеров / Ю.А. Шпак. – Киев. – 2006. – С. 69-74, 163-167. 5. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://elm-chan.org. 6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://habrahabr.ru. 7. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://avrlab.com. 8. Datasheet ATMEL AVR ATmega8. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.atmel.com/Images/Atmel-2486-8-bit- AVR-microcontroller-Tmega8_L_datasheet.pdf. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 56 УДК 621.326 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИГНАЛЬНЫХ ФОНАРЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Журавок А.А., Сернов С.П. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Требования, предъявляемые к сигнальным фонарям транспортных средств, постоянно ужесточаются. Это продиктовано необходимостью повышения безопасности дорожного движения [1]. Одним из способов улучшения характеристик безопасности является реализация адаптивных функций в сигнальных фонарях. Адаптивный фонарь способен изменять свои характеристики на основе анализа данных об условиях эксплуа- тации. Можно предложить следующие направле- ния адаптации: − увеличение яркости свечения при увеличе- нии внешней освещенности и снижение яркости при снижении внешней освещенности в пределах допустимых норм. Позволяет повысить замет- ность сигналов в ясную солнечную погоду и из- бежать ослепления других участников дорож- ного движения в темное время суток; − увеличение яркости свечения по мере загрязнения светоиспускающей поверхности фонаря. Позволяет сохранить заметность сигна- лов фонаря даже при снижении светопропуска- ния корпусом фонаря; − увеличение яркости свечения стоп-сигнала или включение импульсного режима при высо- ких значениях ускорения. Позволяет повысить заметность стоп-сигнала при экстренном тормо- жении транспортного средства. Вторым фактором, повышающим безопас- ность, является управление светотехническим оборудованием транспортных средств с помо- щью центрального блока управления автомобиля (ECU – Electronic Control Unit) [2]. В этом случае все команды передаются в фонарь в цифровом виде по помехозащищенному каналу – CAN (Controller Area Network) шине [3]. Помимо по- вышения надежности передачи команд это поз- воляет осуществлять более точную диагностику неисправностей фонаря. Фонарь сам уведомляет ECU о выходе из строя того или иного сигнала. В результате чего ECU может своевременно уве- домить водителя о неисправности. Таким образом, современный сигнальный фонарь транспортного средства является слож- ным электронным устройством, которое обла- дает адаптивными и интеллектуальными функ- циями. На этапах разработки, отладки и испыта- ний такого устройства необходимо применять специализированное отладочное оборудование и программное обеспечение. Оно должно осу- ществлять следующие функции: − предоставлять возможность управления изделием с персонального компьютера; − эмулировать CAN шину транспортного средства; − эмулировать внешние воздействия, такие как изменение внешней освещенности, ускоре- ния, светопропускания корпуса; − наглядно отображать состояние изделия, в том числе ошибки и сбои; − сохранять на жестком диске подробную ин- формацию о принятых и отправленных сообще- ниях между изделием и управляющим компью- тером (логгирование протокола обмена). Эта задача решается путем разработки и дальнейшего применения программно-аппарат- ного комплекса для испытания сигнальных фо- нарей. Он представляет собой программное обеспечение, работающее на управляющем пер- сональном компьютере и устройство сопряже- ния, позволяющее подключить фонарь к управ- ляющему компьютеру. В состав устройства сопряжения входят сле- дующие микросхемы: − MCP2515 – контроллер CAN шины. Обеспе- чивает интерфейс между фонарем и устройством сопряжения. Осуществляет эмуляцию CAN шины транспортного средства. − FT232RL – преобразователь интерфейсов USB-UART. Применяется для связи с ПК по ин- терфейсу USB. − Atmega 328 – контроллер, отвечающий за прием команд от управляющего компьютера, формирования команд для фонаря и управление микросхемой MCP2515. Этот микроконтроллер содержит в себе соответствующую специальную программу. Таким образом, устройство сопряжения поз- воляет управлять фонарем с любого персональ- ного компьютера через порт USB и при этом осуществляет эмуляцию CAN шины. Управляющая программа разработана для операционной системы Windows. Программа осуществляет прием команд от пользователя, передачу команд фонарю через устройство со- пряжения, получение и обработку информации от фонаря, отображение состояния фонаря на экране компьютера. Для подключения к устройству сопряжения программа использует виртуальный COM-порт, создаваемый драйвером микросхемы FT232RL. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 57 Программа формирует пакеты данных, анало- гичные тем, которые передаются в фонарь бло- ком ECU транспортного средства. Так как универсального протокола взаимо- действия транспортных средств с сигнальными фонарями нет, существуют только общие реко- мендации, то каждый производитель может вно- сить в него существенные вариации. Чтобы обеспечить гибкость испытательному комплексу, все специфические реализации протоколов скрыты общим программным интерфейсом. Это позволяет реализовывать новые протоколы про- стым добавлением соответствующего драйвера без вмешательства в остальной код программы. Для взаимодействия с пользователем про- грамма предоставляет оконный графический интерфейс (рисунок 1). Рисунок 1 – Пользовательский интерфейс управляющей программы Программа позволяет включать и выключать отдельные сигналы (опции) фонаря в любой по- следовательности. При этом сразу же происхо- дит передача управляющей команды фонарю. При получении от фонаря информации о состоя- нии сигналов это состояние отображается на схематичном изображении фонаря. В случае воз- никновения ошибки или неисправности на изоб- ражении фонаря отображается значок неисправ- ности на соответствующей опции. Также все действия и состояния выводятся в текстовом виде для возможности дальнейшего анализа. Кроме ручного режима управления, преду- смотрены программы автоматического тестиро- вания. При их активации осуществляется авто- матическое включение и выключение сигналов по заранее заданным программам. Важной функцией является возможность эмуляции внешних условий. В нормальном ре- жиме работы, фонарь анализирует данные, по- ступающие от датчиков освещенности (внешние условия освещения), акселерометра (ускорение транспортного средства) и датчика приближения (степень светопропускания корпуса фонаря). Однако эти воздействия затруднительно досто- верно воссоздать в условия тестирования фо- наря. Например, невозможно одновременно под- вергать фонарь ускорению и производить изме- рение распределения силы света. Кроме того, задавать условия внешней освещенности сложно в условия измерений (темная комната). Измере- ние характеристик фонаря в условиях загрязне- ния светоиспускающей поверхности является отдельной задачей. Здесь необходимо нормиро- вать характер загрязнения, разработать способ его нанесения и так далее. Для решения этой проблемы в протокол управления фонарем были введены дополни- тельные команды, позволяющие принудительно установить значения внешних параметров и иг- норировать показания датчиков в тестовом ре- жиме. При этом предприняты меры защиты от случайного включения тестового режима во время эксплуатации устройства. Тестовый режим позволяет измерить светотехнические и электри- ческие характеристики фонаря во всех возмож- ных режимах работы. В настоящее время это режим «день/ночь» для внешней освещенности, присутствие/отсутствие загрязнения, 3 уровня ускорения (<2g, 2..4g, >4g). Дополнительно есть возможность отключения режима мигания для указателя поворота, что позволяет измерять его светотехнические характеристики. С целью осуществления анализа ошибок и отладки изделия, управляющая программа осу- ществляет запись на жесткий диск компьютера всех отправленных команд и принятых сообще- ний с привязкой ко времени. Применение такого программно-аппаратного комплекса позволило ускорить и упростить раз- работку и отладку программного обеспечения фонаря (прошивки), измерить светотехнические характеристики фонаря во всех возможных ре- жимах работы, а также провести ряд презентаций и демонстраций изделия. В дальнейшем он мо- жет быть использован для осуществления кон- троля качества готовых изделий на производстве, где будет активно использован режим автомати- ческого тестирования. 1. Сернов С.П. Современное состояние автомобильной светотехники с несменными источниками света на основе светодиодных технологий / С.П. Сернов, Д.В. Балохонов, Т.В. Колонтаева // Наука и техника. – 2012. – №3. – С.36-41. 2. Road vehicles — Controller area network (CAN) – Part 1: Data link layer and physical signalling // ISO 1 1898-1:2003. 3. Tractors and machinery for agriculture and forestry // ISO 11783-7:2012. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 58 УДК 681.786 ПРИМЕНЕНИЕ ЛЧМ-МОДУЛЯЦИИ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ Зайцев Е.А.1, Левицкий А.С. 1, Сидорчук В.Е.2 1Институт электродинамики НАН Украины 2Киевский национальный торгово-экономический университет Киев, Украина Мониторинг воздушного зазора между стато- ром и вращающимся ротором гидрогенератора в процессе эксплуатации позволяет по отклонению текущего значения величины зазора от нормы судить об эксцентриситете ротора, искажении формы ротора или статора и износе подшипни- ков [1]. Таким образом, построение систем мо- ниторинга воздушного зазора является актуаль- ной научно-технической проблемой обеспечения безопасной и бесперебойной работы гидрогене- раторов. Как известно [2], контроль воздушного зазора может осуществляться с помощью оптических систем. Принимая во внимание труднодоступ- ность и тяжелые условия эксплуатации датчиков, авторами предлагается для передачи и приема оптического излучения использовать оптоволо- конные линии. В данном случае чувствительная часть системы оптического контроля реализо- вана на основе 2-х лазерных датчиков. Датчики размещены на одной стороне сердечника статора на расточке под углом 900 друг к другу, а сред- ства обработки отнесены на некоторое необхо- димое расстояние, обеспечивающее низкий уро- вень внешних неблагоприятных воздействий (электромагнитные поля, температура и т.д.). Разработанная структурная схема, реализующая систему оптического контроля, представлена на рис.1. На схеме приняты следующие обозначе- ния: МСЧ – малогабаритный двухканальный синтезатор частоты, Гт – тактовый генератор, ЛИ – лазерный излучатель, СМ – смеситель, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ЦСП – циф- ровой сигнальный процессор, КК – оптическая ячейка Керра, ЛЗ – оптическая линия задержки, Л – линза, ПЗ – полупрозрачное зеркало, ОР – оптический разветвитель, ОВ – оптоволокно, ОА – оптический адаптер, ЭВМ – электронно-вы- числительная машина, ОВЛ – оптоволоконная линия, ОС – оптический сенсор. 900 1350 450 1800 2700 2250 3150 00 Статор Ротор ЛЗКК1 ПЗЛИ Л1 ОР ФП1 ФП2 ФП3 КК3 КК2 КК4 Л2 Л3 СМ2 СМ1 СМ3МСЧ Гт АЦП1АЦП2АЦП3 ЦСП ЭВМ ОВЛ1 ОВЛ2 ОВ1 ОВ2 ОВ3 ОА ОC Рисунок 1 – Структурная схема оптической системы контроля воздушного зазора Принцип работы предложенной схемы основан на использовании линейного изменения частоты модуляции (ЛЧМ-модуляции) лазерного зондирующего излучения. В этом случае значение частоты модуляции зондирующего сигнала изменяется по линейно-ступенчатому закону в течение длительности цикла измерения (рис.2.б). Значение частоты модуляции определяется выходным напряжением МСЧ в качестве которого использовано две микросхемы AD9954 [3]. Параметры выходного напряжения МСЧ задаются через управляющие коды ЦСП [4]. При этом напряжения, получаемые на выходах СМ2 и СМ3 в результате перемножения зондирующего и эхо-сигналов, соответствуют разнице частот между сигналами и прямо пропорциональны расстояниям от оптических сенсоров до измеряемых полюсов ротора или межполюсного пространства (рис.2.а). Модуляционное напряжение с одного из выходов МСЧ подается на лазерный излучатель (ЛИ) с выхода которого лазерный поток через ячейку Керра (КК1), используемую в качестве оптического управляемого ЦСП оптического затвора при калибровке системы, поступает на оптическую линию задержки (ЛЗ), формирую- щую необходимую задержку зондирующего излучения для формирования начального значения разносной частоты между зондирующим и эхо-сигналами. С выхода ЛЗ часть оптического излучения через полупрозрачное зеркало (ПЗ) поступает на Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 59 измерительные оптические сенсоры (ОС) через оптический разветвитель (ОР), оптоволокно (ОВ1) далее оптический адаптер (ОА) и волокон- ную линию (ОВЛ1). Остальная часть оптического излучения поступает на калибровочный канал, состоящий из оптической ячейки Керра (КК2), фотоприемника (ФП1), смесителя (СМ1) и АЦП1. Код с выхода АЦП1 передается в ЭВМ при помощи ЦСП для дальнейшей обработки. Отраженное модулированное лазерное излучение через приемное оптоволокно (ОВЛ1) поступает на измерительный канал через оптический адаптер (ОА). С выхода ОА оптическое излучение в измерительном канале через приемную линзу (Л2) и ячейку Керра (КК3) попадает на фотоприемник (ФП2). С выхода фотоприемника информационный сигнал в виде напряжения поступает на смеситель (СМ2). Временная диаграмма, соответствующая форме напряжения на выходе ФП2, приведена на рис.2.в. С выхода ФП2 сигнал поступает на АЦП2 с выхода которого цифровые данные по- ступают в ЭВМ для дальнейшей статистической обработки. Второй канал, размещенный под углом 900 к первому, работает аналогичным образом уже рассмотренному. Рисунок 2 – Временные диаграммы Для проверки принципа работы предложенной структурной схемы была разработана и выполнена в среде графического программирования NI LabView [5] имитационная модель лазерной системы мониторинга воздушного зазора, при помощи специальных модулей, входящих в состав LabView, а также простейших арифметических операций. При проведении исследований работы системы на ос- нове разработанной модели был разработан мо- дуль, имитирующий появление полюсов ротора и межполюсного пространства над оптическим сенсором. Временная диаграмма сигнала разработанного модуля в декартовой системе координат показана на рис.2.а. Временная диаграмма изменения частоты зондирующего сигнала изображена на рис.2.б. Временная диаграмма, соответствующая изменению частоты эхо-сигнала, показана на рис.2.в. На рис.2.д приведены результаты работы программно-математических средств статистиче- ского анализа дискретных отчетов информацион- ных эхо-сигналов. Для анализа полученных ин- формационных сигналов применялось скользящее преобразование на основе быстрого преобразования Фурье с размещением полученных спектрограмм в режиме «водопад». Полученные "пики" спектральных составляющих обозначенные 1 соответствуют полюсам, а 2 соответствуют межполюсному пространству. При этом значении частоты "пики" спектральной составляющей имеет прямую зависимость от заданного в модели воздушного зазора до полюса и до "дна" межполюсного пространства. В результате проведенных исследований на разработанной имитационной модели были пока- заны работоспособность предложенной структуры и принципы работы волоконно- оптической системы мониторинга воздушного зазора гидрогенераторов на основе использования ЛЧМ-модуляции. 1. Левицький А.С, Федоренко Г.М., Грубой О.П. Контроль стану потужних гідро- та турбогенераторів за допомогою ємнісних вимірювачів параметрів механічних дефектів. – Київ: Ін-т електродинаміки НАН України, 2011. – 242 с. 2. Куликов Д.В., Аникин Ю.А., Двойнишни- ков С.В., Меледин В.Г. Лазерная технология определения геометрии ротора под нагрузкой // Электрические станции. – 2010. – №7. – С. 39–43. 3. Manual AD9854 400 MSPS, 14-Bit, 1.8 V CMOS, Direct Digital Synthesizer Reference Manual [Electronic resource]. 4. Зайцев Е.А. Исследование погрешности установки частоты синтезаторов частотно- фазовых систем с использованием LABVIEW // Технічна електродинаміка. – 2014. – №2. – C. 84-88. 5. Тревис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 880 с. 6. Андерсон, Т. Статистический анализ временных рядов // Монография: пер. с англ. под ред. Ю. К. Беляева – М.: Мир. – 1976. – 757 с. ftest(t) Полюс 1 Полюс 2 Полюс 3 Полюс 4 D(t) fsign(t) t t t а б в t д f´sign(t) 1 2 t 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 60 УДК 621.792.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА РАКУРСОВ ПРИ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Зайцева Е.Г., Кислюк А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Воспроизведение информации в виде объем- ного оптического изображения является удоб- ным, а часто и необходимым инструментом ана- лиза многомерных сигналов, независимо от того, являются ли они синтезированными или исхо- дящими от реального объекта. При воспроизве- дении записанного или синтезированного изоб- ражения могут иметь место как потери инфор- мации, так и появление ложной информации. Целью настоящего исследования является опре- деление условий, исключающих эти факторы при воспроизведении объемного изображения. Системы воспроизведения объемного изоб- ражения можно разделить на 2 группы: стерео- скопические и формирующие объемные модели. Подробный обзор упомянутых методов пред- ставлен в [1,2]. Принцип формирования изображений первой группы заключается в создании на экране двух смещенных относительно друг друга изображе- ний, причем каждое из них должно быть види- мым только для одного соответствующего ему глаза наблюдателя. Общим их недостатком явля- ется расхождение расстояний аккомодации и конвергенции, в результате чего в мозг наблюда- теля от глазных мышц, управляющих соответ- ствующими процессами, поступают рассогласо- ванные между собой сигналы, что небезопасно для здоровья. Вследствие данного недостатка наиболее перспективными следует считать си- стемы второй группы, воспроизводящие объем- ные изображения. В системах второй группы в пространстве об- разуются элементы, являющиеся источником излучения, которые наблюдаются одновременно двумя глазами. Соответственно работа мышц зрительного анализатора осуществляется согла- сованно, как и при наблюдении реального объ- екта, что обеспечивает условия восприятия, ана- логичные естественным. Часть этих систем предусматривает необхо- димость механического перемещения элементов во время воспроизведения изображения. Вре- менная суммация изображений при этом не яв- ляется естественной для зрительного восприя- тия. Другая часть систем для воспроизведения объемных изображений не требует механиче- ских перемещений и включает системы с много- слойными экранами. Последние системы доста- точно сложны с точки зрения технической реа- лизации. Ко второй группе систем относятся также си- стемы, основанные на принципе интегральной фотографии. Традиционная система включает линзовую матрицу, формирующую при записи совокупность изображений объекта в различных ракурсах на светочувствительном материале (фотопластинка). Идентичная матрица с обрабо- танной фотопластинкой воспроизводит объем- ное изображение в виде оптической модели. Использование вместо традиционного свето- чувствительного материала цифровой светочув- ствительной матрицы при записи и дисплея при воспроизведении /может, ссылка на что-то/ поз- воляет записывать и соответственно воспроизво- дить не только фотографические, но и видео- изображения. При этом между записью и вос- произведением изображения появляется промежуточный этап обработки и передачи циф- ровой информации. Такое отделение процесса записи и воспроизведения обеспечивает возмож- ность воспроизводить в виде оптической модели не только оптическую информацию в видимом человеку спектральном диапазоне, но и в других спектральных диапазонах, а также синтезиро- ванную информацию. Расширение области при- менения интегрального метода требует сформи- ровать требования к качеству информации, вос- производимой с его помощью. Исходя из вышеизложенного, очевидно, что традиционное название метода «интегральная фотография» становится узким вследствие расширения его возможностей и области применения, поэтому в дальнейшем будет использоваться будет исполь- зоваться термин «интегральный метод», подра- зумевающий способ воспроизведения через оп- тические элементы множества плоских изобра- жений объекта, в результате которого в пространстве формируется объемное изображе- ние объекта. При этом воспроизводимые изоб- ражения могут быть получены при как при за- писи многомерной информации, так и синтези- рованных помощью компьютерных программ. Задачей настоящего исследования явилось обоснование требований к количеству ракурсов воспроизводимого объекта при использовании интегрального метода на основании условия от- сутствия искажений изображения при использо- вании линзовых элементов без ограничения их поля зрения и отсутствия прерывистости при изменении точки зрения в процессе рассматри- вания объемного изображения. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 61 Рассмотрим условие отсутствия искажений изображения при использовании линзовых эле- ментов без ограничения их поля зрения. На рисунке 1 изображена схема построения изображения точки объекта A элементом O лин- зовой матрицы на плоскости BC светочувстви- тельной матрицы, причем точка А расположена на перпендикуляре к плоскости матрицы, про- ходящем через точку пересечения осей симмет- рии матрицы. В дальнейшем эту точку будем для краткости называть центром матрицы. Необ- ходимо иметь в виду, что это частный случай расположения точек объекта, в общем случае необходимо учитывать и две другие координаты расположения точек, лежащих на расстоянии 𝑧 от линзовой матрицы. Рисунок 1 – Схема построения изображения точки объекта линзовым элементом матрицы Линза O строит изображение объекта A в точке В, причем точка В на рисунке 1 совпадает с границей линейного размера стороны ВЕ эле- ментарного кадра. В дальнейшем под элемен- тарным кадром будем понимать часть плоскости на светочувствительной матрице, внутри кото- рого линза строит изображение. Этот размер при постоянном размере кадров совпадает с ша- гом кадров 𝑡, причем 𝑡 = Шматр 𝑛 , (1) где Шматр – линейный размер светочувствитель- ной матрицы в выбранном направлении; 𝑛 – количество кадров, помещающихся на матрице в этом направлении. Условие отсутствия искажений при использо- вании линзовых элементов без ограничения их поля зрения в соответствии с рисунком 1 озна- чает, что изображение точки А элементом линзо- вой матрицы должно находиться в пределах гра- ниц линейного размера ВЕ стороны элементар- ного кадра, то есть ∆ ≤ 𝑡 2 , (2) где ∆ – расстояние от пересечения светочувстви- тельной матрицы оптической осью линзового элемента (центральная точка элементарного кадра) до изображения В точки А объекта на этом кадре. Из подобия прямоугольных треугольников на рисунка 1 следует, что ∆ 𝑚 = 𝑝+ ∆ 𝑧 + 𝑚 , (3) где 𝑚 – расстояние от задней главной плоскости линзового элемента до светочувствительной матрицы; 𝑧 – расстояние от точки A до плоско- сти линзовой матрицы; 𝑝 – расстояние от центра матрицы до оси линзового элемента. Из формулы (3) следует: ∆ = 𝑚∗ 𝑥 𝑧 (4) Очевидно, что ∆ принимает максимальное значение для последнего кадра на матрице, соот- ветствующего последнему ракурсу. Тогда с уче- том формулы линзы 1|𝑧| + 1|𝑚| = 1𝐹, (5) где 𝐹 -фокусное расстояние линзы, выражений (1-4) получим формулу для расчета максималь- ного количества ракурсов 𝑛max 𝑛max= 𝑍− 𝐹 𝐹 + 1 (6) для четного числа кадров на матрице и 𝑛max= 𝑍− 𝐹 𝐹 (7) для нечетного числа кадров. Из формул (6,7) следует, что для точек лежа- щих на оси, проходящей через центр матрицы, максимальное число возможных ракурсов растет с расстоянием между матрицей о объектом и па- дает с ростом фокусного расстояния линзовых элементов. 1. Emerging Technologies for 3D Video: Creation, Coding, Transmission and Rendering //Frederic Dufaux, Beatrice Pesquet-Popescu, Marco Cagnazzo. May 2013.- 518 p. – Mode of access: http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/produ ctCd-1118355113.html - Date of access: 04.09.2016. 2. Three-Dimensional Imaging, Visualization, and Display Editors: Javidi, Bahram, Okano, Fumio, Son, Jung-Young (Eds.) – Mode of access: https://www.springer.com/us/book/97803877933 44 - Date of acces: 04.09.2016. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 62 УДК 621.3.049.77: 681.586 АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЙ Здоровцев С.В., Кушнеров Д.П., Паршков А.В., Сушко В.А. Открытое акционерное общество «МНИПИ» Минск, Республика Беларусь Модульный принцип построения аппаратно- программных информационно-измерительных комплексов и систем обеспечивает техническую и информационно-функциональную совмести- мость и взаимозаменяемость модулей, упрощает техническое обслуживание и повышает точность и надежность их функционирования [1]. Как правило, в одной системе объединяют технические средства для измерения, контроля различных характеристик: физических величин, технических параметров и т.п. Модульное построение информационно-из- мерительных систем предусматривает следу- ющий набор элементов: модуль центрального процессора, дополнительные модули памяти, модули интерфейса, модули расширения си- стемы и рамы для размещения блоков элемен- тов. [2] В этом случае каждой процедуре при- сваивается имя, и она оформляется в виде стандартного программного модуля, выполня- ющего четко определенную функцию. Мо- дульное построение системы имеет и другое преимущество. Пользуясь одним и тем же общим набором модулей, можно в принципе построить из них различные структуры, соответствующие решению разных задач. При этом необходимо учитывать ряд особенностей при решении измерительных задач, основным из которых является необходимость учета динамики реализации модулей и вызова в оперативную память соответствующих массивов в целом или их частей. Время обмена с внешней памятью при модульном построении системы складывается из времени обмена при вызове модулями необходимых информационных массивов, а также времени записи и считывания промежуточных результатов работы системы модулей. Структурная схема аппаратно-программного комплекса (АПК) с использованием модулей функциональных интеллектуальных датчиков (ФИД), представлена на рисунке 1. Основными преимуществами такого АПК яв- ляются: − возможность избирательного подключения датчиков системы в зависимости от решаемых задач; − возможность реализации многоканального режима работы системы в реальном времени; − возможность наращивания функциональных модулей и программно-аппаратных средств си- стемы; − возможность изменения конфигурации си- стемы в зависимости от требований потребителя. Рисунок 1 – Структурная схема АПК с использованием модулей ФИД В работе представлены результаты разра- ботки АПК на базе персонального компьютера (ПК), предназначенного для проведения измере- ний при выполнении физических и химических экспериментов (рисунок 2). Рисунок 2 – АПК на базе ПК В состав АПК входят: – персональный компьютер Intel Pentium G 2.8 ГГц с характеристиками: объем ОЗУ не менее 2 Гбайт, разрешение экрана монитора не менее 10254х746 пикселей, наличие порта USB, − комплект модулей ФИД (цифровые дат- чики) различного функционального назначения, − специальное ПО ″DIGITAL LABORATORY″ на базе ОС Windows XP SP3, Windows Vista, Windows 7 SP1; платформа Mi- crosoft .NET Framework 4; − специальное ПО для цифровых датчиков «Digital Sensors». Комплект модулей ФИД обеспечивает изме- рение ряда физических величин: Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 63 − температуры и влажности воздуха (- 55 0С – + 125 0С ; 10 % – 100 %); − давления (0 – 100 кПа); − ускорения (- 4 – + 4 g); − индукции магнитного поля (- 0,8 – + 0,8 мТл); − освещенности (0 – 65535 лк); − расстояния (0,04 – 4,0 м); − угловой скорости (0 – 2000 град/с) ; − угла поворота (0 – 360 град); − температуры (- 40 0 С – + 1100 0 С); − электропроводности растворов (0 – 10 мСм/см) − объема газа с контролем температуры (0 – 30 мл/мин; - 20 0 С – + 80 0 С ); − оптической плотности растворов в спек- тре:зеленый – 525 нм; желтый – 590 нм (0 – 4,81 ед. оптической плотности) На рисунке 3 показана виртуальная панель выбора режимов работы АПК. Рисунок 3 – Виртуальная панель выбора режимов работы АПК На рисунке 4 представлены фрагменты образов сенсорных модулей при различных режимах работы АПК. Разработанный АПК позволяет решать ком- плексные измерительные задачи при выполнении физических и химических экспериментов в научных и учебных лабораториях. Разработанное ПО дает возможность обеспечивать математиче- скую обработку полученных данных и их отоб- ражение на экране ПК в виде гистограмм, графи- ков, таблиц. АПК позволяет реализовывать функции, необходимые для эффективного про- цесса обучения – обеспечение автоматизирован- ного сбора и обработки данных, выполнение экспериментов с несколькими сериями замеров с использованием различных сенсорных модулей, позволяющих производить измерения различных параметров. Предложенное техническое реше- ние повышает точность и наглядность выполне- ния естественнонаучных экспериментов, предо- ставляет дополнительные возможности по авто- матической обработке данных и анализу полученных результатов. а б в Рисунок 4 – Фрагменты образов сенсорных модулей при различных режимах работы АПК: а) измерение температуры и влажности воздуха; б) измерение угловой скорости и угла поворота; в) измерение объема газа с контролем температуры с отображением динамики изменения параметров во времени 1. Кычкин, А.В. Модель синтеза структуры автоматизированной системы сбора и обработки данных на базе беспроводных датчиков // Автоматизация и современные технологии. – 2009. - № 7. – С.15 – 20. 2. Крюков, В.В. Информационно-измеритель- ные системы / В.В. Крюков. Владивосток: ВГУЭС, 2000. – 102 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 64 УДК 614.841.34 СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ Ивлев Ю.П., Черневич О.В., Лущик А.П., Штых А.А. Учреждение «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» МЧС Республики Беларусь Минск, Республика Беларусь При проведении испытаний на огнестойкость по ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строитель- ные. Методы испытаний на огнестойкость. Об- щие требования» и ГОСТ 30247.1-94 «Конструк- ции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции» при определении предельного состояния конструкции по потере несущей спо- собности строительных конструкций использу- ются прогибомеры «6ПАО» и теодолиты «4Т30П» с линейкой. Прогибомер «6ПАО» представляет собой ме- ханическое аналоговое устройство с двумя стрелками и шкалами, показывающими отклоне- ние от заданного уровня в миллиметрах, и позво- ляет определить скорость нарастания деформа- ции и прогиб при испытании горизонтальных строительных конструкций. Во время проведе- ния испытаний при определении прогибов стрелки прогибомеров вращаются по часовой стрелке. Помимо прогибов наблюдается побоч- ное явление, называемое «выгиб», когда стрелка прибора вращается в обратном направлении, тем самым сбивая показания прогибомеров. Испыта- телю приходится постоянно наблюдать за при- бором и точно фиксировать значения прогибов и «выгибов», а после испытаний по формулам определять значения контролируемых показате- лей. При проведении испытаний на огнестойкость вертикальных строительных конструкций ис- пользуются металлическая линейка, прикрепля- емая к испытываемому образцу, и теодолит, с помощью которого фиксируется отклонение от заданного уровня. Процесс подготовки к испытаниям строи- тельной конструкции при оценке несущей спо- собности достаточно трудоемкий и требует вы- сокой точности установки измерительных при- боров. Для минимизации времени при подготовке к испытаниям, увеличения точности измерений, автоматизации процесса измерения при опреде- лении прогибов и скорости нарастания предель- ных деформаций создан аппаратно-программный комплекс определения прогибов строительных конструкций при их испытаниях на огнестой- кость [1] (далее – АПК). АПК включает комплект датчиков определе- ния линейного перемещения (прогиба) до 300 мм, автоматизированную систему сбора данных с датчиков с 4-проводной линией в количестве 7 штук, компьютер с установленным программ- ным обеспечением. АПК в автоматическом ре- жиме обеспечивает опрос датчиков прогиба, сбор и хранение полученных данных на жестком диске компьютера, построение зависимостей прогиба от времени и скорости нарастания де- формации от времени с дискретностью по оси ординат 5 секунд, по оси абсцисс 5 мм. Для измерения угла наклона и получения форматированных электрических сигналов сов- местно с НИИ радиоматериалов разработан дат- чик угла наклона ДУН-01К. Датчик предназна- чен для определения положения поверхности строительной конструкции во время испытания и пересчета угла наклона в линейный прогиб, пре- образования величины прогиба в цифровой код и передачи его по стандартному цифровому ин- терфейсу в компьютер. В электрической схеме датчика ДУН-01 ис- пользованы микросхемы, обеспечивающие тем- пературный диапазон работы от -40 до +125°С: чувствительный элемент – микромеханический акселерометр американской фирмы Analog Devices типа ADXL 213E и микропроцессор аме- риканской фирмы Microchip типа PIC18F2420 ISO. В качестве базового интерфейса обмена данными между ДУН и компьютером установлен интерфейс CAN. Тип материала корпуса выбран из нержавеющей стали 12НХ18Ю. Для вывода из высокотемпературной зоны разъемного соедине- ния смонтирован стационарный кабель МГТФЭС 4х0,12 ТУ РБ 101149747.008-2004. Длина кабеля может составлять от 2 до 6 м. На таком расстоя- нии от печи располагается ответное разъемное резьбовое электрическое соединение типа РС-4 АВО.364.030, необходимое для подключения датчиков к системе сбора данных и передачи их на компьютер. Кроме того, кабель защищен ме- таллорукавом диаметром 10 мм из оцинкованной стали, что существенно улучшает механические и температурные свойства электрического со- единения датчика. Разработанное совместно с БНТУ программ- ное обеспечение ПО «Прогиб-300» предназна- чено для решения следующих задач: – организации автоматизированного опроса с Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 65 комплекта датчиков прогиба; – автоматизированного сбора данных на ком- пьютер через адаптер связи; – хранения собранных данных на жестком диске компьютера; – визуализации полученных данных на экране монитора; – организации ведение базы данных заявите- лей и строительных конструкций. Для работы ПО необходим компьютер, сов- местимый с IBM PC, под управлением операци- онной системы Windows ХР\7. Нормальное отображение рабочих и инфор- мационных окон программ обеспечивается при минимальном разрешении экрана 1024×768 в режиме мелкого шрифта. Для работы ПО суммарный объем оператив- ной и дисковой памяти должен быть достаточ- ным для размещения удвоенного суммарного объема файлов базы данных, но не менее 256 МБ ОЗУ и не менее 500 МБ свободного места на жестком диске. Частота процессора – не менее 800 МГц для работы с Windows ХР. ПО «Прогиб-300» поставляется на оптиче- ском диске СD-ROM. Ввод идентификационных данных об испы- тываемой строительной конструкции осуществ- ляется по следующим позициям: – наименование заявителя на проведение ис- пытаний; – наименование испытываемой строительной конструкции; – габариты строительной конструкции; – время проведения испытаний, мин. Обеспечивается автоматическое сохранение файлов с результатами испытаний в соответ- ствующие каталоги. Осуществлена калибровка АПК и поверка средств измерения, Свидетельство о калибровке №109 от 19.06.2012. Натурные испытания с использованием раз- работанного АПК проводились на испытательно- исследовательском полигоне НИИ ПБиЧС МЧС Беларуси на установке по экспериментальному определению огнестойкости горизонтальных строительных конструкций. Испытания прово- дились на железобетонной плите перекрытия 170 П8-Э1-1 размером 4570×2980×160 мм. Прогиб строительной конструкции определялся с помо- щью прогибомера 6ПАО, установленного в гео- метрическом центре измеряемой конструкции с необогреваемой стороны, и ДУН-01, установ- ленных на исследуемой конструкции, согласно эксплуатационной документации. После вклю- чения горелок печи снимались показания про- гиба строительной конструкции (плита перекры- тия 170 П8-Э1-1) с интервалом 10 минут в тече- ние 60 минут или до достижения конструкцией одного из предельных состояний. Результаты натурных испытаний представлены в таблице. Таблица 1 – Результаты натурных испытаний Минута испытаний Показания, мм прогибомер 6ПАО АПК 2 1 0,9 10 27 27 20 65,5 64 30 91 94 40 109 111 45 Обрыв натяжного элемента прогибомера из-за образования продольной трещины на строительной конструкции 123 Максимальное отличие показаний прогибо- метра 6ПАО и значений, полученных на АПК в процессе проведения испытаний, зафиксировано на 30 и 40 мин и не превышало 3 мм. АПК определения прогибов строительных конструкций при их испытаниях на огнестой- кость внедрен на испытательно-исследователь- ском полигоне НИИ ПБиЧС МЧС Беларуси и используется при проведении натурных испыта- ний по определению предела огнестойкости. Внедрение АПК позволило увеличить точ- ность измерений при проведении испытаний, автоматизировать процесс измерения при опре- делении прогибов и скорости нарастания пре- дельных деформаций. Созданный АПК позво- ляет в автоматическом режиме измерять скоро- сти нарастания деформаций и прогибы, строить графики отклонений контролируемых величин от заданных, анализировать соотношения проги- бов и «выгибов», исключить человеческий фак- тор ошибки, повысить уровень точности измерений. 1. Ивлев Ю.П., Черневич О.В., Лущик А.П., Штых А.А. Аппаратно-программный ком- плекс определения прогибов строительных конструкций при их испытаниях на огнестой- кость // Чрезвычайные ситуации: предупре- ждение и ликвидация. – 2012. – № 2(32). – С. 60-69. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 66 УДК 621:53.08 ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО НАПРАВЛЕНИЮ «МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ» Исаев А.В., Кривицкий П.Г., Голубев А.А., Безлюдов А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Целью современного образования является не только предоставление знаний, но и обучение навыкам их эффективного профессионального применения, включая, помощь в преодолении у будущих специалистов определенных страхов и предубеждений в освоении некоторых, доста- точно сложных и специфических областей тех- ники и технологий. Такой областью является, например, программируемая электроника, сов- мещающая в себе цифровую электронную тех- нику и технологии ее программирования. Разра- батываемый электронный комплекс должен по- мочь в решении этих задач. Для этого комплекс должен выполнять две, в какой-то мере противоположных, задачи. Первой и основной целью разработки является построе- ние системы, имеющей максимально широкие возможности для создания законченных устройств при минимальных затратах времени и материальных ресурсов. Вторая цель - это фор- мировать комплекс, работа с которым не требо- вала максимально глубоких знаний в электро- нике и программировании. Конечно, в настоящее время на рынке при- сутствует большое количество отладочных плат для различных программируемых систем, но все они или очень простые – что-то вроде поморгай светодиодом, или очень узконаправленны в при- менении. А, следовательно, построить на таких отладочных платах что-либо законченное очень затруднительно. Оценив минимальные требования к буду- щему комплексу, была разработана его струк- тура, которая представлена на рисунке 1. В качестве управляющего программируемого устройства выбрана плата ARDUINO NANO [1], основанная на достаточно «укомплектованном» микроконтроллере семейства AVR – AtMega328PU [2]. Данный микроконтроллер имеет в своем составе 22 цифровых порта ввода- вывода, 8 линий встроенного, 10-разрядный АЦП, три аппаратных таймера с функцией 8- разрядного ШИМ, развитую систему приоритет- ных прерываний и полный набор встроенных последовательных интерфейсов. На самой плате находится преобразователь интерфейсом «USB to UART», который совместно с загрузчиком ARDUINO позволяет загружать программы и отслеживать работоспособность системы без применения дополнительных аппаратных средств. Кроме этого, такой подход решал во- прос и электропитания, т.к. система питается от USB-порта. Дополнительно комплекс разбит на три блока: блок цифрового и аналогового ввода, блок индикации и блок датчиков. В общем виде лабораторный комплекс полу- чил вид, представленный на рисунке 2. Рисунок 1 – Структура лабораторного комплекса Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 67 Блок ввода позволяет осуществлять ввод информации в микроконтроллер следующими способами: − с помощью кнопок, коммутируя на выбран- ные цифровые порты логический «0» (цифровая клавиатура); − с помощью кнопок, коммутируя на выбран- ные аналоговые порты определенные уровни напряжений - аналоговая клавиатура; − посредством изменения внешней времязада- ющей цепи цифровых портов (сенсорная клавиа- тура); − с помощью переменного резистора, выдавая на выбранные аналоговые порты определенные уровни напряжений. Блок индикации позволяет формировать информацию о состоянии системы и включает в себя: − набор светодиодов, для организации отсле- живания работы портов в различных режимах – постоянно включенное состояние, мигающее состояние, вывод ШИМ; − 2-строчный, 16-символьный ЖКИ на основе контроллера HD44780; − набор из двух семисегментных светодиод- ных индикаторов с общим катодом. Блок датчиков содержит набор цифровых схем различного назначения с различным типом представления информации – аналоговый вывод, посредством стандартных интерфейсов I2C, SPI, 1-Wire. Для дополнительной защиты лабораторного комплекса здесь была реализована система неза- висимого питания, т.е. питание на все элементы системы подается неявно, что не дает возмож- ность учащимся по незнанию или не опытности вывести их из строя. Следует отметить, что такое построение си- стемы является «открытым» для подключения к микроконтроллеру любых других устройств (микросхем), а также допускает использование различных процессорных плат в зависимости от специфики конкретных решаемых задач. Это позволяет, кроме непосредственно выполнения комплекса лабораторных работ, реализовывать различного типа системы в рамках курсового проектирования путем добавления в систему дополнительных внешних управляющих устройств, таких как шаговых двигателей, TFT- экранов, различного типа беспроводных приемо- передатчиков и др. 1. Техническая документация // электронный ресурс http://arduino.ru/Hardware/Ardu- inoBoardNano. 2. Техническая документация: ATmega328 // электронный ресурс http://www.atmel.com/ Images/Atmel-42735-8-bit-AVR-Microcontrol- ler-ATmega328-328P_datasheet.pdf. Рисунок 2 – Верхняя рабочая панель лабораторного комплекса 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 68 УДК621:53.08 32-РАЗРЯДНЫЙ МИКРОКОНТРОЛЛЕР STM32 И ARDUINO IDE Исаев А.В., Кривицкий П.Г., Голубев А.А., Безлюдов А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В настоящее время программируемая элек- троника все больше смещается из области 8-разрядных систем к 32-разрядным. Аппаратная часть устройств на основе микроконтроллеров (МК) развивается стремительными темпами. Од- нако сформировавшиеся навыки программиро- вания существенно сдерживают процесс разра- ботки программно-аппаратных устройств, в ко- торых, как правило, затраты на разработку программной части многократно превышают стоимость проектирования и изготовления аппа- ратуры. Становятся востребованными средства, позволяющие упростить и ускорить разработку встроенных программ даже ценой неоптималь- ного использования аппаратных средств МК. Один из примеров этому – платформа програм- мирования Arduino IDE. Будучи по-настоящему уникальной, позволяющая создавать проекты буквально за минуты, эта платформа привлекает начинающих разработчиков всего мира. Прогресс нельзя остановить, разработчики это понимают и начинают осваивать 16- и 32- разрядные микроконтроллеры, так как 8-битные микроконтроллеры, на которых основано немало «ардуино-плат», не всегда могут справиться с поставленными задачами. Это проявляется и в том, что на рынке все чаще появляются модули с 32-х разрядными микроконтроллерами семейства STM32, по всем внешним признакам адаптиро- ванным к платформе Arduino IDE. Сравним основные параметры микро- контроллеров в двух изделиях, примерно равных по цене (в 2 бел.руб): STM32 плате (с МК STM32F103C8T6) и её аналоге – Arduino PRO Mini (с МК AtMega328PU). Параметр STM32F103C8T6 AtMega328PU Рабочая частота, МГц 72 16 Flash память программ, Кбайт 64 32 Оперативная память, Кбайт 20 2 АЦП, разрядов 12 10 АЦП, скорость преобразования, выб./с 2 000 000 500 000 ШИМ 16-битный 8-битный Напряжение питания, В 2 … 3.6В 2.7 ... 5 Наряду с очевидным превосходством по основным параметрам ядра, первый МК имеет в разы больше встроенных периферийных устройств: аппаратных интерфейсов I2C, SPI, UART, USB, DMA, часы реального времени. Всё это в сумме делает данную первую плату крайне привлекательной во всём, кроме одного —STM32 для изучения с «нуля» является суще- ственно более затратным по времени и объему информации [1,2]. А вот если подружить STM32 с Arduino IDE [3], то порог вхождения опуска- ется до крайне низкого уровня. Но для этого необходимо провести несколько не сложных действий. Приступим к подготовке платы, для работы с Arduino IDE. Первое что необходимо сделать — залить в микроконтроллер специальный загруз- чик, который позволит прошивать плату через USB-порт. Для этого необходимо выполнить следующие действия. 1. Перевести джампер BOOT0, в положение «1». 2. Подключить плату к USB<>UART пере- ходнику (например на базе микросхемы CH340G) по следующей схеме. Контакты CH340G Контакты STM32 RXD A9 TXD A10 VC 5V GND G где A10/A9 выводы PA10/PA9 на плате STM32 - первый аппаратный USART. 3. Установить загрузчик памяти программ микроконтроллеров семейства STM32. Для этого: • Скачать с сайта производителя st.com, установить и запустить Windows-приложение Flash Loader Demonstrator [4]; • выбрать номер последовательного COM- порта переходника; • разрешить аппаратную очистку памяти подключенного микроконтроллера; Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 69 • выбрать из представленного перечня подключенный микроконтроллер, в который будет запрограммирован загрузчик; • по закладке «Download to device» из про- екта STM32duino-bootloader выбрать загрузчик «generic_boot20_pc13.bin»; • по кнопке «Next» завершить загрузку за- грузчика в микроконтроллер. 4. Скачать STM32 ядро для среды разработки Arduino IDE и распаковать содержимое архива в папку «Документы\Arduino\hardware»; 5. Из папки от имени администратора устано- вить драйвера на плату (файл «install_drivers.bat»). 6. Перевести джампер «BOOT0», в положение «0» и подключить плату к компьютеру через USB-кабель. Плата должна определиться в дис- петчере устройств как «Maple DFU» или «Maple Serial (COM*)» Теперь можно приступить непосредственно к настройке приложения Arduino IDE: 1. Запустить среду разработки Arduino, и пе- рейти к выбору платы по вкладке Инструменты - > Плата -> Boards Manager. 2. Установить ядро для платы Arduino Due, для чего выбрать последнюю версию и нажать «Install». 3. Задать режимы загрузки программ по меню Инструменты -> Плата -> «Generic STM32F103C», дальше Variant: «STM32F103C8 (20k RAM. 64k Flash)», Upload Method: «STM32duino bootloader», Порт — номер COM- порта платы После этого плата готова к работе (прошивке и программированию) в среде разработки Arduino IDE. Выполненная адаптация МК STM32F103x8 к работе в Arduino IDE позволяет получить не- сложное в программировании, но существенно более функциональное и быстродействующее целевое устройство. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 70 1. Техническая документация: STM32F103x8 // электронный ресурс http://www.st.com/ content/st_com/en/products/microcontrollers/stm 32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32f1-series/stm32 f103/ stm32f103c8.html. 2. Техническая документация: Справочное руководство STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx. ред. 16, ноябрь 2015, 1137 с. // электронный ресурс http://www.st.com/ resource/en/reference_manual/cd00171190.pdf. 3. Техническая документация: STM32 ядро для среды разработки Arduino IDE Arduino_STM32 // электронный ресурс https:// github.com/rogerclarkmelbourne/Arduino_STM32. 4. Техническая документация: Flash Loader Demonstrator // электронный ресурс http://www.st.com/resource/en/data_brief/flasher -stm32.pdf. УДК 535.3+528.88 АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «КАЛИБРОВКА» ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ НАЗЕМНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Катковский Л.В., Станчик В.В., Крот Ю.А., Беляев Ю.В., Доморацкий А.В., Силюк О.О., Литвинович Г.С. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь В ходе работ по программе «Мониторинг- СГ» (тема «Калибровка») был разработан и изго- товлен аппаратно-программный комплекс (АПК), включающий серию спектральных при- боров, предназначенных для оснащения назем- ных полигонов с целью калибровки авиакосми- ческих средств дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), верификации и повышения надеж- ности дешифрирования данных ДЗЗ путём инте- грации данных космического, авиационного и наземного сегментов. АПК «Калибровка» включает пять спектро- радиометров, покрывающих в совокупности спектральный диапазон 0,4 – 2,5 мкм и позволя- ющих измерять угловые зависимости спектров отражения подстилающих поверхностей, пря- мого и рассеянного атмосферой солнечного из- лучения. АПК конструктивно состоит из следующих модулей: 1) Фотоспектрорадиометр ФСР высокого раз- решения на диапазон 400 - 900 нм, снабженный цифровой покадровой видеосистемой и синтезом изображений и спектров и предназначенный для измерения спектральных отражательных харак- теристик всех типов природных поверхностей полигонов (тестовых площадок) в наземных условиях и с борта авиационных носителей. 2) Двухканальный модульный спектрорадио- метр ДМС 400-900 нм, предназначенный для одновременного измерения яркости отраженного излучения от подстилающей поверхности и освещенности (потока) падающего излучения с верхней полусферы. 3) Портативный модульный спектрорадио- метр на область 800-1500 нм ПСР-700 для изме- рения спектральных отражательных характеристик поверхностей. 4) Портативный модульный спектрорадио- метр на область 1200-2500 нм ПСР-1300 для из- мерения спектральных отражательных характе- ристик поверхностей. Перечисленные четыре прибора предназна- чены для измерения в наземных стационарных условиях (а также с вышек и подвижных средств) спектральных характеристик отражения тестовых участков природных, искусственных и антропогенных объектов 5) Сканирующий солнечный спектрополяри- метр на область 350-950 нм ССП-600 для изме- рения прямого солнечного и рассеянного атмо- сферой под различными углами излучения. 6) Комплект специальных насадок для обеспечения измерений: • коэффициентов спектральной яркости, • поляризационных характеристик, • спектрального альбедо; 7) Специальное программное обеспечение (СПО) управления, хранения и обработки дан- ных. На протяжении последних двух лет прово- дятся натурные испытания приборов ФСР, ДМС, ПСР-700, ПСР-1300 и ССП-600. при измерениях спектральных характеристик объектов на назем- ном уровне. Полигонами для проведения натур- ных испытаний являются Курский аэрокосмиче- ский полигон (2015-2016 гг.) (рис.1), острова Курильской гряды (2015 г., острова Итуруп, Уруп, Чирпой, Симушир, Ушишишир, Шиа- шконтан, Чиринкотан, Харимкотан, Онекотан, Атласова), территория полуострова Камчатка (2016 г., подножия вулканов Ильинский, Хо- дутка, Ксудач) Данные полигоны обладают объ- ектами с приемлемыми характеристиками для Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 71 проведения спектральных измерений. А именно, на данных полигонах присутствуют протяжен- ные, однородные объекты. Особенностью под- стилающих поверхностей на островах Куриль- ской гряды и полуострова Камчатка является отсутствие антропогенных факторов, влияющих на их оптические характеристики. В качестве объектов для проведения измерений на Курском аэрокосмическом полигоне в основном были вы- браны участки с/х культур, а также естественной растительности в Центрально-черноземном запо- веднике. Рисунок 1 – ПСР-700, ПСР-1300, ДМС и управляющий компьютер, установленные на безтеневом полевом штативе (кронштейне), Предварительные натурные испытания АПК «Калибровка» (Курск, май 2016 г.) Натурные испытания АПК на тестовых поли- гонах и проведение измерений на наземном уровне позволили определить степень надежно- сти и стабильности системы при проведении из- мерений. Основные измерения были проведены в режиме одиночного кадра. Полигонные измерения позволят создать базы сопряженных спектральных данных, фотоизоб- ражений объектов и их биогеофизических харак- теристик. Также полигонные исследования на трех уровнях позволят решить важнейшую за- дачу пространственной интеграции элементов ландшафтов при различном пространственном разрешении систем ДЗЗ. На рисунках 2-3 представлены некоторые ре- зультаты натурных испытаний. а) – фото б) – спектр ПСР-1300 в) спектр ДМС Рисунок 2 – Степь косимая выпасаемая, Курский аэрокосмический полигон, 2016 год а) – фото б) – Спектр, ФСР Рисунок 3 – О. Атласова Курильской гряды, вулканические гравистые пески с редкой слабоокатанной галькой, 2015 год 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 72 УДК 614.842 КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЛАЗЕРНОГО ДЫМОВОГО-ГАЗОВОГО СО ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ Кицак А.И.1, Лущик А.П.1, Есипович Д.Л.1, Волков С.А.1, Конон В.Н.2, Кавальчук И.В.2, Протасевич О.А.2, Третьяк И.Б.3 1Учреждение «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» МЧС Республики Беларусь 2Закрытое акционерное общество «Запспецтехсервис» 3Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Введение. В настоящее время широкое при- менение для обнаружения возгораний находят мультикритериальные пожарные извещатели [1]. Данный класс извещателей обеспечивает макси- мальную достоверность обнаружения пожара благодаря комплексному анализу состояния кон- тролируемой среды по различным пожароопас- ным факторам. Непременным компонентом мультикритериального извещателя является де- тектор дыма - один из наиболее скоростных средств обнаружения возгорания. В качестве него используется, как правило, традиционный оптический дымовой извещатель на основе реги- страции излучения, рассеянного частицами дыма. Недавно предложена оптическая схема то- чечного дымового извещателя [2], включающая два независимых канала обнаружения дыма: ка- нал обнаружения дыма по уровню увеличения интенсивности излучения, рассеянного части- цами дыма, и дополнительный канал - по уровню уменьшения интенсивности излучения, прошед- шего через дым. Наличие в точечном извещателе «линейного» канала контроля состояния среды позволяет эффективно обнаруживать наряду со «светлыми» также «черные» дымы, состоящие в основном из частиц, поглощающих излучение. Предложенная схема позволяет также отказаться от традиционной для точечных оптических ды- мовых извещателей дымовой камеры, что улуч- шает заход дыма в извещатель и существенно уменьшает время обнаружения пожара. Целью настоящей работы являлась разра- ботка и изготовление опытного образца точеч- ного двухканального дымового пожарного изве- щателя малой инерционности, повышенной чув- ствительности к черным дымам и высокой помехоустойчивости. Оптическая схема опытного образца ды- мового пожарного извещателя. На рисунке 1 представлена структура оптической схемы изго- товленного опытного образца дымового пожар- ного извещателя. Принцип работы опытного образца дымо- вого пожарного извещателя. Принцип работы опытного образца двухканального дымового пожарного извещателя согласно представленной на рисунке 1 оптической схеме состоит в следующем. 1 – полупроводниковый лазер; 2 – прозрачная пластинка; 3,8,9 – приемники излучения; 4,6 – линзы; 5,9 – светофильтры; 7 – диафрагма; 11 – датчик СО газа Рисунок 1 – Структура оптической схемы опытного образца дымового пожарного извещателя В отсутствие дыма излучение лазерного ис- точника попадает только на опорный приемник 3 и сигнальный приемник 8. Диаметр отверстия диафрагмы 7 подбирается примерно равным или меньше диаметра пятна фокусировки, сформиро- ванного линзой 6 в отсутствие дыма. По сигна- лам, формируемым опорным и сигнальным при- емниками, осуществляются контроль интенсив- ности излучения источника и корректировка чувствительности приемной схемы электронного блока регистрации проходящего излучения при уменьшении интенсивности излучения лазера. При появлении дыма часть излучения источ- ника из области фокусировки рассеивается ча- стицами дыма в сторону линзы 6 и приемника излучения 10. Линза 6 формирует в плоскости входного отверстия диафрагмы 7 изображение пятна фокусировки как в проходящих, так и рас- сеянных лучах. Основная часть рассеянного ча- стицами дыма излучения распространяется под большими углами к оси источника излучения и не попадает в отверстие диафрагмы. Через от- верстие проходит и регистрируется приемником 8 в основном не рассеянное дымом излучение. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 73 Интенсивность этого излучения уменьшается с увеличением плотности дыма. При достижении определенной скорости падения сигнала на вы- ходе приемника 8 и постоянстве сигнала на вы- ходе приемника 3 появляется сигнал «Тревога». Приемник 10 регистрирует излучение только рассеянное частицами дыма. Его интенсивность растет с увеличением плотности дыма. При до- стижении определенной скорости роста сигнала на выходе приемника 10, а также постоянстве сигнала на выходе приемника 3 формируется также сигнал «Тревога». Для повышения устойчивости работы изве- щателя при воздействии частиц не дымового происхождения в опытном образце установлен датчик СО газа. Как известно, данный газ выде- ляется при горении большинства веществ. С уче- том работы детектора СО газа извещатель вы- дает сигнал «Пожар» только тогда, когда одно- временно с сигналом «Тревога» по одному из дымовых каналов регистрируется появление СО газа в концентрации, превышающей заданный уровень 40 ppm. Технические характеристики опытного образца дымового пожарного извещателя. Время реакции извещателя на появление дыма ~ 1 с. Минимальное пороговое значение оптиче- ской плотности дыма, обнаруживаемого в канале регистрации рассеянного излучения ~ 0,05 дБ/м. Минимальное пороговое значение оптической плотности дыма, обнаруживаемого в канале ре- гистрации проходящего через дым излучения ~ 0,9 дБ/м. Основной причиной, ограничивающей чувствительность «линейного» канала обнару- жения дыма, является нестабильность мощности излучения источника, которая составляла ~ 0,25%. Испытания. Испытания опытного образца точечного дымового пожарного извещателя на обнаружение тестовых очагов пожара проводи- лись одновременно с тестовыми испытаниями традиционного точечного дымового извещателя. В ходе испытаний получены следующие резуль- таты Тестовый очаг пожара ТП-1 (горение древе- сины) опытный образец извещателя обнаружил через 3 мин. 46 с после поджога очага. При этом наличие СО газа зарегистрировано датчиком СО газа на 3 мин. 25 с. горения очага. Обычный из- вещатель отреагировал на ТП-1 через 5 мин. 55 с. Тестовый очаг пожара ТП-2 (тление древе- сины) первым обнаружил обычный дымовой извещатель на 18 мин 33 с тления древесины. Через 23 с опытный образец извещателя обнару- жил наличие СО газа. Сигнал «Пожар» он подал на 19 мин.16 с. Тестовый очаг пожара ТП-3 (тление хлопча- тых фитилей) опытный образец извещателя об- наружил через 1 мин. 10 с после поджога очага. Обычный извещатель сработал на 2 мин. 16 с. Тестовый очаг пожара ТП-4 (горение пенопо- лиуретана) обнаружен опытным образцом изве- щателя через 1 мин. 17с после поджога очага. Через 12 с сигнал «Пожар» подал обычный ды- мовой извещатель. Тестовый очаг пожара ТП-5 (горение n-геп- тана) опытный образец извещателя обнаружил через 3 мин. 50 с после поджога n-гептана. При этом наличие дыма было обнаружено каналом регистрации проходящего излучения на 2 мин. 30 с горения n-гептана. Наличие СО газа было зарегистрировано на 3 мин. 40с. Обычный дымо- вой извещатель не среагировал на горение n-геп- тана до конца его выгорания. Заключение. Проведенные испытания опыт- ного образца лазерного дымового-газового СО пожарного извещателя подтвердили его малую инерционность и высокую чувствительность к различным видам дымов, в том числе к «чер- ным» дымам. Использование датчика СО газа и логической схемы «И» для формирования сигнала «ПОЖАР», когда одновременно регистрируются факторы возгорания по одному из дымовых ка- налов и каналу СО газа, исключает возможность ложного срабатывания извещателя при воздей- ствии помеховых частиц в отсутствие дыма. 1. Антошин А.А., Василевский А.Г., Олифер Г.И. Принципы работы мультикрите- риальных технических средств обнаружения пожара . – Материалы 7-ой Международной научно-технической конеренции «Приборо- строение» Минск – 2014. – С. 26-28. 2. Кицак, А.И., Лущик А.П., Есипович Д.Л., Гамезо А.М. Извещатель пожарный оптиче- ский дымовой – Патент BY №9045 на полез- ную модель– 2012. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 74 УДК 51-73 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ГАЗОВОГО СЕНСОРА Козлова Т.А., Шелухин К.А., Хатько В.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Моделирование процессов теплообмена в га- зовых сенсорах на основе тонких диэлектриче- ских мембран играет большую роль при оптими- зации конструкции сенсора с целью достижения им минимальной потребляемой мощностью. Объектом исследования были выбраны тонко- пленочные газовые сенсоры, изготовленные по технологии микрообработки кремниевых подло- жек с использованием диэлектрических мембран на основе оксида/нитрида кремния и/или оксида алюминия В настоящей работе проведено моде- лирование тепловых характеристик данного сен- сора. В качестве изменяемых параметров для моделирования выбраны геометрические раз- меры платинового нагревателя: его ширина и толщина. Конструкция газового сенсора включает кремниевую подложку, содержащую диэлектри- ческую мембрану расположенную в центре под- ложки имеющую размеры 1350×1350×1 мкм. Моделирование проводилось на трех типах мем- бран: анодированом оксиде алюминия (АОА); нитрид кремния (Si3N4) – анодированный оксид алюминия; оксид кремния – нитрид кремния – анодированный оксид алюминия. Платиновый нагреватель представлял собой меандр с толщи- ной изменяемой от 0,1 до 0,5 мкм и шириной дорожки 10, 15, 20 мкм (рисунок 1). На нагрева- тель сенсора подавалось напряжение от 0,1 до 0,6 В. Рисунок 1 – Вид полупроводникового газового сенсора сверху Расчет потребляемой мощности нагревателя газового сенсора выполнен на основе конечно- элементное моделирование процесса распро- странения тепла по конструкции сенсора. Сетка конечных элементов состояла из 28708 элемен- тов домена, 28792 граничных элементов и 874 краевых элементов. Свободные треугольные элементы использовались для разбиения под- ложки и металлизации. Для нагревателя и мем- браны использовались структурированные трёх- слойная и пятислойная сетки, соответственно. На рисунке 2 и 3 представлены результаты расчета максимальной температуры нагрева од- нослойной мембраны из анодного оксида алю- миния в зависимости от толщины нагревателя (при напряжении 0,5 В) и напряжения прило- женного к нему (толщина нагревателя d = 0,4 мкм). 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 100 200 300 400 500 600 700 800 Те м пе ра ту ра , о С Толщина нагревателя, мкм 1 2 3 Рисунок 2 – Зависимость максимальной температуры нагрева однослойной мембраны от толщины нагревателя при напряжении 0,5 В (1, 2 и 3 соответствуют ширине нагревателя 10, 15 и 20 мкм) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Те м пе ра ту ра , о С Напряжение, В 1 2 3 Рисунок 3 – Зависимости максимальной температуры нагрева однослойной мембраны от напряжения при толщине нагревателя 0,4 мкм (1, 2 и 3 соответствуют ширине нагревателя 10, 15 и 20 мкм) На рисунке 4 показаны результаты модели- рования распределения температуры нагрева в однослойной мембране при ее толщине 0,4 мкм Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 75 и напряжении на нагревателе в 0,5 В в зависимо- сти от разной ширины шагревателя. а) б) в) Рисунок 4 – Распределения температуры нагрева в однослойной мембране при ширине нагревателя 10(а), 15(б) и 20(в) мкм Анализ представленных на рисунках 2-4 ре- зультатов моделирования показывает, что опти- мизация геометрии платинового нагревателя позволяет получить сенсоры с потребляемой мощностью в диапазоне 20-26 мВт при постоян- ном нагреве с рабочей температурой 540-560 оС. Мощность, подаваемая на нагреватели, состав- ляет 19,8; 22,7; 25,9 мВт соответственно при их ширине в 10, 15 и 20 мкм и при напряжении пи- тания в 0,5 В. Не менее важным в нашем моделировании характеристик однослойной мембраны с плати- новым нагревателем различной геометрии явля- ется оценка напряжений по Мизесу, позволяю- щие судить о том, что пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению (рисунок 5). а) б) в) Рисунок 5 – Распределения напряжений Мизеса в однослойной мембране при ширине нагревателя 10(а), 15(б) и 20(в) мкм Таким образом, на основе полученных ре- зультатов можно сделать следующие выводы: − увеличение ширины дорожки, при одинако- вой толщине и поданном напряжении, увеличи- вает максимальную температуру нагрева газо- вого сенсора; − температура нагрева сенсора в диапазоне приложенных напряжений от 0,1 до 0,4 В изме- няется нелинейно, что, по-видимому, связано с тем, что часть энергии идет на прогрев мем- браны; − разработанная в данной работе модель явля- ется полезным инструментом для проектирова- ния полупроводниковых газовых сенсоров раз- личного назначения с энергопотреблением ме- нее 1мВт. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 76 УДК 681.723.078: 681.775.078: 681.777.078 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА Кожевников Д.А., Нупрейчик А.О., Фёдорцев Р.В., Старосотников Н.О. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Современные тенденции развития областей науки посвященных изучению далеких космиче- ских объектов вызывает необходимость своевре- менной реакции технических средств, которые будут обеспечивать точность анализа. В связи с далеким расположением всех вызывающих инте- рес объектов, важными становятся не только возможности пространственного разрешение оптического изображения, но и поиск методов, способствующих более детальному изучению объектов космоса. Подавляющая часть исследу- емых объектов имеют малые угловые размеры, менее сотых и тысячных долей угловых секунд, так что определение формы далеких объектов не представляется возможным – нельзя отличить звезду от галактики или туманности. Главным методом анализа такого рода объектов стал спек- тральный анализ. Анализом спектральных линий излучения и поглощения звезд и других небес- ных тел можно установить химический состав, температуру, наличие магнитного поля и другие важные параметры. Для разных небесных тел характерно особое распределение энергии по спектру, которое принято называть спектром звезды. Максимум спектрального распределения зависит от температуры звезды – чем она горя- чее, тем на меньшие длины волн приходится максимум. Из этого следует зависимость: горя- чие звезды по цвету являются голубыми, а хо- лодные – желтые и красные. Современные до- стижения спектроскопии позволяют вести иссле- дования по всему электромагнитному диапазону спектра, однако в условиях наблюдения с по- верхности Земли накладываются ограничения в виде непрозрачности земной атмосферы для раз- ных участков спектра. Таким образом, земные наблюдение ограничены диапазоном спектра в 300-1000 нм и некоторыми областями после 1000 нм для которых атмосфера прозрачна. С учетом этого в настоящее время практикуется использо- вание некоторых областей спектра для получе- ния полной и точной информации о состоянии исследуемых объектов. При детальном изучении непрерывных спек- тров звезд заметны многочисленные темные ли- нии поглощения. Они образуются при переходах между энергетическими уровнями различных атомов и ионов вещества на поверхности звезд. Каждый переход характеризуется определенной длиной волны. Однако в наблюдаемых спектрах значения длин волн не совпадает с данными, полученными в лабораторных наблюдениях. Это несовпадение вызвано относительным движе- нием звезд и Земли. Смещение достаточно строго определяется и описывается эффектом Доплера. Согласно эффекту Доплера, при при- ближении регистрируемой звезды к Земле, линии в её спектре смещаются в синюю область спек- тра, в обратных условиях смещение происходит в красную область спектра. Величина смещения z зависит от скорости звезды вдоль линии визи- рования 𝜗: 𝑧 = 𝜗 𝑐 = 𝜆 − 𝜆0 𝜆0 , где с = 3 ∙ 108 м/с – скорость света в вакууме. Так, изучая смещение линий в спектрах звезд и других небесных тел относительно их лабора- торных положений, можно получить качествен- ную информацию о лучевых скоростях звезд, о скоростях расширения их звездных оболочек (звездный ветер, взрывы Новых и Сверхновых звезд). Также существует зависимость возраста звезд от их размера и температуры. Зависимость проста и может быть объяснена тем, что в более горячих звездах химическая реакция протекает более интенсивно и звездный материал исполь- зуется с большей скоростью. Спектральными классами называется класси- фикация звёзд по спектру излучения. Первая классификация звёздных спектров была предло- жена в конце 20-го столетия. После уточнения и дополнения она получила название Гарвардской спектральной классификации звёзд [1]. В данной классификации выстраивается зависимость не- скольких показателей от температуры объектов (таблица 1). При движении по этому ряду слева направо кроме изменения цвета звезды также уменьшается её температура. Современные методики анализа главным об- разом основаны на фильтрации шумов получае- мых сигналов. Изучением объектов ближнего и дальнего кос- моса занимаются все крупные исследовательские станции под руководством космических агентств: NASA, ESA, Роскосмос. Используются разные технические средства фиксации излуче- ния включая наземные установки и выведенные на орбиту аппараты. В NASA в настоящий мо- мент активна миссия «ASCENDS» по фиксиро- ванию СО2 и О2 с использованием лазерной уста- новки для дистанционного зондирования. В ка- честве обработки используется метод на основе Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 77 КИХ-фильтра [2]. Роскосмос готовится к запуску орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ» на которой установлены спектро- скопы «eRosita» (Германия) и «ART-XC» (Рос- сия), которые совместно охватывают диапазон от 0,3 кэВ до 30 кэВ [3]. Как указано ранее, во многом чистота и каче- ство обработанного сигнала зависит от про- граммной фильтрации шумов. Однако в связи с отдельной вторичной обработкой сигналов ис- ключается возможность высокоточного соотно- шения их между собой. Таблица 1. Гарвардская спектральная классификация звёзд ИК-спектроскопия позволяет добиваться вы- соких показателей определения спектральных линий длинноволнового излучения. В инфра- красном диапазоне можно получить данные об объектах, скрытых от нас в видимом диапазоне за толщей пыли и газа. Кроме того, изучение галактик с большими z может производиться только в ИК-диапазоне из-за сдвига в него ос- новных характерных спектральных линий. Также для анализа межзвездного пространства и атмо- сферы земли используется терагерцовое излуче- ние [4], которое представляет собой участок спектра между инфракрасным и сверхвысокочас- тотным диапазонами. Терагерцовое излучение можно использовать для исследования и детек- тирования объектов с колебательными и враща- тельными переходами в молекулах, свободных носителях в полупроводниках и т.д. Авторы данной работы предлагают использо- вать программное и техническое объединение отдельных обсерваторий (наземных и орбиталь- ных) в связанные комплексы. Через систему коммуникационных спутников получаемые дан- ные предполагается посылать на Землю для об- работки информации высокопроизводительным компьютером. Отличие от существующих схем заключается в том, что обработка данных с на- земных и орбитальных станций будет произво- дится одним компьютером с одновременной синхронизацией двух полученных спектров. При взаимной юстировке используемых спектраль- ных приборов с оцененной погрешностью можно добиться малых отклонений между измеряе- мыми данными. При использовании постепен- ного ослабления сигнала через поглощение од- нородной средой можно получать градуировоч- ные зависимости с последующим вычитанием шумов. Подобные комплексы могут представ- лять собой уже готовые обсерватории для кото- рых экспериментально будет оценена погреш- ность измерения и передачи данных. Так, совме- стная обработка данных полученных вне атмосферы Земли, из нескольких слоев атмо- сферы и поверхности Земли может выделять более «чистые» данные для последующей про- граммной корреляции. В качестве модели обра- ботки может использоваться метод Савицкого- Голея или вейвлет-преобразование. 1. Chui С. An Introduction to Wavelets / С. Chui. New York: Academic Press, 1992. – 412 p. 2. Campbell, Joel F. Pseudorandom Noise Code- Based Technique for Cloud and Aerosol Discrimination Applications / Campbell, Joel F. – Orlando: SPIE Defense, Security, and Sensing, 2011. – 5 p. 3. Комаров И.А. Фундаментальные космические исследования / Федеральная космическая программа России на 2016 – 2025 годы / И.А. Комаров. М.: ТАСС, 2016. – 6 с. 4. Щеглов П.В. Проблемы оптической астрономии / П.В. Щеглов. – М.: Наука, 1980.–272 с. Класс Температура, К Истинный цвет Видимый цвет Масса, (масс Солнца) М Радиус, (радиусов Солнца) R Светимость, (светимостей Солнца) L Линии водорода O 3*104 – 6*104 голубой голубой 60 15 1 400 000 слабые B 1*104 – 3*104 бело-голубой бело-голубой 18 7,0 20 000 средние A 75*102 – 1*104 белый белый 3,1 2,1 80 сильные F 6*103 – 75*102 жёлто-белый белый 1,7 1,3 6,0 средние G 5*103 – 6*103 жёлтый жёлтый 1,1 1,1 1,2 слабые K 35*102 – 5*103 оранжевый жёлто- оранжевый 0,8 0,9 0,4 очень слабые M 2*103 – 35*102 красный оранжево- красный 0,3 0,4 0,04 очень слабые 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 78 УДК 681.785 ПРОГРАММНО-АПАРАТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС TIME CATCHER Кольчевская М.Н., Кольчевская И.Н. Государственное учреждение образования «Гимназия № 38» Минск, Республика Беларусь Обычная цифровая камера может приме- няться как регистрирующий или измерительный прибор. Достоинства применения цифровых камер: использование обычного компьютера, лёгкая адаптация к условиям измерений и иссле- дований, совместимость с любыми измеритель- ными устройствами, т.е. низкой стоимости соз- дания новых измерительных устройств и ком- плексов. Любая измерительная система, построенная на базе персонального компьютера, состоит из трёх основных элементов: источник сигнала, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), про- граммное обеспечение. Единственным ограниче- нием на пути использования компьютера в об- ласти измерений и регистрации аналоговых сиг- налов является то, что компьютер не способен принимать аналоговые данные, так как является полностью цифровым устройством. Научная идея состоит в применении в качестве АЦП циф- ровой камеры, которая преобразует аналоговый сигнал от измерительного или регистрирующего прибора в цифровой вид, пригодный для приёма его компьютером. Преимущества компьютери- зированной системы перед аналоговыми измери- тельными приборами существенны: огромная вычислительная мощность; неограниченные возможности обработки и анализа данных; ши- рокие возможности по представлению данных удаленным пользователям; удобство и универ- сальность хранения данных; настраиваемый пользовательский интерфейс; возможность об- новления и модернизации. Цель работы состоит в применении цифровых камер совместно с компьютером в качестве ком- пьютеризированного измерительного програмно- аппаратного комплекса для применения в каче- стве бесконтактного визуализатора долговре- менных физических процессов. Разработано программного обеспечения на языке программирования Delphi для считывания, обработки изображений, полученных цифровой Web-камерой «Time Catcher», для распознавания измерительной информации. Программа «Time Catcher», предназначена для получения изобра- жений в заданном промежутке времени с задан- ным интервалом. Базовый алгоритм работы про- граммы и внешний вид рабочего окна показан на рисунке1. Общий принцип работы системы за- ключается в следующем: при работе таймера программа формирует файл изображения в bmp и jpg форматах и файл формата JSON, содержа- щий описание файла изображения. Далее файлы передаются по ftp соединению на обработчик JSON формата сайта xOptics.by, который разби- рает данный запрос и составляет динамическую страницу. Взаимодействие между базой данных MySQL и файловой системой сервера формирует итоговый объект в формате JSON, в котором будут находиться переданные данные после вы- полнения модулей и происходит сжатие данных с помощью gzip – утилита сжатия и восстановле- ния файлов, использующая алгоритм DEFLATE. После сжатия объект поступает в браузер, где отображаются результаты эксперимента. а б Рисунок 1 – Алгоритм (а) и внешний вид (б) программы «Time Catcher» Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 79 Основные характеристики программы:  период съёмки: от 1 с.  разрешение получаемого кадра: 640х480  счётчик отснятых кадров  возможность выбора папки или интернет ресурса для сохранения  прекращение работы: по истечению заданного интервала времени  отображение информации в сетях интернет Очень часто требуется долгое и рутинное на- блюдение за объектом исследования, в связи с медленно изменяющимися его характеристи- ками. Для наблюдения и регистрации парамет- ров долговременных процессов, установления их закономерностей была использована программа Time Catcher. Собраны установки и проведены наблюдения за несколькими долговременными процессами. и для установления законов и зако- номерностей. Изменение разрешения и светового диапазона наблюдения может осуществляться добавлением в стандартным web-камерам опти- ческих объективов, люминофоров и др. Собраны установки, проведены эксперимен- тальные исследования и оцифрованы данные долговременных процессов роста луковицы, плавления льда, горения (рисунок 2), дневной освещенности и др. В ходе работы программно-аппаратного ком- плекса выявились некоторые технические осо- бенности: при длительной работе программы, и большой частоте получения кадров, мы полу- чаем большое количество снимков, соответст- венно жёсткий диск компьютера должен иметь необходимое количество свободного простран- ства. Полученные снимки в процессе обработки необходимо сортировать, например, отсеять кадры с плохой освещённостью. Причин этому несколько: солнце, дополнительный источник освещения и т.д. Не всегда возможно снимать объект в помещении с постоянной освещённо- стью, значит требуется коррекция освещенности. Для этого необходим алгоритм сортировки снимков. Для этой цели применялся простейший алгоритм, анализирующий интегральную осве- щенность снимка и выполняющий удаление снимков с низкой освещенностью. Кроме этого, алгоритм сортировки применялся для отбора каждого N кадра с целью монтирования видео ряда. Вследствие плавного изменения дневной освещенности яркость получаемого изображения изменяется от кадру к кадру. Если полученные кадры использовать для монтажа в видео ряд, то на итоговом видео получится негативный эффект “мерцания” картинки. Чтобы избежать этого необходимо снимать объект в помещении с по- стоянной освещённостью, что к сожалению не всегда возможно, или применять алгоритмы вы- равнивания снимков по яркости. а б Рисунок 2 – Фотография экспериментальной установки по исследованию процесса горения (а) и графики зависимости положения фронта пламени от времени и расчет скорости горения методом наименьших квадратов (б) В этой работе презентуются разработанный программно-аппаратный комплекс «Time Catcher», демонстрируются результаты экспери- ментального применения комплекса и обсужда- ются результаты его развития. 1. Шарыгин М. “Сканеры и цифровые камеры”. – БХВ-Петербург, 2001. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 80 УДК 535.34 МИКРОСКОПИЯ НА ОСНОВЕ ПРЕЛОМЛЯЮЩИХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛИНЗ Кольчевский Н.Н.1, Петров П.В.1, Хилько Г.И.2, Дудчик Ю.И.2 1Белорусский государственный университет 2Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь Микроскоп – прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или дета- лей их структуры). Структуру любого объекта (препарата) можно различить, если разные его частицы по-разному поглощают и отражают свет либо отличаются одна от другой (либо от среды) показателями преломления. Эти различия обу- славливают разницу амплитуд или фаз световых волн, прошедших через разные участки препа- рата от чего, в свою очередь, зависит контраст- ность изображения. В зависимости от свойств изучаемого объекта и задач исследования суще- ствуют различные методы наблюдения, дающие несколько отличающиеся изображения объекта. Благодаря малой длине волны рентгеновского излучения рентгеновский микроскоп может дос- тигать дифракционного разрешения порядка не- скольких десятков нм и по теоретической вели- чине разрешения занимает промежуточное зна- чение между оптическим и электронным микроскопами. Типы микроскопов определяются либо обла- стью применения, либо методом исследования. В зависимости от метода исследования микро- скопы можно разделить на биологические (лю- минесцентные, инвертированные) и металлогра- фические (поляризационные). Измерительные микроскопы используют для точных измерений линейных размеров объекта. При этом возможны два способа измерений: 1) измеряется величина изображения объекта в фокальной плоскости окуляра с помощью шкалы или винтового окулярного микрометра, а затем по известному значению увеличения мик- роскопа вычисляется измеряемое расстояние на объекте; 2) микроскоп используется для наводки на объект, а расстояния измеряются по относитель- ному перемещению микроскопа и объекта. По способу формирования изображений раз- личают проекционный, контактный, отражатель- ный и дифракционный рентгеновские микро- скопы; по принципу регистрации рентгеновский микроскоп может быть изображающим, обра- зующим действительное или теневое изображе- ние объекта, или сканирующим (растровым). Сканирующий микроскоп регистрирует излуче- ние от одного элемента объекта, находящегося на оптической оси микроскопа, а полное изобра- жение (растр) создаётся при последовательном перемещении объекта относительно оси микро- скопа с помощью прецизионного механизма (пьезотрубки). Преимущества последнего спо- соба регистрации – независимость разрешения от полевых аберраций оптической системы и, сле- довательно, отсутствие ограничений на величину поля зрения, а также меньшая радиационная на- грузка на объект исследования. Рисунок 1 – Основные методы наблюдения и способы формирования изображений в микроскопии Обычно микроскоп имеет двухступенчатую систему увеличения, образованную объективом и окуляром. В оптическую схему микроскопа входят также элементы, необходимые для осве- щения объекта. Важным являются параметры, характерные для определенных устройств, например для фо- кусирующих устройств существенными оказы- ваются фокусное расстояние, величины аберра- ции и др. Для целей микроскопии необходимо использовать источники с минимальным разме- ром излучающего пятна и низкой расходимости. Для расчетов оптических систем на основе преломляющих линз будут взяты параболическая Be CRL (compound refractive lens) и эпоксидная микрокапиллярная линзы. Параболические линзы изготавливают мето- дом прессования либо фотоанодного травления. Два выпуклых параболоида, направленные точно друг на друга, продавливают лист (например алюминия, бериллия), формируя, таким образом, одну линзу. Большое число таких линз, располо- женных в контейнере, представляло собой пре- ломляющую рентгеновскую линзу. В методе Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 81 фотоанодного травления (пластины кремния), регулируют фотоанодный ток, управляя профи- лем образующегося канала. Идея микрокапил- лярной линзы основана на том, что капля жидко- сти в капилляре под действием естественных сил поверхностного натяжения принимает двояко- вогнутую сферическую форму и может быть ис- пользована как фокусирующая рентгеновское излучение преломляющая линза. Геометрические и рентгенооптические харак- теристики Be параболической и микрокапилляр- ной линз показаны в таблице 1. Таблица 1 – Параметры эпоксидной микрокапиллярной и Be CRL линзовой системы Параметр Микрока- пиллярная линза Be CRL Энергия фотонов Ef, КэВ 9,25 9,25 Коэффициент поглощения μ, см-1 3,8 1,5 Энергия плазменных колебания Ep,эВ 23.6 26.1 Декремент показателя преломления δ 3,11E-06 3,98E-06 Радиус кривизны R, мкм 50 50 Число микролинз N 161 29 Толщина микролинзы d,мкм 50 1000 Длина линзы, мм 27 60 Апертура RA, мкм 50 225 Фокусное расстояние Fтеория, см 4,8 21.7 Пропускание центральной части линзы Т, % 4.7 1.4 Рассмотрим оптическую систему из двух пре- ломляющих линз – Be CRL и микрокапиллярной преломляющей линзы. Преломляющие линзы характеризуются конечным числом преломляю- щих элементов (микролинз) определенным фо- кусным расстоянием и расстоянием между её главными плоскостями. Отдельную преломляю- щую линзу будем считать однокомпонентной. В однокомпонентной системе толщины линз и воз- душные промежутки между ними могут счи- таться коррекционными параметрами. В первом приближении однокомпонентную систему будем считать тонкой фокусирующей линзой, расстоя- ние между главными плоскостями которой равно нулю. Оптическая система, состоящая из двух фоку- сирующих линз, может быть рассчитана после- довательным построением изображения пред- мета первой линзой. Полученное изображение объекта является предметом для второй линзы. Результаты расчета изображения в прибли- жении геометрической оптики для однолинзовой системы показаны на рисунке 2, 3. R=0мкм R=10мкм R=30мкм Рисунок 2 – Изображения медной сетки с периодом 10 мкм и толщиной 50 мкм, полученное с помощью микрокапиллярной линзы в зависимости от размера источника Разрешение оптической системы рассчитыва- ется численным методом с использованием двух точечных источников излучения и расчётом рас- пределения интенсивности в фокальной плоско- сти. Рисунок 5 – Распределение интенсивности в фокальной плоскости при освещении микрокапиллярной линзы двумя точечными источниками, разнесенных на 9 и 1 мм В работе будут представлены результаты численного моделирования рентгенооптических свойств двухлинзовых систем, позволяющих формировать изображения объектов и направ- ленные микропучки. Обсуждаются основные методы наблюдения и способы формирования изображений в рентгеновской микроскопии с использованием многоэлементных преломляю- щих линз. 1. Yu. I. Dudchik, N.N. Kolchevsky, F.F.Komarov. Microcapillary X-ray lens as a novel design of the refractive lens // SPIE Proceedings. - Vol.4766. - 2002. 2. Asadchikov V.E., Kolchevsky N.N., «X-ray microscopy for analysis tracking membrane and biologic objects»,\\ High technology and membrane, №3(27), 2005. 3. Kolchevsky N.N. « Optical system of the two refractive X-ray lenses »\\ symposium «Nanophysics and nanoelectronics» Niznii Novgorod- 2006. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 82 УДК 621.375.826 ЦИФРОВОЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП Кривицкий П.Г., Матюшевский В.М., Оксенчук И.Д. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Цифровой малогабаритный лазерный гиро- скоп (далее ЦМЛГ) разрабатывается для навига- ционных систем космического применения в соответствии договором на создание научно- технической продукции программы Союзного государства «Мониторинг-СГ». ЦМЛГ предназначен для использования в системах стабилизации и управления средствами дистанционного зондирования Земли и про- граммно-моделирующих комплексов лаборатор- ной отработки обеспечивающих систем космиче- ских средств в качестве датчика угловых пере- мещений. В процессе выполнения проекта ОАО «Сер- пуховский завод Металлист» разработает конст- рукцию и технологию производства малогаба- ритного кольцевого лазера (МКЛ), аналоги кото- рого на территории Союзного государства в настоящее время не выпускаются. БНТУ имеет значительный опыт создания электроники обеспечения кольцевых лазеров, лазерных гироскопов и навигационных систем на их основе [1-3]. На базе МКЛ разрабатывается лазерный гироскоп нового поколения. ЦМЛГ (рисунки 1-2) имеет функционально закончен- ную, моноблочную конструкцию, включающую в себя все необходимые системы обеспечения и вторичные источники питания. Как видно на рисунке 2, электроника ЦМЛГ включает две небольшие размещенные «этажер- кой» печатные платы. Верхняя плата – цифровой блок контроллера на базе 32-разрядного микро- контроллера (МК) семейства STM32, нижняя – аналоговые системы обеспечения МКЛ. В кор- пусе под платами размещается МКЛ блоками питания и поджига разряда. Рисунок 1 – Внешний вид ЦМЛГ Рисунок 2 – ЦМЛГ без верхней крышки Блок контроллера включает МК, ПЛИС, внешний интерфейс RS-422, вспомогательные подсистемы питания. Системы обеспечения предназначены для вы- работки питающих МКЛ напряжений, токов и сигналов, обеспечивающих его функционирова- ние. Для стимуляции разряда в активных проме- жутках МКЛ и поддержания разрядного тока используется система поджига и накачки. Она содержит блок поджига разряда (БПР), стабили- заторы тока разряда (СТР) (по одному на анод) и высоковольтный источник анодного питания. БПР обеспечивает напряжение зажигания га- зоразрядных промежутков МКЛ с малым давле- нием рабочей смеси, которое в 2…5 раз превы- шает напряжение горения. СТР предназначен для автоматического зада- ния выбранных анодных токов МКЛ и их стаби- лизации, а также для выдачи в МК информации о токах разряда в газоразрядных промежутках МКЛ. для задания и поддержания необходимого тока разряда в анодном промежутке. Использование СТР не снимает необходимо- сти стабилизировать напряжение источника пи- тания разряда, но в этом случае стабилизатор высокого напряжения будет играть дополни- тельную роль ограничителя напряжения на регу- лирующем элементе СТР. Схемы питания разрядных промежутков соз- дают на катоде МКЛ высокое отрицательное напряжение, затрудняющее включение стабили- затора тока в катодную цепь. Это приводит к необходимости применения стабилизаторов для каждого анода в отдельности. Другой причиной использования анодных СТР является то, что при изготовлении не могут быть сформированы два абсолютно одинаковых анодных канала, что Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 83 приведет к различию анодных токов если зада- вать только суммарный катодный ток. В СТР предусмотрен цифровой выход наличия разряда в стабилизируемом канале. Он используется для автоматизации процесса поджига, повышения надежности и сокращения времени готовности ЦМЛГ к работе. При пропадании разряда в лю- бом из каналов МК включает БПР и восстанав- ливает разряд. Система регулировки периметра (СРП) предназначена для вывода рабочей моды на центр контура усиления и поддержания с посто- янства длины периметра МКЛ при изменениях его температуры и давления окружающей среды. СРП обеспечивает нестабильность длины пери- метра не хуже 10-9. Выходной каскад ДПК представляет собой высоковольтный дифференциальный усилитель с ограниченной полосой пропускания, что повы- шает его устойчивость и позволяет снизить по- требляемый ток. Система частотной "подставки" предна- значена для возбуждения и поддержания требуе- мой амплитуды механических угловых автоко- лебаний МКЛ. Она состоит из вибропривода и драйвера вибропривода (ДВП). ДВП предназначен для создания угловых ко- лебаний виброподвеса МКЛ на его резонансной частоте и управления по заданному алгоритму этими колебаниями со стабилизацией их ампли- туды. Вибропривод является составной частью МКЛ и предназначен для преобразования перио- дического электрического напряжения в кру- тильные колебания моноблока. Вибропривод МКЛ представляет собой деталь, вырезанную из единого куска металла электроэрозионным мето- дом. Его форма оптимизируется так, чтобы, имея высокую жесткость по отношению к линейным ускорениям, он допускал упругие изгибные ко- лебания. Роль движителя выполняют пьезокера- мические пластины, наклеенные на плоские стойки, одни концы которых зафиксированы на основании, а вторые образуют крестовину. С ней связана другая крестовина, предназначенная для крепления моноблока. Пары пьезокерамических пластин на стойках электрически соединены так, что при расшире- нии одной из них вторая сжимается и наоборот. При этом стойки изгибаются, а крестовина и, следовательно, моноблок закручиваются по от- ношению к основанию. Система съема информации предназначена для преобразования сигналов биений с информа- ционных фотодиодов МКЛ в электрические сиг- налы, согласованные по уровню и форме с ин- формационным каналом контроллера ЦМЛГ, а также формирования дополнительных информа- ционных сигналов об интенсивности генерации, прохождении МКЛ нулевого положения и тем- пературе моноблока в характерных точках. Усилитель-формирователь сигнала биений (УФБ) предназначен для усиления преобразова- ния двух токовых сигналов с двухплощадочного фотоприемника канала биений, усиления их до необходимого уровня и формирования цифровых сигналов для дальнейшей обработки контролле- ром ЦМЛГ. Датчик нулевого положения (Д0) предна- значен для формирования сигнала стробирова- ния момента съема информации с МКЛ. Строби- рующий импульс должен вырабатываться при прохождении кольцевым лазером определенного (фиксированного) углового положения, при этом интеграл по угловому перемещению, связанному с колебательным движением вибропривода, за такт съема информации с высокой степенью точ- ности равен нулю. Усилитель-формирователь канала интен- сивности (УФИ) предназначен для получения информации с МКЛ о положении моды относи- тельно центра контура усиления активной среды. Данная информация используется МК для вы- бора оптимальной моды и выдачи информации на ЦАПы драйверов пьезокорректоров (ДПК) для поддержания длины периметра МКЛ и ста- билизации его на оптимальной моде. Проведены испытания макета ЦМЛГ с КЛ-3 т.к. МКЛ находится в процессе разработки. Ис- пытания показали успешное функционирование электронных блоков и подтвердили правиль- ность реализованных в разработке технических решений. 1. Зуйков И.Е., Кривицкий П.Г., Оксенчук И.Д. Цифровой лазерный гироскоп. – Материалы 3-й МНТК «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов». – Могилев, 2009, – С.246-248. 2. Зуйков И.Е., Кривицкий П.Г., Оксенчук И.Д. Адаптивная бесплатформенная инерциальная навигационная система. – Пятый белорусский космический конгресс 25–27 октября 2011 года. Материалы конгресса. Том 1. – ОИПИ НАН Беларуси, Минск – С.247-251. 3. Зуйков И.Е., Кривицкий П.Г. Блок обеспечения кольцевого лазера на основе микроконтроллера STM32F407. – Материалы 5-й МНТК Приборостроение-2012, – Мн.: БНТУ, 2012 – С. 72-74. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 84 УДК 621.373.826 ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТОВОЛОКОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Ксенофонтов М.А.1, Поляков А.В.2 1Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета 2Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь Для создания квазираспределенных воло- конно-оптических датчиков с использованием WDM-технологии на основе таких систем как, например, рециркуляционные измерительные системы [1,2], необходимо разрабатывать специ- альные перестраиваемые высокостабильные ис- точники излучения. В данной работе в качестве такого источника описан перестраиваемый воло- конный кольцевой лазер. В измерительных сис- темах данный источник может заменить большое число отдельных полупроводниковых лазеров. В качестве источника излучения используется двухволновой перестраиваемый кольцевой воло- конный лазер, подобный [3]. Лазер имеет одно- направленную кольцевую архитектуру, вклю- чающую в себя оптический изолятор, направ- ленный ответвитель, легированное эрбием волокно, полупроводниковый оптический усили- тель, резонансный волоконный фильтр Фабри – Перо, оптический полосовой перестраиваемый фильтр и два волоконных резонатора (рису- нок 1). 1 – волоконный эрбиевый оптический усилитель, 2 – Y-образный оптический разветвитель, 3 – оптический изолятор, 4 – два контроллера поляризации, 5 – резонансный волоконный фильтр Фабри-Перо, 6 – первый волоконный резонатор, 7 – два X-образных разветвителя, 8 – второй волоконный резонатор, 9 – полупроводниковый оптический усилитель, 10 – оптический полосовой перестраиваемый фильтр Рисунок 1 – Функциональная схема перестраиваемого волоконного кольцевого лазера Предлагаемое устройство работает сле- дующим образом. Излучение со сплошным спек- тром, пройдя через оптический изолятор и кон- троллер поляризации, на выходе резонансного волоконного фильтра Фабри –Перо преобразу- ется в излучение только на резонансных частотах резонатора Фабри – Перо. Генерация каждой длины волны в одномодовом режиме в виде про- дольной моды обеспечивается двумя волокон- ными резонаторами, связанных с основным кольцом X-образными разветвителями. Далее после установления линейной поляризации кон- троллером поляризации происходит предвари- тельное усиление излучения полупроводнико- вым оптическим усилителем. Селекция двух длин волн и перестройка в заданном спектраль- ном диапазоне осуществляется перестраиваемым оптическим полосовым фильтром. Излучение на двух выделенных длинах волн усиливается воло- конным эрбиевым оптическим усилителем и с помощью Y-образного разветвителя выводится из лазера. Основным элементом резонансного воло- конного фильтра Фабри –Перо является отрезок одномодового оптического волокна с торцами, имеющими форму линзы, на которые напылено полупрозрачное зеркальное покрытие с высоким коэффициентом отражения. Свободная область спектра fr рассчитывается по формуле 0/(2 )rf c n l= , (1) где l – длина резонатора; с – скорость света в вакууме; а выражение для ширины резонансной кривой по уровню –3 дБ имеет вид 1 2r c R f nl R − ∆ = π , (2) где R – коэффициент отражения полупрозрач- ного зеркала по интенсивности света. При длине фильтра Фабри – Перо l = 1 мм и R = 0,7 согласно (1) и (2) fr = 100 ГГц и ∆fr = 11,4 ГГц. В качестве перестраиваемого полосового фильтра используется волоконный интерферен- ционный фильтр, в котором выбор длины волны осуществляется при изменении угла наклона плоскости фильтра, его линейного перемещения или вращения автоматически с помощью элек- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 85 тронного привода со скоростью установки пара- метров фильтра не более нескольких миллисе- кунд. Перестраиваемый оптический фильтр ком- пании DiCon имеет следующие параметры: диапазон перестройки 1525–1565 нм, ширина полосы пропускания 200 ГГц (1,6 нм), разреше- ние по длине волны 0,05 нм, типовые вносимые потери 1,5 дБ, максимальный уровень обратного отражения –50 дБ. Ширины полосы пропускания перестраиваемого фильтра достаточно, чтобы пропустить выделенный с помощью резонанс- ного фильтра Фабри – Перо диапазон, содержа- щий две длины волны. Таким образом, в воло- конном кольцевом лазере генерируются две длины волны, разнесенные на 100 ГГц (0,8 нм). Путем перестройки полосового фильтра выбира- ется та пара мод резонатора Фабри – Перо, кото- рая и будет генерироваться. Перестройка явля- ется ступенчатой с шагом 200 ГГц в рамках спектрального диапазона, равного 40 нм. Генерация двухволновых сигналов при нали- чии только волоконного эрбиевого оптического усилителя является нестабильной, поскольку одна длина волны может монопольно захватить всю инверсию населенности при усилении сла- бых (порядка –30 дБм) сигналов. Чтобы этого избежать, необходимо осуществлять предвари- тельное усиление, что достигается использова- нием полупроводникового оптического усили- теля. Применение одного только полупроводни- кового усилителя не обеспечивает достаточного усиления для достижения приемлемого отноше- ния сигнал/шум. Использовалась квантовораз- мерная гетероэпитаксиальная структура полу- проводникового усилителя на основе InGaAsP- InP, излучающая на длине волны 1530–1565 нм. Ширина мезаполоски составляла 3 мкм, длина резонатора 1000–1600 мкм. На переднюю и зад- нюю грани активного элемента нанесены много- слойные просветляющие покрытия. Активный элемент оптического усилителя смонтирован на медном теплоотводе, который в свою очередь помещен на термоэлектрический холодильник, управляемый схемой термостабилизации. Излу- чение с задней и передней граней активного эле- мента усилителя вводится в одномодовый свето- вод с микролинзой на торце, на поверхность ко- торой нанесено просветляющее покрытие с коэффициентом отражения < 0,05 %. Макси- мальное отношение сигнал/шум наблюдалось при токе накачки 150 мА, при этом коэффициент усиления равнялся 17 дБ при мощности входного сигнала –15 дБм и коэффициент усиления уменьшался до 8 дБ при возрастании входной мощности до –3 дБм. Волоконный эрбиевый оп- тический усилитель состоит из отрезка волокон- ного световода длиной 10 м, легированного эр- бием, двух оптических изоляторов, расположен- ных на входе и выходе усилителя, полупроводникового лазера накачки с мощно- стью излучения 100 мВт на длине волны 980 нм, модулятора тока накачки лазера, устройства температурного контроля лазера и 980/1550 WDM-разветвителя. Основные характеристики эрбиевого усилителя: коэффициент усиления 11 дБ, выходная мощность излучения 12 дБм, спектральная полоса усиления 35 нм в диапазоне длин волн 1535–1570 нм, коэффициент шума 4– 6 дБ. Период обращения сигналов по основному кольцу составляет 325 нс. К этому кольцу с по- мощью X-образных оптических разветвителей с коэффициентом деления 10 : 90 присоединены два волоконных резонатора длиной 6 м и 0,85 м. Длины резонаторов подобраны таким образом, чтобы предотвратить биения, возникающие среди многих продольных мод основного кольца и увеличить отношение сигнал/шум. В резуль- тате при отводе 10 % мощности излучения в эти резонаторы регистрируемое отношение сиг- нал/шум составляет более 30 дБ (рисунок 2). а) б) а – ВР1 и ВР2 отключены; б – включены оба резонатора–ВР1 и ВР2 Рисунок 2 – Влияние дополнительных волоконных резонаторов ВР1 и ВР2 на спектр генерации кольцевого волоконного лазера В качестве контроллера поляризации исполь- зуется поляризатор полированного типа, в кото- ром часть оболочки, почти до самого сердечника, 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 86 удалена полировкой и на обработанную поверх- ность напылен металл – алюминий или серебро. Среди мод, электрические составляющие кото- рых перпендикулярны или параллельны метал- лической поверхности, на моды с перпендику- лярной составляющей приходится основная доля потерь поглощения. Для снижения потерь мод с параллельной составляющей между отполиро- ванной поверхностью волокна и металлом сфор- мирован буферный слой (CaF2), обладающий более низким коэффициентом преломления, чем оболочка. В результате коэффициент затухания поляризатора для перпендикулярных компонен- тов составляет 45 дБ и вносимые потери для па- раллельных составляющих не превышают 1 дБ. Работа оптического изолятора основана на эффекте Фарадея. В качестве материала для эле- мента Фарадея используется монокристалл YIG железо-иттриевого граната с большой постоян- ной Верде, прозрачный на длине волны более 1,2 мкм. Кроме того, в конструкцию изолятора входят поляризатор, магнит для создания маг- нитного поля, оптический анализатор. Изолятор имеет следующие параметры: центральная длина волны 1550 ± 50 нм, прямые потери 0,6 дБ, ко- эффициент развязки 28 дБ. Вывод излучения из кольцевого лазер обеспечивается Y-образным разветвителем с коэффициентом деления мощ- ности 50 : 50. Таким образом, в волоконном кольцевом ла- зере генерируются две длины волны, разнесен- ные на 100 ГГц (0,8 нм) с шириной линии гене- рации 11,4 ГГц по уровню –3 дБ. В результате длину волны излучения лазера можно перестраи- вать в диапазоне 40 нм в пределах длин волн от 1525 до 1565 нм с шагом 1,6 нм, при этом коле- бания мощности во всем диапазоне не превы- шает 2,5 дБм. Волоконный лазер соединяется с измерительной частью посредством LiNbO3 на- правленным ответвителем с потерями переклю- чения 3 дБ, принцип действия которого поясня- ется на рисунок 3. Рисунок 3 – Принцип функционирования LiNbO3 направленного ответвителя Излучение лазера поступает в волоконный световод, являющийся измерительным чувстви- тельным элементом датчика, в тот промежуток времени, когда на управляющем входе с присут- ствует импульс от блока регенерации. Выходная мощность излучения кольцевого волоконного лазера составляет 4,5 мВт. Преимуществом та- кого источника излучения является существенно более высокая мощность излучения по сравне- нию с широкополосными светодиодами. В квазираспределенных оптоволоконных из- мерительных системах в качестве спектрально- селективных элементов предлагается использо- вать волоконные решетки Брэгга (ВРБ), пред- ставляющие собой сформированные в волокне участки с периодическим изменением показателя преломления. Особенностью таких решеток яв- ляется то, что в зависимости от величины пе- риода происходит отражение на одной опреде- ленной длине волны, а для других длин волн решетка будет прозрачной. Так, для длины волны излучения BGλ = 1550 нм; длины ре- шетки 5 мм; амплитуды модуляции наведенного показателя преломления для ВРБ 7,5⋅10–4; диа- метра сердцевины волокна 9 мкм; среднего пока- зателя преломления сердцевины 1,468; показа- теля преломления оболочки оптического волокна 1,4638; ширина спектра отражения ВРБ состав- ляла 0,6 нм по основанию, а коэффициент отра- жения на резонансной длине волны равнялся 0,97. При этом затухание соседних с централь- ным лепестков составляет около 10 дБ. В резуль- тате, комбинация перестраиваемого кольцевого лазера и волоконного световода, в котором сформированы волоконные решетки Брэгга с различными периодами, позволяет получать ин- формацию от более чем 20 точек измерения вдоль одного волоконно-оптического тракта. 1. Ксенофонтов М.А., Поляков А.В. Устройство измерения концентрации кислорода // Фотоника. – 2010. – №4. – С. 44–48. 2. Поляков А.В. Волоконно-оптическая система скважинной термометрии рециркуляционного типа // Известия Вузов. Приборостроение. – 2012. – Т.55, №9. – С.84–90. 3. Shilong Pan, Xiaofan Zhao, and Caiyun Lou Switchable single-longitudinal-mode dual- wavelength erbium-doped fiber ring laser incorporating a semiconductor optical amplifier // Optics Letters. – 2008. –Vol. 33, № 8. – 764– 766. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 87 УДК 621.317.681.2:621.317.799 НОВЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, СОЗДАННЫЕ ОАО «МНИПИ» Кухаренко Н.А., Фирман М.Г. Отрытое акционерное общество «МНИПИ», Минск, Республика, Беларусь Государственная научно-техническая про- грамма «Радиоэлектроника-2» выполнялась в период 2011 – 2015 гг. ОАО «МНИПИ» являлось головным исполнителем 2 подпрограмм этой ГНТП: «Радиоэлектронная аппаратура общепро- мышленного применения» и «Радиоэлектронная и оптоэлектронная аппаратура специального и двойного применения». Всего в рамках двух подпрограмм создано 85 объектов новой техники. Разработка приборов и средств изменений – одно из основных направлений работ в рамках указанных подпрограмм. ОАО «МНИПИ» - ос- новной разработчик и один из основных изгото- вителей средств измерений в рамках указанной программы. В 2011 – 2015 годах предприятием были раз- работаны 26 типов средств измерений различных величин. Разработаны и в 2016 году освоены в произ- водстве четыре типа универсальных цифровых вольтметров: настольного сервисного вольтметра В7-77/1 класса 0,04%; системного вольтметра класса 0,01% В7-89 с расширенными функциональными возможно- стями; системных вольтметров В9-91, В7-91/1 класса 0,03 %. Эти вольтметры от ранее освоенных в произ- водстве приборов аналогичного класса отлича- ются более жесткими условиями эксплуатации, меньшей стоимостью, более широкими функ- циональными возможностями. Разработан и освоен в производстве универ- сальный калибратор Н4-201, обеспечивающий калибровку и поверку электроизмерительных приборов среднего и повышенного класса точно- сти в диапазоне напряжений до 1000 В и силы тока до 50 А. Калибратор по сравнению с выпус- кающимся в настоящее время прибором Н4-101 обладает большей точностью воспроизведения (0,015% на постоянном напряжении), более ши- роким диапазоном частот воспроизводимого переменного напряжения (до 100 кГц). Как и прибор Н4-101, этот калибратор обеспечивает свои характеристики в сравнительно широком диапазоне рабочих температур, что позволяет применять его непосредственно в местах экс- плуатации поверяемой техники. По сравнению с калибраторами зарубежного производства Н4- 201 отличается существенно более низкой стои- мостью при оптимальном наборе функциональ- ных возможностей и метрологических характе- ристик. В период 2011 – 2015 гг. разработаны и ос- воены в производстве три типа новых анализато- ров иммитанса: Е7-28 (диапазон частот от 25 Гц до 10 МГц, класс точности 0,1%), Е7-29 (диапа- зон частот от 50 Гц до 15 МГц, класс точности 0,2%, жесткие условия эксплуатации), Е7-30 (диапазон частот от 25 Гц до 3 МГц, класс точ- ности 0,1%). Для метрологического обеспечения произ- водства и эксплуатации измерителей иммитанса и других средств измерений параметров цепей на переменном токе создан и освоен в производстве набор мер электрического сопротивления Н2-2. Набор состоит из 10 мер (0 Ом, 1, 10 Ом, … 1 МОм, ∞) и обеспечивает передачу размера еди- ницы сопротивления на переменном токе при частотах до 10 МГц с погрешностью (0,03…0,3)%. Созданы четыре типа цифровых двухканаль- ных осциллографов: С8-52 – диапазон частот до 120 МГц, жесткие условия эксплуатации, цветной графический дисплей со светодиодной подсветкой; С8-53, С8-53/1 – диапазон частот до 100 МГц, малые габариты и масса (3,5 кг); С8-54 – диапазон частот до 200 МГц, 400 Мвыб/с в каждом канале, жесткие условия экс- плуатации, цветной TFT ЖК дисплей. Все перечисленные осциллографы обеспечи- вают более 20 видов автоматических цифровых измерений, работоспособны при питании от сети и от аккумулятора. Перечень разработанных и выпускаемых предприятием электронно-счетных частотомеров в 2015 году дополнился новым прибором Ч3-96. Этот частотомер также предназначен для приме- нения в сравнительно жестких условиях эксплуа- тации. Диапазон частот от 0,01 Гц до 3,2 ГГц. По равнению с ранее разработанными в ОАО «МНИПИ» частотомерами он имеет более широ- кие функциональные возможности, более совер- шенное программное обеспечение для внутри- приборной обработки сигналов и результатов измерений. Разработаны и освоены в производстве че- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 88 тыре типа измерительных преобразователя тем- пературы и влажности, обеспечивающие преоб- разование измеряемых величин в нормированное значение постоянного напряжения или силы тока – ПИТ01, ПОВТ01, ПОВТ01А, ПОВТ2. Эти пре- образователи применяются в настоящее время в ряде метеорологических комплексов, а также при испытаниях технических средств. В 2011 – 2016 гг. предприятием был создан и освоен в производстве также ряд приборов, предназначенных для использования для органи- зации учебного процесса и оборудования лабо- раторий в высших и средних учебных заведе- ниях, в том числе: – комплекс учебный лабораторный КУЛ-1, совмещающий в одном конструктиве 4,5-разряд- ный мультиметр, генератор-частотомер и четы- рехканальный источник питания; – комплект приборов для демонстрации опы- тов и проведения лабораторных работ, состоя- щий из демонстрационного мультиметра-тес- тера, демонстрационного осциллографа-генера- тора, демонстрационного СВЧ приемника- передатчика и высоковольтного источника на- пряжения; – программно-аппаратный комплекс с ком- плектом датчиков для кабинетов физики; – программно-аппаратный комплекс с ком- плектом датчиков для кабинетов химии. В выполнении заданий ГНТП «Радиоэлектро- ника-2» приняли участие более 20 организаций промышленности, отраслевой, академической и вузовской науки. Начиная с 2016 года, выполняется новая ГНТП «Радиоэлектроника-3», цели и задачи ко- торой аналогичны целям и задачам завершенной программы. Участие в выполнении этой про- граммы учреждений образования и науки будет способствовать решению одной из основных задач программы – повышению конкурентоспо- собности и научно-технического уровня продук- ции отечественного приборостроения. УДК 620.179.14 АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ ИМПУЛЬСНОГО ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ Куц Ю.В., Лысенко Ю.Ю., Дугин А.Л. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Киев, Украина Вихретоковый неразрушающий контроль (ВТНК) широко применяется в различных областях науки и техники благодаря высокой эффективности и надежности получаемых решений задач дефекто- скопии, контроля качества материалов и изделий, определения параметров и характеристик объектов контроля (ОК) различного назначения и в различ- ных предметных областях. С целью улучшения и усовершенствования методов и средств ВТНК ис- следуют и применяют новые вихретоковые преоб- разователи (ВТП), имеющие более сложную конст- рукцию, совершенствуют способы возбуждения вихревых токов, применяют новых методы обра- ботки информационных сигналов ВТП и т.д. Сегодня наибольшее развитие получили ме- тоды ВСНК, ориентированные на использование гармонических сигналов для возбуждения вихре- вых токов в ОК. В этом случае электрофизические характеристики материалов и геометрические параметры ОК определяются через такие пара- метры информационных сигналов ВТП как ам- плитуда и фазовый сдвиг. Анализ информацион- ных сигналов ВТП и интерпретация результатов контроля усложняется за счет действия ряда ме- шающих факторов, среди которых наиболее опас- ными являются зазор между ВТП и ОК, вариация электромагнитных свойств металла, кривизна и шероховатость поверхности ОК, внешние и аппа- ратурные шумы и помехи различной природы [1]. Чаще всего ВТНК реализуется за счет возбуж- дения вихревых токов гармоническими сигналами одной частоты, что теоретически допускает опре- деление двух параметров системы ВТП-ОК. Пара- метры и характеристики ОК определяют через их воздействие на амплитуду и фазовый сдвиг сигнала ВТП относительно сигналов возбуждения вихре- вых токов. Для расширения функциональных воз- можностей ВТНК рассматривают применение дру- гих режимов возбуждения вихревых токов и осу- ществляют поиск и анализ других информативных параметров (ИП). Один из таких направлений ис- следования связан с использованием импульсного режима возбуждения в ОК вихревых токов. Со- вершенствование методов обработки сигналов им- пульсного ВТНК связано с поиском новых ИП сигналов ВТП, повышением достоверности кон- троля, поиском способов уменьшения влияния различных мешающих факторов, действующих в системе ВТП – ОК, реализацией многопараметро- вого контроля, и расширением функциональных возможностей ВТНК. Таким образом, развитие методов и средств импульсного ВТНК является важным направлением развития этого вида кон- троля. Анализ современных исследований импульс- ного ВТНК показывает, что в качестве ИП наибо- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 89 лее часто используют пиковое значение амплитуды сигнала – в дефектоскопии однослойных конструк- ций с целью увеличения глубины проникновения вихревых токов [2], дефектоскопии многослойных конструкций [3], дефектоскопии отверстий клепоч- ных соединений в авиастроении [4]. Известны сис- темы с комбинированным использованием гармо- нического и импульсного режимов возбуждения электромагнитного поля [5]. В таком случае при обработке информационного сигнала ВТП исполь- зуют дополнительные ИП сигналов ВТП - затуха- ние и положения во времени точки пересечения нулевого уровня этим сигналом. В докладе рассмотрены экспериментальные результаты решения задачи дефектоскопии и дефектометрии алюминиевых листов. Было вы- полнено сканирование ОК с моделями трещин разной глубины и реализацией в режиме им- пульсного возбуждения ВТП. В качестве ОК была использована алюминиевая пластина с трещинами разной глубины (от 0.1 мм до 3мм) и шириной раскрытия 1мм (рисунок 1). Разработанная система ВТНК включала на- кладной трансформаторный мульти дифференци- альный ВТП, цифровой осциллограф (вертикаль- ное разрешение 12 бит, частота выборки 500 МГц, динамический диапазон 60 МГц), цифровой ин- терфейс, персональный компьютер с необходимым программным обеспечением (Matlab). На первич- ную катушку ВТП поступал возбуждающий им- пульсный сигнал от генератора, встроенного в цифровой осциллограф, амплитуды В 5=U , периодом повторения мкс 50=пT , продолжитель- ностью нс 175=τ . Сигнал со вторичной обмотки ВТП представлял собой затухающие гармониче- ские колебания. Колебания вызывались индуктив- ностью катушек ВТП и их межвитковой емкостью (рисунок 2). Информационный сигнал поступал на цифровой осциллограф для аналого-цифрового преобразования и передавался в персональный компьютер для дальнейшей обработки. Используемое ПО реализует методику обра- ботки сигналов ВТП с анализом сигнала во вре- менной области на основе использования преоб- разования Гильберта [6]. Такая методика дает возможность использовать в качестве ИП зату- хание сигнала ВТП и его частоту. В работах [7, 8] показано, что эти параметры можно использо- вать для оценки удельной электропроводности материала ОК, его диаметр, толщину диэлектри- ческого покрытия. В данной работе совместно с используемыми ранее ИП рассматривалось и пиковое значение амплитуды информационного сигнала. По ре- зультатам сканирования ОК (рисунок 3а) с ша- гом 0.1мм было получено набор сигналов ВТП, и которых были выделены максимальные пиковые значение амплитуды. Распределение пиковых зна- чений напряжения на поверхности ОК представ- лено на рисунке 3б. Из анализа этого распределе- ния видно, что появление трещины в ОК приводит к существенному увеличению амплитуды напря- жения непосредственно возле нее, но уменьшению над самой трещиной. Используя зависимость амплитуды от глубины трещины можно в некоторых случаях расширить задачу дефектоскопии – оцениванием глубины трещин. Таким образом, ВТНК с импульсным возбуждением в сочетании с цифровой обработ- кой информационных сигналов на основе дис- кретного преобразования Гильберта может суще- ственно дополнить известные методы за счет воз- можности анализа таких параметров сигналов как частота собственных колебаний, пиковое значе- ние амплитуды, декремент сигнала и временное положение характерных точек сигнала. В докладе приведены методика и показана ее реализация на примере обработки сигналов импульсного ВТНК для задачи контроля алюминиевой пластины с Рисунок 3 – Исследуемый образец (а) и распределение пиковых значений напряжения ВТП (б) а) б) Рисунок 2 – График участка сигнала ВТП Рисунок 1 – Исследуемый образец 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 90 трещинами различной глубины. 1. Тетерко А.Я. Селективна вихрострумова дефектоскопія / А.Я. Тетерко, З.Т. Назарчук; НАН України. Фіз.-мех. ін-т ім. Г.В.Карпенка. – Л., 2004. - 247 c. 2. Cadeau T. Pulsed eddy current probe desing based on transient circuit analysis / T.J. Cadeau, T.W. Krause // Review of Quantitative NDE. – 2009. – vol. 28. – pp. 327-334. 3. Неразрушающий контроль. Кн. 3. Електромагнитный НК / Под ред. В.В. Сухо- рукова – М.: Высшая школа, 1992, – 320с. 4. Yang G. Pulsed Eddy-Current Based Giant Magnetoresistive System for the Inspection of Aircraft Structures / G. Yang, A. Tamburrino, L. Udpa, S. Udpa // IEEE Trans. Magn. – 2010. – vol. 46, no. 3. – pp. 910-917. 5. Vasic D. Pulsed Eddy-Current Nondestructive Testing of Ferromagnetic Tubes / D. Vasic, V. Bilas, D. Ambrus // IEEE Trans. Instrum. Meas. – 2004. – vol. 53, no. 4. – pp. 1289-1294. 6. Методика обработки сигналов в системах импульсной вихретоковой дефектоскопии: материалы VІІІ Междунар. научн.-техн. конф. «Приборостроение - 2015», 25 - 27 ноября 2015 г., Минск, Республика Беларусь / БНТУ ПБФ — Минск, 2015. — Т. 1, 322 с. 7. Lysenko I. Improvement of the Eddy Current Method of Non-Destructive Testing with Pulsed Mode Excitation [Electronic resource] / I. Lysenko, Y. Kuts, O. Dugin, A. Protasov // The e-Journal of Nondestructive Testing. – 2016. – № 7, Vol. 21. – Access mode: http://www.ndt.net. 8. Лисенко Ю. Ю. Застосування накладних перетворювачів в імпульсному вихрострумовому контролі / Лисенко Ю. Ю., Куц Ю. В., Протасов А.Г., Дугін О.Л. // Вісник НТУУ «КПІ». Приладобудування : збірник наукових праць. – 2016. – Вип. 52. – С. 58–63. УДК 621.317.799:621.382 МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ МАТРИЧНЫМ КОММУТАТОРОМ Лисенков Б.Н., Грицев Н.В. Открытое акционерное общество «МНИПИ», Минск, Республика Беларусь Матричные коммутаторы широко приме- няются в автоматизированных системах измере- ния и контроля параметров полупроводниковых приборов (ПП). Они используются для выбора тестируемого ПП и подключения к нему источ- ников и измерителей электрических сигналов. Основу матричного коммутатора составляют ключи, расположенные в перекрестиях строк (A, B, C, D, …) и колонок (1, 2, 3, 4,…) коммутатора. Замыкание определенных ключей обеспечивает подключение измерительных приборов, каждый из которых присоединен к определенной строке, к интересующему электроду ПП, присоединенному к одной из колонок. В простейшем случае, при тестировании двухполюсника (диода), присоединенного к ко- лонкам 2 и 4 коммутатора, с помощью источника тока, присоединенного к его строкам А и В, и измерителя напряжения, присоединенного к его строкам С и D, блок управления замыкает ключи А2, В4 и С2, D4, которые выбирает оператор на основании измерительной схемы, представленной на рис. 1, при формировании теста. При контроле трех- и четырехполюсников подготовка программы тестирования в части управления матричным коммутатором сущест- венно усложняется. Это связано с тем, что для каждого теста составляется измерительная схема, отображающая связи множества (до 8ми) измери- тельных приборов с электродами тестируемого ПП. На основании такой схемы определяют, в каких узлах матрицы должны быть замкнуты ключи при выполнении данного теста Источник тока Измеритель напряжения A B C D КОММУТАТОР 1 2 3 4 5 6 48 Рисунок 1 – Измерительная схема для матричного коммутатора при тестировании диода: × –замкнутые узлы С целью исключения возможных ошибок при определении узлов матричного коммутатора, которые должны быть замкнуты в выбранном тесте, сложные измерительные схемы необходимо определенным образом визуализировать и документировать. Современные матричные коммутаторы снабжены устройствами индикации, которые отображают все узлы матричного коммутатора и позволяют выделить, светом или цветом, узлы с замкнутыми ключами. При этом, известные устройства индикации состояния матричного коммутатора весьма сложны и громоздки с точки зрения решаемой задачи. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 91 Их выполняют либо на светодиодах, расположенных в узлах матрицы, изображенной на передней панели коммутатора, причём количество светодиодов соответствует числу уз- лов коммутатора, либо на базе графического дис- плея, занимающего большую часть площади пе- редней панели [1]. Устройство отображения состояния матрич- ного коммутатора позволяет повысить достовер- ность тестирования ПП, но практически не влияет на оперативность управления, так как основное время в этом процессе занимает составление и анализ измерительных схем для множества тестов. При тестировании ПП с помощью программи- руемых измерителей параметров полупроводни- ковых приборов (ИППП), или анализаторов вольтамперных характеристик (ВАХ), построен- ных на основе источников-измерителей (ИИ) уже не требуется подключения к электроду ПП одно- временно нескольких измерительных приборов. Каждый ИИ формирует тестирующий сигнал (ток или напряжение) подаваемый на электрод ПП и одновременно измеряет сигнал-отклик (напряже- ние или ток), возникающий на этом электроде [2]. Благодаря возможности выбора типа форми- руемого и измеряемого сигналов, ИИ может рас- сматриваться как самостоятельная ступень ком- мутации, которая обеспечивает подключение к электроду ПП источника и измерителя электриче- ских сигналов и выбор типа каждого из них (тока или напряжения). Поэтому в системе измерения, включающей программируемый ИППП или ана- лизатор ВАХ и матричный коммутатор, требова- ния к функциональным возможностям матрич- ного коммутатора существенно снижаются и ме- тод задания состояния коммутатора в формируемом тесте, может быть упрощен. Программируемые ИППП и анализаторы ВАХ, обеспечивают отображение измерительной схемы выбранного теста. Это позволяет упро- стить конструкцию, используемого вместе с та- кими приборами, матричного коммутатора, за счет исключения громоздкого индикатора его состояния, который, в этом случае, будет избы- точным. Например, в ИППП-1 измерительная схема представлена в виде таблицы, где указаны вид и параметры тестирующего и измеряемого сигналов для каждого электрода ПП вместе с наименова- нием этого электрода [2]. В ИППП-3 измеритель- ная схема представлена в виде условного обозна- чения (диод, биполярный или полевой транзи- стор, тиристор) с указанием каналов прибора, подключенных к каждому электроду. При этом, вид тестирующего и измеряемого сигналов уже определен согласно выбранному условному обо- значению ПП [3]. Метод управления разработан для матричного коммутатора входящего в состав автоматизированного измерительного комплекса (АИК), структурная схема которого приведена на рис. 2. АИК предназначен для измерения и контроля параметров группы ПП, которая представлена в виде обобщенного объекта тестирования с множеством выводов (рис. 2). В качестве такого объекта можно рассматривать либо тестовый модуль на полупроводниковой пластине, либо группу ПП в отдельных корпусах, либо группу ПП в одном многовыводном корпусе. Модуль коммутации 1 1-12 2 13-24 3 25-36 4 37-48 Источник- измеритель 1 2 3 4 Источник- измеритель Источник- измеритель Источник- измеритель КОММУТАТОР A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D ПК Модуль коммутации Модуль коммутации Модуль коммутации О Б Ъ Е КТ Т Е С ТИ Р О В А Н И Я ИЗМЕРИТЕЛЬ Рисунок 2 – Структурная схема АИК АИК содержит компьютер, управляющий с помощью матричного коммутатора выбором объекта тестирования из множества ПП, подключенных к колонкам коммутатора, и работой измерителя в процессе тестирования выбранного ПП. Измеритель включает четыре ИИ, которые подключены к строкам A, B, C, D матричного коммутатора. Матричный коммутатор состоит из четырех модулей коммутации, каждый из которых содержит по четыре строки A, B, C, D и двенадцать колонок. Соответствующие строки модулей, как показано на рисунке 2, соединены между собой. В результате образуется матричный коммутатор 12×4=48, в котором количество колонок определяется суммой колонок всех модулей. Предлагаемый метод управления матричным коммутатором в составе АИК включает следующие операции: - выбор типа ПП (диод, транзистор, и д.р.), в соответствии с которым на дисплее АИК отображается измерительная схема формируемого теста; - установку типа тестирующего и измеря- емого сигналов по каждому электроду ПП; 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 92 - установку в произвольном порядке сущест- венных параметров формируемого теста и номе- ров колонок матричного коммутатора, соответст- вующих каждому из электродов выбранного ПП, согласно измерительной схеме на дисплее АИК; - переход к формированию следующего теста. Метод не предполагает выполнения таких операций, как составление и анализ измеритель- ной схемы формируемого теста для определения узлов коммутатора которые должны быть замк- нуты в этом тесте. Это способствует повышению оперативности формирования последовательно- сти тестов при программировании АИК и сущест- венно упрощает конструкцию коммутатора. 1. Каталог Keithley – Tektronix 2014. издание 2 [электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //www.tektronix.ru /. – Дата доступа 24.06.2016. 2. Измеритель параметров полупро- водниковых приборов ИППП-1. Руководство по эксплуатации. УШЯИ.411251.003 РЭ. часть первая. – 47 с. 3. Измеритель параметров полупро- водниковых приборов ИППП-3. Руководство по эксплуатации. УШЯИ.411251.005 РЭ. часть первая. – 41 с. УДК 531.385 ИНФОРМАЦИОННО ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОРСКИХ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ С САМОНАСТРОЙКОЙ ПАРАМЕТРОВ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА Малютин Д.М. ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» Тула, Российская Федерация Известно [1], что в случае гармонической качки среднее за период значение погрешности гравиметра из-за ускорений и наклонов гироста- билизатора (ГС) может быть выражено через амплитудную и фазовую частотные характери- стики передаточной функции ГС и определяется зависимостью: ( ) ( ) ( )( )21 1 cos2 og W A Yξ< δ >= ω ω , (1) где oWξ – амплитуда горизонтального ускорения качки; ( )A ω – значение амплитудно-частотной характеристики ГС на частоте качки; ( )Y ω – значение фазовой частотной характеристики ГС на частоте качки. Среднее значение погрешности гравиметра, обусловленной наклонами ГС, определяется за- висимостью: ( )22 14 og g< δ >= − α , (2) где g – ускорение свободного падения; oα – ам- плитуда наклонов ГС. Из приведенных зависимостей (1), (2) сле- дует, что при установке гравиметра на ГС для уменьшения погрешностей гравитационных из- мерений необходимо обеспечить высокую точ- ность стабилизации платформы относительно горизонта и добиться близости к нулю значения косинуса сдвига фазы между горизонтальными ускорениями качки и наклонами платформы. Эффективность выполнения этих требований в свою очередь обусловлена структурой построе- ния ГС. Структурная схема контура коррекции инди- каторного ГС с контуром самонастройки пара- метров корректирующего устройства представ- лена на рисунке 1. Сигнал с выхода акселерометра поступает на вход устройства измерения спектра, в котором определяется преобладающая частота качки ωК [2]. Рисунок 1 – Структурная схема контура коррекции индикаторного ГС с контуром самонастройки параметров : КА – коэффициент передачи акселерометра, Т2,Т3, К2, ξ – параметры корректирующего устройства контура коррекции, КГ – коэффициент передачи гироскопа по управляющему воздействию В соответствии со значением преобладающей частоты качки управляющее устройство (УУ) изменяет постоянную времени Т4 апериодиче- ского звена c передаточной функцией 4 4 1 W ( ) 1 p T p = + таким образом, чтобы фазовый сдвиг между горизонтальными ускорениями и отклонением платформы был точно равен -270 град. Постоянная времени Т4 определяется ис- ходя из условия самонастройки: K K K K T T arctgTarctgtg T ω ω ξω ω             − ++− = 1)( 2 )(90 2 2 2 3 4  (3) Например, при настройке системы на частоту качки 10,785K c −ω = постоянная времени Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 93 Т4 = 0,123 с; при 10,658K c −ω = , Т4 = 0,176 с; при 10,5188K c −ω = , Т4 = 0,284 с. Определение постоянной времени Т4 дополнительного апериодического звена с точностью 3% при oWξ = 1 м/с2 приводит к появлению значений погрешности <δg1>, указанных в таблице 1. Погрешность <δg2> пренебрежимо мала. Таблица 1 – Погрешности гравиметра из-за уско- рений и наклонов гиростабилизатора (ГС) 1,K c −ω A(ωК) Y(ωК), град 1 g< δ > , мГал 0,785 1,4⋅10-5 -269,75 0,00224 0,658 2,38⋅10-6 -269,79 0,0041 0,5188 4,87⋅10-5 -269,815 0,01 Применим для обеспечения фазового сдвига - 270 град между горизонтальными ускорениями качки и ошибкой стабилизации на частоте качки основания вместо апериодического звена с постоянной времени Т4 звено с передаточной функцией: ( ) =pW4 1. 1/ 4 4 + +⋅ pT lpT , (4) где Т4- переменная постоянная времени звена (4), а l – переменный параметр звена (4). Управляющее устройство (УУ) изменяет постоянную времени Т4 и параметр l звена (4) таким образом, чтобы фазовый сдвиг между горизонтальными ускорениями и отклонением платформы был точно равен - 270 град. Условие самонастройки в этом случае запишется в виде 2 3 2 2 4 2 90 ( ) (5) 1 ( ) 1 sin 1 sin 1 K K K K T Q arctg T arctg T Q l Q T l ξ ω ω ω ω    ∆ = − ° + −  −   + ∆ = − ∆  =  Передаточная функция ГС морского гравиметра с такой системой коррекции имеет вид 4 3 2 2 2 5 4 3 3 42 4 2 2 4 4 2 4 3 0 1 ( 1)( 1) ( ) (6) ( ) 2 2 (1 ) ( ) 1o o o o T T p p p g l k gT TW p T T T T T T T Tp p p p T p k g k g k g k g l l + + = + + + + + + + + +ξ α ξ ξ Использование для создания небольшого отри- цательного фазового сдвига звена с передаточ- ной функцией (4), позволяет обеспечить на соот- ветствующих частотах в окрестности преобла- дающей частоты качки меньшие значения амплитудно – частотной характеристики переда- точной функции ГС (6) и значения фазовой час- тотной характеристики передаточной функции ГС (6) в окрестности преобладающей частоты качки на соответствующих частотах ближе к – 270 град по сравнению со случаем применения дополнительного апериодического звена с пере- даточной функцией 4 4W ( ) 1/ ( 1)p T= + , а следовательно уменьшить систематическую составляющую измерения ускорения силы тяже- сти гиростабилизированным гравиметром из-за совместного влияния горизонтальных ускорений и наклонов ГС. Высокую эффективность применения гиро- стабилизированного гравиметра с самонастрой- кой параметров ГС, имеющего передаточную функцию ГС (6), по сравнению с гиростабили- зированным гравиметром без самонастройки параметров ГС с передаточной функцией ГС (7) 3 2 4 3 22 2 2 3 0 0 0 1( ) , (7) ( ) 2 1 1 T pp W p T T g p p p T p K g K g K g ξ α ξ + =   + + + +    где 0 2À ÃK K K K= иллюстрируют графики ошибок гиростабилизированного гравиметра (рисунок 2). 1gδ< > (м/с 2) Рисунок 2 – Графики ошибок гиростабилизированного гравиметра с передаточной функцией (6) и передаточной функцией (7) Кривая, выполненная штриховой линией, со- ответствует гиростабилизированному гравиметру с самонастройкой параметров ГС (парметры сис- темы выбраны в соответствии с преобладающей частотой качки 1с-1), а кривая, выполненная сплошной линией, соответствует гиростабилизи- рованному гравиметру без самонастройки пара- метров ГС. 1. Ривкин С. С., Береза А. Д. Гироскопическая стабилизация морских гравиметров. – М.: Наука, 1985. – 176 с. 2. Малютин Д.М. Гиростабилизатор морского гравиметра с самонастройкой параметров / Изв. вузов. Приборостроение. 2003.Т46., №9, с.18-23. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 94 УДК 004.056.55 МЕТОД И СРЕДСТВО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ АТМОСФЕРНЫХ И КВАНТОВЫХ КРИПТОГРАФИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ Медведев Н.В., Чичварин Н.В. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Москва, Российская Федерация Введение. Материалы публикации содержат основные результаты исследований пространст- венной стабилизации в атмосферных (FSO) и квантовых линиях связи. Известны экспери- менты по обмену секретным ключом по кванто- вому каналу между наземной станцией и самоле- том. Результаты испытания были представлены в докладе на конференции QCrypt в Сингапуре, кратко о них пишет New Scientist. Обмен осуществлялся между передатчиком, установ- ленным на движущемся самолете и приемником, который находился на крыше исследователь- ского центра. Сообшается, что стабилизация луча лазера осуществялась системой зеркал. В предлагаемых материалах предлагается более простое и надежное решение на основе системы, во многом аналогичной тепловой головке само- наведения. 1. Аналитический обзор доступной лите- ратуры. Цель и задачи исследований. Целью исследований явился поиск технического реше- ния для простой и надежной системы стабилиза- ции приемной станции лазерных линий связи. Для достижения поставленной цели решались следующих задач: • Разработка (выбор) оптической системы. • Разработка математической модели системы стабилизации оптической оси. 2. Основные результаты исследований. Аналитический обзор доступной литературы [1 - 11] позволил залючить следующее: • Любая FSO содержит в своем составе ту или иную подсистему стабилизации лазерного луча. В случае стационарных систем ее наличие обусловлено колебаниями тех или иных опор для установки приемопередающих станций. • Квантовые линии связи нуждаются в подсистеме стабилизации в еще большей сте- пени. • Подавляющее большинство подсистем про- странственной стабилизации выполняются в виде стабилизированных зеркал. • Точное отслеживание луча осуществляется с помощью устройств, содержащих ПЗС. Собст- венно устройства реализуют алгоритм трейкинга. В этих устройствах не предусмотрено слежение за источником излучения. Во многих случаях (и, в частности в мобиль- ных линиях FSO) именно слежение за подвиж- ными источниками излучения является настоя- тельно необходимым. В настоящей работе пред- лагается применить гиростабилизированную оптическую систему для решения задач стабили- зации оптической оси и слежения за источником излучения. Попутно предлагается применить известные способы пространственной фильтра- ции для повышения помехозащищенности. По результатам аналитического обзора выбрана вращающиеся оптическая система, являющаяся одновременно трехстепенным гироскопом с внутренним кардановым подвесом. Пусть поло- жение главной оси трехстепенного гироскопа z относительно корпуса (система координат 𝑥𝑘 ,𝑦𝑘 , 𝑧𝑘 определяется углами 𝛼 и 𝛽. Уравнения движения гироскопа имеют вид [12]: 𝐽1?̈? + 𝐻?̇? cos𝛽0 = 𝑀1; (1) 𝐽2?̈? − 𝐻?̇? cos𝛽0 = 𝑀2, (2) где H = CΏ - кинетический момент ( C - осевой момент инерции ротора, Ώ - угловая скорость ротора); 𝐽1 – приведенный момент инерции гиро- скопа к оси вращения наружной рамки; 𝐽2 – при- веденный момент инерции гироскопа к оси вра- щения внутренней рамки; 𝛽0 – начальное фикси- рованное значение угла поворота наружной рамки. 𝑏1 ,𝑏2, – коэффициенты демпфирования (тре- ния в подшипниках карданового подвеса). Левую и правую части уравнения (4) умножим на 𝑖 = √− 1 и сложим уравнения (1) и (2) почленно, пренебрегая демпфированием: 𝐽 𝑑2 𝜀� 𝑑𝑡2 + 𝐻 𝑑 𝜀� 𝑑𝑡 cos𝛽0 = 𝑀 , (3) где 𝜀 ̅ − комплексный угол Эйлера. Такая запись уравнений (1) и (2) позволяет называть управление системой стабилизации одноканальным. Если пренебречь нутационным движением гироскопа (коническими колеба- ниями оси гироскопа), т.е. положить вторую производную от углов Эйлера, равной нулю, то уравнения гироскопа приобретает простой вид: 𝐻?̇? cos𝛽0 = 𝑀1; 𝐻?̇? cos𝛽0 = 𝑀2. Уравнение (3) принимает вид 𝐻 𝑑 𝜀� 𝑑𝑡 cos𝛽0 = 𝑀 . (4) То есть, скорость прецессии пропорциональна приложенному моменту. Таким образом, если обеспечить автоматическое наведение оси гиро- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 95 скопа, совпадающей с оптической осью ОС на неподвижный источник излучения наземной станции и возможно измерение угловой скоро- сти линии визирования, и следовательно, слеже- ние за источником излучения передающей стан- ции.. Для этого необходимо обеспечить обрат- ную связь, т.е. M = M(𝜀 ̅) . Объектив оптической системы (т.е. трехсте- пенного гироскопа) формирует «точечное» изо- бражение источника, который находится в прак- тической бесконечности, т.е на расстоянии, большем 100 фокусных (до 50 мм). Следова- тельно, на расстоянии, большим, чем 1000 м. изображение источника рассматривается, как пятно (т.н. пятно рассеяния). Структурная схема ОС приведена на рисунке 1. Следует отметить, что для уменьшения демпфирования и ампли- туды нутаций карданов подвес выполнен внутри оптической системы. 1 – защитный мениск; 2 – главное зеркало, 3 – контрзеркало, 4 – блок светоделения; 5 – фотоприемник; 6 – лавинный фотодиод; эт – электронный тракт; мд – моментные датчики управления движением гироскопа (то есть оптической системы) Рисунок 1 – Схема приемной части, устанавливаемой на мобильном объекте Модулятор – анализатор изображения (МАИ) (рисунок 2) решает следующие задачи: • Селектирует изображение цели от фонов (задача анализа). • Модулирует излучение во времени – осуще- ствляет амплитудно – фазовую модуляцию. • Кодирует положение изображения источ- ника в полярной системе координат. Амплитуда кодирует величину рассогласования между ли- нией визирования и оптической осью ОС. фаза – направление рассогласования. Диск вращается с угловой скоростью враще- ния оптической системы (гироскопа). Происхо- дит пространственно – временная модуляция потока от цели и фона (сектора и полудиск по- следовательно «наезжают» и «съезжают» с изо- бражений цели и фона). Рисунок 2 – Модулятор системы стабилиза- ции (МАИ). 1-вращающийся диск, 2-изображе- ние источника излучения Если изображение 2 находится в центре, ос- циллограмма сигнала на выходе МАИ имеет вид (рисунок 3). В отсутствии фона, когда изображе- ние цели находится в положении 2, сигнал на выходе МАИ имеет вид (рисунок 4). Таким образом происходит и пространствен- ная селекция изображений в плоскости анализа. Амплитуда сигнала от протяженного фона на- много меньше амплитуды сигнала от источника передающей станции. Модуляция излучения и кодирование зна- чений координат излучателя. В отсутствии фона, когда изображение источника находится в положении 1, сигнал на выходе МАИ имеет вид (рисунок 3). Переменная составляющая сигнала равна нулю и управляющее воздействие на гиро- привод отсутствует. Рисунок 3 – Сигнал на выходе МАИ в отсутствие рассогласования Рисунок 4 – Сигнал на выходе МАИ при рассогласовании, соответствующем случаю 2 на рисунке 2 При смещении изображения цели возникает переменный сигнал (Рис.4.). Очевидно, что при произвольном смещении изображения цели про- исходит соответствующий фазовый сдвиг. Идеа- лизированная зависимость амплитуды сигнала от величины рассогласования (пеленгационная ха- рактеристика имеет вид (рисунок 5). Условно показан резкий переход от линейного участка до насыщения. В случае, когда диаметр пятна рас- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 96 сеяния настолько мал, что пятно допустимо счи- тать точечным, мгновенному рассогласованию соответствует формирование максимальной ам- плитуды сигнала U(Ф). Рисунок 5 – Пеленгационная характеристика. U(Ф) – амплитуда сигнала – величина рассогла- сования, Ф – угол рассогласования При «точечном» изображении источника из- лучения передающей станции пеленгационная характеристика является строго нелинейной и оптическая ось ОС находится в автоколебатель- ном режиме, что по принципу Понтрягина обес- печивает максимальную скорость слежения за источником. Уравнение управляющего сигнала 𝑈(𝑟,Ф) на выходе МАИ имеет вид: 𝑈(𝑟,Ф) = 𝐴(𝑟)𝐹(2𝜋𝑣𝑡𝑡 + 𝑢(Ф)) , (6) где r–величина рассогласования, Ф − направление рассогласования (фаза сигнала). Формула для вычисления потока на выходе МАИ имеет вид 𝐹(𝑟,Ф) = ∫ ∫ 𝐸(𝑟 − 𝑙,𝛼)𝐻(𝑙,Ф)𝑙𝑑𝑙𝑑ФФ𝑚𝑎𝑥0𝑅0 , (7) где r – величина расстояния от центра МАИ до условного центра изображения, Ф − угол рассогласования,𝐸(𝑟 ,Ф) – распределение облученности в плоскости изображения ОС. Так одновременно производится стабилизация поло- жения оптической оси при колебаниях носителя, пространственная фильтрация и измерение угло- вой скорости линии визирования для последую- щего слежения за положением источника излу- чения передающей станции в поле зрения ОС приемной станции. Вторым аспектом настоящей публикации яв- ляется вопрос о передаче сообщений с помощью FSO с применением методов квантовой крипто- графии. При использовании рассматриваемой оптической системы (Рис.1) возможны по мень- шей мере три способа реализации квантовой линии: • С применением лазерного излучения одно- временно и для традиционной линии связи и для передачи ключа с применением квантовой крип- тографии. При этом при шифровке используются классические криптографические алгоритмы. • С применением двухлучевой схемы приемо- передающих станций. Излучение двух лазеров распространяется коаксиально. Излучение пер- вого лазера используется для решения задачи пространственной стабилизации, а второго – для реализации квантовой линии связи. • Путем применения одноканального излуча- теля и для обеспечения пространственной стаби- лизации и для передачи данных по квантовому протоколу. Реализация каждого из трех способов воз- можна за счет снабжения оптической системы блоком светоделителения (рисунок 1, позиция 4). Заключение. Описанное техническое пред- ложение позволяет достаточно просто и надежно решить задачу стабилизации линий атмоферной и квантовой линий связи, постренных как раз- дельно, так и коаксиально. 1. Милинкис Б., Петров В. Атмосферная лазер- ная связь. Информост - Радиоэлектроника и Телекоммуникации №5(18), 2001. 2. Серопегин В.И. Беспроводные системы пере- дачи данных локального, городского и регио- нального масштабов. Технология и средства связи, 1999, № 4, с. 72-77. 3. Гиносян Ю.А. Новые технологии беспровод- ного доступа. Технология и средства связи, 1999, № 4, с. 38-39. 4. Клоков А.В. Беспроводные ИК-технологии, истинное качество "последней мили". Техно- логия и средства связи, 1999, № 5, с. 40-44. 5. Кулик Т. К., Прохоров Д.В. Методика сравни- тельной оценки работоспособности лазерных линий связи. Технология и средства связи, 2000, № 6, с. 8-18. 6. Кулик Т.К., Прохоров Д.В., Сумерин В.В., Хюппенен А.П. Особенности применения оптических линий связи. Лазер информ, 2001, вып. 9-10 (216-217), с. 1-6. 7. Феер К. Беспроводная цифровая связь: ме- тоды модуляции. — Пер. с англ. // Под. ред. В. И. Журавлёва. — М.: Радио и связь, 2000. 8. Официальный сайт: http://www.iec.ch, Interna- tional Electrotechnical Commission (IEC), “Amendment 2 (2001),” Safety of Laser Prod- ucts—Part 1: Equipment Classification, Re- quirements, and User's Guide , IEC 60825-1 (IEC, 2001). New classification standard adopted as of 1 March 2001. (последний доступ – 10.08.2016.). 9. Официальный сайт: http:// www.photonicsdirectory.com, The Photonics Directory (Laurin Publishing, Pittsfield, Mass., 2002), (последний доступ – 10.08.2016). 10. D. Sliney and M.Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources (Plenum, New York, 1980). 11. U.S. Center for Devices and Radiological Health Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 97 (CDRH), Laser Product Performance Stand- ard, Code of Federal Regulations,Vol. 21, Sec- tion 1040 (21 CFR 1040) (CDRH, Washington, D.C., 2002). 12. Бесекерский В.А., Фабрикант Е.А. Динамиче- ский синтез систем гироскопической стаби- лизации. – Л.: Судостроение, 1968. – 348 с. 13. Официальный сайт: www.krdu- mvd.ru/_files/kafedra_ib/17.pdf, «Технические средства и методы защиты информации», (по- следний доступ – 10.08.2016.). 14. Charles H. Bennett, Francois Bessette, Gilles Brassard, Louis Salvail, and John Smolin, «Ex- perimental Quantum Cryptography», J. of Cryp- tography 5, 1992. УДК 681.2.08 МАЛОГАБАРИТНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ Микитевич В.А., Пантелеев К.В., Жарин А.Л. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Измеритель контактной разности потенциа- лов (КРП) представляет собой электрометр с динамическим конденсатором, отличительной особенностью которого являются существенно уменьшенные размеры и емкость динамического конденсатора. Если в обычных электрометрах с динамическим конденсатором площадь пластин составляет величину порядка нескольких квад- ратных сантиметров, то в случае измерителей КРП практический интерес представляют раз- меры не более 1 мм. Измерители уменьшенных размеров представляют особый интерес для ска- нирующих систем, например, для сканирующего зонда Кельвина, а также для систем контроля различных технологических процессов, напри- мер, при трении. При этом измерительный сиг- нал с динамического конденсатора чрезвычайно мал, порядка минимально разрешимых с точки зрения современной аналоговой электроники. Кроме того, динамический конденсатор для электрометров представляет собой закрытую, полностью экранированную систему, что в слу- чае измерений КРП сделать практически невоз- можно. Поэтому к измерителям КРП предъявля- ются повышенные требования как с точки зрения собственных шумов и защиты от внешних наво- док, так и с точки зрения тщательной проработки механического и схемотехнического дизайна. Целью работы являлась разработка функцио- нальных структур и схемотехнического дизайна аналоговых измерителей КРП с использованием современной электронной базы, отличающихся от аналогов малыми габаритами, высокой чувст- вительностью и помехозащищенностью. Структурная схема разработанного измери- теля КРП приведена на рисунке 1. Входной кас- кад состоит из конденсатора, образованного по- верхностями измерительного электрода М1 и заземленного измеряемого образца М2, и вход- ного высокоомного предусилителя. Под дейст- вием электромеханического модулятора одна из пластин конденсатора вибрирует на частоте соб- ственного механического резонанса относи- тельно измеряемой поверхности М2. Электрическая емкость при периодическом изменении расстояния между обкладками дина- мического конденсатора также периодически изменяется со временем. При достаточно боль- шом сопротивлении резистора RН заряд не будет успевать полностью стекать с обкладок конден- сатора за период изменения емкости, что вызовет появление на инвертирующем входе предусили- теля 4 переменного потенциала. Усиленный сиг- нал с предусилителя поступает на вход фазочув- ствительного детектора 6. Далее выпрямленное напряжение через интегратор 7 подается на не инвертирующий вход предусилителя 4 для ком- пенсации КРП, тем самым обеспечивается отри- цательная обратная связь автокомпенсации из- меряемой величины. Рисунок 1 – Структурная схема аналогового измерителя контактной разности потенциалов: М1, М2 – поверхности зонда и измеряемого образца, соответственно; 1 – модулятор вибра- ции; 2 – фазосдвигатель; 3 – формирователь сиг- нала; 4 – преобразователь ток-напряжение; 5 – инструментальный усилитель; 6 – фазочувст- вительный детектор с коммутируемыми ключами; 7 – интегратор; UКРП – выходной сигнал контактной разности потенциалов. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 98 При переходе потенциала компенсации Uкомп через значение, равное КРП, фаза переменного сигнала с частотой ω вследствие изменения по- лярности пластин конденсатора изменяется на 180 градусов. Фазочувствительный детектор на- строен таким образом, чтобы его выходное на- пряжение понижалось при фазе переменного сигнала, соответствующей превышению потен- циалом компенсации значения КРП, и возрастало в обратном случае. При равенстве потенциала компенсации Uкомп величине КРП заряд на изме- рительном динамическом конденсаторе будет скомпенсирован. В этом случае сигнал на выходе инструментального усилителя отсутствует, а значение потенциала компенсации поддержива- ется интегратором. При нарушении равенства Uкомп = UКРП конденсатор зарядится и на нем поя- вится переменный потенциал, в зависимости от фазы которого, фазочувствительный детектор формирует потенциал компенсации таким обра- зом, чтобы равенство Uкомп = UКРП восстанови- лось. Таким образом, измеритель непрерывно отслеживает изменение КРП между эталонным и измеряемым образцами по фазе, значение КРП может быть измерено или записано с помощью соответствующего внешнего регистратора. Для возбуждения механических колебаний эталонного образца возможно использование механических, электромагнитных, электростати- ческих и пьезоэлектрических модуляторов. Электростатические и пьезоэлектрические моду- ляторы не получили широкого распространения при измерениях КРП. Их недостатком является высокое переменное напряжение, требующееся для их работы, что создает значительный уро- вень помех, а также низкая механическая проч- ность, что затрудняет их использование в усло- виях повышенных вибраций. При построении измерителя КРП использован электромеханиче- ский модулятор. Для обеспечения высокой ам- плитудно-фазовой стабильности используется модернизированный генератор с мостом Вина. Захват и поддержание частоты механического резонансного колебания осуществляется без тра- диционно используемого датчика колебаний. Учитывая предельно малые сигналы с изме- рительного динамического конденсатора, пред- варительный усилитель выполнен по схеме пре- образователя ток-напряжение на базе современ- ных инструментальных усилителей с фемтоамперными входными токами. Примене- ние во входном каскаде измерителя второго опе- рационного усилителя позволяет отказаться от традиционного разделительного конденсатора и позволяет уменьшить постоянную времени цепи автокомпенсации, тем самым повысить скорость одного измерения КРП. Питание предусилителя выполнено с «пла- вающей землей», что позволяет сохранить соот- ношения потенциалов компонентов зонда неиз- менными при изменении напряжения компенса- ции в широком диапазоне. Фазовый детектор-интегратор выполнен на основе противофазно коммутируемых с частотой модуляции КРП электронных ключей и интегра- тора. Двухполупериодное фазовое детектирова- ние позволяет в значительной степени повысить чувствительность. Фазовое детектирование также позволяет подавлять помехи и наводки с частотами, отличными от частоты модуляции. Для уменьшения влияния электромагнитных наводок и шумов, а также устранения микрофон- ного эффекта (детектирования паразитной КРП между исследуемой поверхностью и подводя- щими проводами, вибрирующими вместе с эта- лонным образцом), предварительный усилитель вместе с эталонным образцом смонтирован на гибкой печатной плате (материал платы – фторо- пласт армированный керамикой AR350 фирмы ARLON). Конец платы механически соединен с вибратором. Внешний вид платы предусилителя КРП вместе с зондом приведен на рисунке 2. Рисунок 2 – Внешний вид платы предусилителя контактной разности потенциалов Модулятор и фазовый детектор-интегратор размещены на отдельной плате (рисунок 3), на которой также смонтирована развязка по пита- нию. Питание генератора осуществляется непо- средственно от внешнего двуполярного источ- ника ±12В, а остальная схема питается напряже- нием ±8В от встроенных микромощных стабилизаторов напряжения. Рисунок 3 – Плата модулятора и фазового детектора-интегратора (совместно с платой предусилителя образует законченный электронный блок измерителя КРП) Остальные электронные узлы, также разме- щены в непосредственной близости к предвари- тельному усилителю на общем заземленном ос- новании. При этом соблюдено следующее пра- вило: блоки генератора, вырабатывающие сигналы возбуждения для колебательной сис- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 99 темы динамического конденсатора размещены на верхней части основания. Заземленное основание играет также роль электромагнитного экрана. При этом основное подавление помех обеспечи- вается за счет фазового детектирования сигнала, а экранирование играет вспомогательную роль. Основными преимуществами разработанного измерителя КРП по сравнению с аналогами явля- ется существенно уменьшенные размеры, отно- сительная простота и не высокая себестоимость, улучшенное соотношение сигнал/шум. В сово- купности это имеет высокое значение для при- менения разработанных измерителей системах сканирования потенциала поверхности, а также при контроле различных технологических про- цессов. УДК 614.842 ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ Мисюкевич Н.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Логика зонирования объекта следует из необ- ходимости реализации планов эвакуации. План эвакуации является документом, который невоз- можно грамотно составить вне логики управле- ния процессом эвакуации. Получается, что план эвакуации является составной частью докумен- тации системы пожарной сигнализации, опове- щения о пожаре и управления эвакуацией (СПС- СОУЭ). Определив понятия и логические связи можно достичь понимания, что СПС-СОУЭ предназначена для обеспечения своевременной эвакуации путем реализации планов эвакуации. Основным условием для выделения зон зву- кового и речевого оповещения является акусти- ческая изоляция от других зон этого назначения. Соблюдение требований по максимально допус- тимой неравномерности звукового поля (10 дБ) диктует необходимость размещения оповещате- лей на определенном расстоянии. Существенное влияние на распространение звука оказывают акустические характеристики строительных кон- струкций. В виду этого реальное расстояние и характер изменения звукового давления сущест- венно отличается от данных, представленных в технических нормативных правовых актах (ТНПА). Целесообразно определять условия рас- пространения звука используя соответствующее измерительное оборудование (шумомеры). Учи- тывая, что конструкция дверей и перегородок, как правило, снижает звуковое давление более 10 дБ, оповещатели следует устанавливать во всех помещениях возможного пребывания людей. Критерием безопасности эвакуации является соблюдения соотношения ,р н ct t t≤ − (1) где tр – расчетное время эвакуации; tн – необхо- димое время эвакуации; tc – время свободного развития пожара до начала эвакуации. Возможность объединения нескольких поме- щений в одну зону управления эвакуацией опре- деляется вышеприведенным соотношением. Об- щими мотивами выделения помещения или группы помещений в отдельную зону может служить сочетание следующих факторов: − в зоне требуется оповещение отличное от соседних зон; время начала оповещения для зоны является индивидуальной величиной, зависящей от места возникновения пожара; − зона оповещения выделена в здании архи- тектурно-строительными элементами. С учетом изложенного, дадим определение зоны оповещения. Зона оповещения – часть про- странства в помещении, помещение или группа помещений в здании, для которых характерно выделение архитектурно-строительными элемен- тами, необходимость индивидуальных видов сигналов (текстов) оповещения и (или) отличное от соседних зон время начала оповещения. Если этаж имеет два и более эвакуационных выхода, то с учетом необходимости движения в сторону, противоположную очагу горения и воз- можности блокирования одного из них ОФП, этаж следует разделять на две и более зоны опо- вещения. При совпадении пространственного располо- жения зон функционирование СПС-СОУЭ упро- щается, к этому стоит стремиться. Несколько зон контроля опасных факторов пожара могут объе- диняться в одну зону эвакуации при соблюдении условия (1). Они являются зависимыми от резуль- татов расчета безопасных условий (1) эвакуации. Зоны оповещения и управления эвакуацией могут соответствовать зонам контроля ОФП, а могут и объединяться. Проектирование путей эвакуации или проверка их соответствия при реконструкции зданий прямо связана с проектированием и функционированием СОУЭ. Выделение зон оповещения и грамотная разработка алгоритмов оповещения позволяют ор- ганизовать безопасную вынужденную эвакуацию путем управления процессом эвакуации, в отличие от увеличения ширины эвакуационных путей, кото- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 100 рое обычно требуется при одновременном опове- щении и эвакуации всех находящихся в здании лю- дей. Чем больше объем здания, тем более актуальна эта задача. Возможность ограничивать концентрацию людских потоков на общих путях эвакуации: в коридорах, холлах, фойе, лестничных клетках и вестибюлях, достигается управлением людскими потоками с использованием принципа их разде- ления на зоны оповещения и неодновременно- стью оповещения о пожаре. При слиянии людских потоков увеличивается интенсивность движения, плотность потока и уменьшается скорость движения. Для обеспече- ния беспрепятственности движения необходимо чтобы интенсивность движения оставалась ниже максимальной. Если при расчете будет получено значение интенсивности движения за пределами начальных участков выше максимальной, необ- ходимо ее уменьшить для обеспечения беспре- пятственного движения. Задача снижения интен- сивности движения может быть решена увеличе- нием ширины путей эвакуации или за счет разделения здания на зоны оповещения и за- держки начала оповещения определенных зон в зависимости от места возникновения пожара. Использование результатов расчета необхо- димого и расчетного времени эвакуации позво- ляет прогнозируемо регулировать плотность людского потока на путях эвакуации и грамотно управлять процессом эвакуации, регулируя время задержки оповещения. Задержка оповеще- ния, сформированная таким образом, что часть людского потока из зоны управления эвакуацией попадает на общий путь эвакуации после его освобождения другими людьми, позволяет орга- низовать движение без слияния потоков, увели- чения плотности и обеспечить формирование непрерывного людского потока при его докрити- ческой плотности, избегая задержек процесса эвакуации (при превышении критической плот- ности потока). Превышение критической плот- ности потока на горизонтальных участках, даже при наличии пространства для накопления лю- дей, приведет к резкому снижению скорости эва- куации. Управление эвакуацией должно осуществ- ляться одновременно: − включением эвакуационного освещения и световых указателей направления эвакуации; − обеспечением открывания всех дверей эва- куационных выходов; − передачей по системе оповещения специ- ально разработанных текстов, направленных на предотвращение паники и других явлений, ус- ложняющих процесс эвакуации (скопление лю- дей в проходах и т.п.); – трансляцией текстов, содержащих информа- цию о необходимом направлении движения. Важным фактором, который следует учиты- вать, являются психологические особенности лю- дей. Человек, оставив вещи в гардеробе, будет стремиться их получить на выходе из здания. Це- лесообразно проектировать маршрут движения эвакуирующихся с учетом пропускной способно- сти гардероба и путей эвакуации в зоне его распо- ложения. Кроме того, следует учитывать сложив- шуюся привычку использовать определенные пути эвакуации. Во время вынужденной экстрен- ной эвакуации следует увеличивать численность обслуживающего пер сонала для исключения за- держек потока людей. С учетом этих особенно- стей возможна задержка оповещения отдельных зон для обеспечения безопасной эвакуации людей из здания. Запасные пути эвакуации можно задей- ствовать при невозможности использования ос- новных или для обеспечения необходимого вре- мени эвакуации. При этом следует предусматри- вать дополнительные сигналы оповещения для обращения внимания людей на необходимость использования запасных путей эвакуации. При формировании речевых сообщений целе- сообразно акцентировать внимание на месте об- наружения ОФП для более быстрого получения оперативным персоналом ответной реакции. Для этого в зоне пожаре для эвакуации включать соответствующую фонограмму, например: «По- жар в зоне расположения помещения. Покиньте зону, используя основной путь эвакуации. Свя- житесь с оперативным персоналом по вызыв- ному устройству». В отличие от этой ситуации для других зон формировать фонограмму типа: «Пожар на объекте. Покиньте здание, руково- дствуясь планом эвакуации и световыми сигна- лами направления движения». Фонограммы включаются на расчетное время движения в конкретной зоне, затем фонограмма в этой зоне отключается и включается фонограмма следующей зоны. С одной стороны, это позволяет оценивать людям степень опасности ситуации (успевают ли они двигаться с заданной скоро- стью), место возникновения пожара (в данной зоне или другой) и необходимость связаться с оперативным персоналом. С другой стороны, бо- лее эффективно действовать оперативному персо- налу в случае ложного сигнала о пожаре, умень- шая нарушения привычной жизнедеятельности (образа деятельности) людей путем отмены эва- куации, и объективно оценивать учебные трени- ровки по эвакуации, как службе безопасности, так и эвакуирующимся. Полученная информация по- зволяет оперативно проводить корректирующие мероприятия. Оценка безопасности эвакуации людей путем анализа соответствия расчетного и необходимого времени эвакуации из помещений показывает, что возможность предварительного уведомления Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 101 о необходимости эвакуации обслуживающего персонала объекта, а затем людей, находящихся в зоне оповещения, в одном из помещений кото- рой произошел пожар, существует, как правило, в течение не более 1 мин. В виду этого, подтвер- ждение достоверности факта пожара с использо- ванием обслуживающего персонала возможно лишь для включения системы оповещения дру- гих (соседних с зоной пожара) зон. Наиболее неблагоприятная ситуация для эвакуации людей складывается при появлении ОФП в коридоре. УДК 614.842 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА БАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ Мисюкевич Н.С., Мисюченко И.Р. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Проектирование установок газового пожаро- тушения в Республике Беларусь осуществляется по ТКП 45-2.02-190-2010 [1], который несет в себе справочную информацию параметров газо- вых огнетушащих веществ. Данный технический нормативный правовой акт (ТНПА) дает только методику расчетов массы газовых огнетушащих веществ (ОТВ) для газовых установок пожаро- тушения при тушении объемным способом. Для проектирования газовых установок пожароту- шения с хранением огнетушащих составов в мо- дулях при переменной температуре окружающей среды справочной информации ТНПА и мето- дики расчета установок с изотермическими ем- костями недостаточно. Для проектирования требуется разработка па- раметров и методики расчета установок на ос- нове газовых огнетушащих веществ (в том числе использующих галлоны 114В2, 13В1, диоксид углерода и углекислотно-хладоновый состав). Для расчетов в зависимости от поставленной цели могут приниматься различные варианты гидравлического расчета распределительной сети установок. Для проектирования баллонных установок газового пожаротушения требуется расширить методику расчета. В ТНПА не опи- саны принципы формирования проточной части трубопроводной разводки. Важную роль при проектировании имеет гидравлический расчет. Данный расчет в практике других стран вклю- чает в себя два этапа. На первом этапе прово- дится предварительный расчет в целях форми- рования проточной части распределительной сети. На втором этапе расчетным путем оцени- вается соответствие спроектированной разводки требованиям ТНПА по продолжительности по- дачи огнетушащего вещества. Необходимо раз- работать методику расчета параметров, отсутст- вующих в настоящее время в ТНПА. Определена цель, позволяющая ликвидиро- вать пробелы нормативного регулирования во- просов проектирования установок газового по- жаротушения: разработать методику расчета баллонных установок газового пожаротушения. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: − определить параметры гидравлического рас- чета; − исследовать однофазное и двухфазное тече- ние газовых составов в проточной части трубо- проводной разводки; − составить перечень параметров, необходи- мых и достаточных для расчета установок на основе газовых огнетушащих веществ (в том числе на основе галонов); определить критерий оптимизации расчета клапана сброса избыточного давления. Исходя из технической и экономической эф- фективности [2] определены объекты целесооб- разного применения газового пожаротушения. К ним относятся: − помещения, оснащенные компьютерной и другой дорогостоящей оргтехникой; − помещения, морские суда, самолеты и т.п. (с установленным чувствительным или уникаль- ным дорогостоящим технологическим оборудо- ванием); − помещения, оснащенные коммутационным, телевизионным и другим оборудованием крити- чески важных объектов информационной сферы; − места значительного хранения информационных, культурных и денежных средств, архивы, библиотеки и т.п. объекты; − помещения с взрывопожароопасной средой, такие как газоперекачивающие станции, дизель- генераторы, нефтеналивные комплексы и т.п.; − объекты, имеющее высокое насыщение электрической проводкой, дорогостоящей элек- тронной техникой, культурно-историческими ценностями; − другие объекты, содержащие уничтожаемое пожаром имущество по стоимости существенно превышающей установку и содержание автома- тизированной системы пожаротушения, когда применение других огнетушащих веществ несо- вместимо с задачей их защиты. Принцип действия установки газового пожа- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 102 ротушения основан на снижении концентрации кислорода за счет вытеснения его в зоне реакции негорючим газом, который выпускается систе- мой, снижении температуры, химическом инги- бировании реакции горения. Тушение данной системой возможно на самой ранней стадии возгорания, что фактически гарантирует защиту имущества охраняемого объекта от порчи (унич- тожения) огнем. В результате обобщения зарубежного опыта сформулированы принципы и определена по- следовательность расчета параметров баллон- ных установок газового пожаротушения. При проектировании установки осуществляется про- ектный расчет. В этом случае на основании из- вестной массы газового состава, геометрических длин трубопроводов, взаимного расположения защищаемых помещений и модулей (станции пожаротушения) рассчитывают диаметры трубо- проводов и время подачи газового состава в по- мещение. Проводят расчеты при различных значениях этих параметров, в результате чего определяют оптимальный вариант проточной части распределительной сети, при котором время подачи ОТВ в защищаемое помещение соответ- ствует требованиям ТНПА. Поверочный расчет проводят в том случае, ко- гда проточная часть установки пожаротушения (длины и диаметры трубопроводов) не может быть изменена. Для этого по известным данным о количестве ОТВ, длинам и диаметрам трубо- проводов определяется расчетное время вы- хода ОТВ в защищаемое помещение. Измене- ние времени подачи ОТВ в защищаемое помеще- ние в этом случае достигается только изменением давления в модулях и коэффициентов их запол- нения. Кроме того, поверочный расчет использу- ется в качестве второй части при проведении проектного расчета. Определены необходимые исходные данные для проектного и проверочного расчетов. Для проектного расчета необходима: − схема разводки трубопроводов с указа- нием направлений, длин отдельных участков трубопроводов, модулей (батарей), распредели- тельных устройств и насадков; − масса огнетушащего вещества, необходимая для создания нормативной огнетушащей кон- центрации в защищаемых помещениях с учетом вида пожарной нагрузки, негерметичности и других параметров, характеризующих помеще- ние; − нормативное время подачи огнетушащего вещества; − коэффициенты загрузки модулей (балло- нов); − рабочее давление в модулях (баллонах); − температура эксплуатации модулей (бата- рей) в защищаемых помещениях. Исходными данными для поверочного расчета являются: - схема разводки трубопроводов с указанием длин отдельных участков, их площадей попереч- ных сечений, модулей (ба тарей), распредели- тельных устройств и насадков (в том числе пло- щадей поперечных сечений); − масса ОТВ, необходимая для создания нормативной огнетушащей концентрации в защищаемом помещении; − коэффициенты загрузки модулей (баллонов); − давление в модулях (баллонах); − средняя температура эксплуатации модулей (батарей). 1. Пожарная автоматика зданий и сооружений. Строительные нормы проектирования. ТКП 45-2.02-190-2010 (02250). Введ. 01.01.2011. [Электронный ресурс] / Нац. фонд ТНПА. – Минск, 2015. Режим доступа: http://tnpa.by. – Дата доступа: 10.09.2016. a. Пожарная безопасность. Общие требования. ГОСТ 12.1.004-91. Введ. 01.07.1992. [Электронный ресурс] / Нац. фонд ТНПА. – Минск, 2015. Режим доступа: http://tnpa.by. – Дата доступа: 10.09.2016. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 103 УДК 628.74 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ С РАЗНЫМИ УСЛОВИЯМИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Невдах В.В., Антошин А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Выбор пожарных извещателей для проекти- руемых систем пожарной сигнализации обычно осуществляется на основе нормируемых значе- ний параметров, характеризующих их чувстви- тельность к тому или иному обнаруживаемому ими фактору пожара, который обеспечивает вы- полнение критериев достижения целей проекти- руемых систем [1]. Известно, что пожарные из- вещатели имеют разную чувствительность к од- ному и тому же фактору пожара (например, к дыму) при пожарах разных классов. Поэтому, для построения эффективной системы противо- пожарной защиты объекта необходимо иметь классификацию пожаров по степени их пожар- ной опасности и способам обнаружения таких пожаров. В качестве признака классификации пожаров по степени их опасности можно использовать критическую продолжительность пожара, в те- чение которой достигается предельно допусти- мое значение опасного фактора пожара в уста- новленном режиме его изменения, величину пространства, на которое распространяется пла- менное горение, либо скорость роста тепловыде- ления. Все эти признаки присутствуют при по- жарах в помещениях с естественной вентиляцией [2]. В настоящей работе проведено компьютерное моделирование развития пожара в помещении с разными условиями естественной вентиляции. Моделирование пожара осуществлялось с помо- щью программы FDS, в которой численно решаются модифицированные уравнения Навье- Стокса для тепломассопереноса при горении в выбранные моменты времени для каждой ячейки пространства в прямоугольной системе координат [3, 4]. Результаты моделирования отображались программой визуализации Smokeview и представлялись в виде таблиц с численными значениями контролируемых параметров пожара. С помощью специального графического интерфейса PyroSim в расчетной сетке, состоящей из кубических ячеек с ребром 0.1 м, была создана модель помещения – ком- наты с внутренними размерами 5×4.6×2.4 м, имеющая выходную дверь размерами 0.9×2 м, ведущую в коридор (см. рисунок 1). В комнате располагалась мебель из горючего материала – диван, три кресла разных размеров, коврик. В качестве горючего материала был выбран поли- уретан, динамика горения которого и изучалась при различных условиях вентиляции. Поджи- гающим источником (burner) служила плоская поверхность площадью 0,01 м2 с тепловыделе- нием 10 кВт, которая помещалась на поверхно- сти дивана. Дверь была разделена по высоте на 4 одинаковые части, которые могли открываться независимо и создавать различные условия по высоте расположения вентиляционного отвер- стия и по его площади. Для этой же цели исполь- зовалась и часть стены над дверью. На рисунке 1 представлены зависимости теп- ловыделения пожара в комнате с различными условиями вентиляции через выходную дверь. Видно, что пожар в помещении с открытой две- рью развивается с наибольшей скоростью тепло- выделения и после 800-й секунды выходит на квазистационарный режим с тепловыделением ~ 4000 кВт. Рисунок 1 - Зависимости тепловыделения пожара в комнате от времени при открытой двери (1), закрытой двери (2) и при открытой двери начиная с 470 с (3) В отсутствие естественной вентиляции – дверь в помещении закрыта – развитие пожара начинается более чем на 100 с позже, и распро- странение пламенного горения полностью пре- кращается примерно на 475-й секунде из-за не- достатка кислорода. Если на этапе затухания пожара (на 470-й секунде) дверь открывается, то приток свежего кислорода через дверной проем обеспечивает развитие пожара сначала с боль- шей скоростью тепловыделения, чем при откры- той двери, а затем пожар выходит на тот же ква- зистационарный режим тепловыделения ~ 4000 кВт, что и пожар в помещении с открытой дверью. Рисунок 2 иллюстрирует различия в дина- мике тепловыделения пожаров в комнате с вен- тиляционными отверстиями, площадь которых меньше площади двери и которые располагались на разной высоте над уровнем пола. Видно, что величина тепловыделения при пожаре и скорость его нарастания определяется, в основном, пло- щадью вентиляционного отверстия. 0 2000 4000 0 200 400 600 800 1000 1200 Время, с Т еп ло вы де ле ни е, к В т 1 2 3 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 104 Рисунок 2 – Зависимости тепловыделения пожара от времени в комнате с вентиляцией через: верхнюю половину двери (1), отверстие над дверью (2), отверстие на высоте 1 м (3), отверстие от уровня пола (4) Из рисунков 1 и 2 видно, что во всех случаях реализуется сценарий пожара, контролируемого окислителем. При площади вентиляционных отверстиях, меньших, чем площадь дврьного проема, режим пожара с квазистационарным тепловыделением не реализуется на временах моделирования – 20 минут. На рисунках 3 и 4 показаны для сравнения картины распространения пламенного пожара в комнате с различными условиями вентиляции в разные моменты времени. а b Рисунок 3 – Картины распространения пламен- ного пожара в комнате с вентиляцией через открытую верхнюю половину дверного проема на 700 c (a) и 1200 с (b) Из рисунков 4 (b, c) видно, что даже этап по- жара с максимальным тепловыделением, реали- зуемый в рассматриваемой модели помещения с максимальной естественной вентиляцией через открытую дверь, не является этапом полного охвата помещения пламенем. а b c Рисунок 4 – Картины распространения пламен- ного пожара в комнате с вентиляцией через открытую дверь на 700 c (a) и 1200 с (b) и (c) Таким образом, в работе проведено компью- терное моделирование пожара в помещении с разными условиями естественной вентиляции. Показано, что во всех случаях пожар протекает по сценарию пожара, контролируемого окисли- телем, степень опасности пожара определяется условиями вентиляции и при используемых параметрах помещения наиболее опасный этап пожара – этап полного охвата помещения пламенем – не достигается. 1. Антошин А.А. Актуальность изменения идео- логии проектирования СПА. Эффективные технические средства обнаружения пожара в помещении. Технологии безопасности, №4(37) 2014, с. 13-15. 2. Drysdale D. An Introduction for Fire Dynamics. Third edition. Willey, 2011. – 551 p. 3. Fire Dynamics Simulator (Version 5) Technical Reference Guide Volume 1: Mathematical model, NIST Special Publication 1018-5 / K. McGrattan [et al.]. –Gaithersburg, MA, 2009. – 94 p. 4. Fire Dynamics Simulator (Version 5). User’s Guide, NIST Special Publication 1019-5 / K. McGrattan [et al.]. Gaithersburg, MA, 2009.– 176 p. 0 500 1000 1500 0 200 400 600 800 1000 1200 Время, с Т еп л ов ы де л ен и е, к В т 1 2 3 4 Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 105 УДК 535:621.375 ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА ND:YAG С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ И ПАССИВНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Орехов К.А., Кулешов Н.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Существующие на данный момент лазерные излучателя для дальнометрических систем, рабо- тающие без охлаждения, обладают рядом недос- татком: низкая энергия выходного излучения, высокая расходимость, и значительные габарит- ные размеры. Все это накладывает ряд ограниче- ний на дальность и точность измерения, а также возможность использования в приборах с габа- ритным ограничением. В рамках исследования произведено теорети- ческое и экспериментальное моделирование ла- зерного излучателя с диодной накачкой, рабо- тающего без системы охлаждения как активного элемента, так и системы накачки, обеспечиваю- щего расходимость на уровне дифракционной при энергии в импульсе 190 мДж и длительности импульса 4-8 нс. В системе задается лишь стар- товая температура базовой поверхности излуча- теля, полный цикл работы 8 минут при частоте следования импульсов 2 Гц. Лазерный излуча- тель построен по схеме с перестраиваемым ква- зителескопическим резонатором. Резонатор об- разован плоским выходным зеркалом, вогнутым глухим зеркалом и отрицательной плоско-вогну- той линзой. Линза предназначена для пере- стройки резонатора на границу устойчивости, что обеспечивает минимальную расходимость на выходе резонатора (рисунок 1). Рисунок 1 – Схема резонатора: 1 – глухое зеркало; 2 – четвертьволновая пла- стинка; 3 – электрооптический затвор; 4 – рассеивающая линза; 5 – матрицы лазерных диодов; 6 – активный элемент; 7 – выходное зер- кало На рисунке 2 приведена теоретическая зави- симость размера перетяжки внутри резонатора в зависимости от радиуса глухого зеркала и фо- кусного расстояния внутрирезонаторной линзы. Кроме того продольное перемещение линзы обеспечивает согласование размера нулевой моды резонатора с диаметром активного эле- мента. Рисунок 2 –Зависимость радиуса моды внутри резонатора от разности радиуса кривизны глухого зеркала и фокусного расстояния внутрирезонаторной линзы: 1 – R = 10 м; 2 – R = 5 м В качестве глухого выбрано зеркало с радиу- сом кривизны 10 м и коэффициентом отражения 99.95 %, фокусное расстояние отрицательной линзы составляет 10 м, коэффициент отражения выходного зеркала 25 %. В качестве активного элемента использовался кристалл Nd:YAG диа- метром 5 мм и длиной 100 мм. Второй задачей при построении излучателя является разработка системы накачки (квантрон) с высоким кпд оптического преобразования, и равномерным распределением поглощения энер- гии накачки внутри активного элемента. Кван- трон должен обладать высокой теплоемкостью, чтобы обеспечивать стабильную работу в тече- нии всего рабочего цикла. С этой целью было проведено теоретическое моделирование одно- сторонней, двусторонней и трехсторонней сис- тем накачки. В качестве оптимальной выбрана схема трехсторонней накачки с тремя клиновид- ными концентраторами с золотым напылением (рисунок 3). Рисунок 3 – Распределение поглощенной энергии накачки в активном элементе при трехсторонней системе накачки с клиновидными концентраторами 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 106 На основании модели, разработан квантрон. В качестве элементов накачки использовались мат- рицы лазерных диодов в количестве 21, каждая мощностью 500 Вт. Компоновка матриц по спек- тральным характеристикам производилась в слу- чайном порядке, разброс центральной волны излучения матриц 806-809 нм. В качестве мате- риала корпуса квантрона использовался дюраль. Крепление активного элемента в квантроне осу- ществляется посредством клея Эласил в цен- тральной его части. Клей выполняет как функ- цию крепления активного элемента, так и функ- цию теплопереноса. Моделирование в программной среде ANSYS показало, что за пол- ный рабочий цикл при таком типе крепления активного элемента, его нагрев не превысит 15⁰С [1]. Рисунок 4 –Зависимости выходной энергии лазера от энергии накачки в режиме моноимпульса На базе теоретической модели разработана экспериментальная модель лазерного излучателя. В качестве модулятора добротности использо- вался кристалл DKDP с пропусканием 92%. На рисунке 4 приведена экспериментальная зависи- мость энергии на выходе лазерного излучателя от накачки в режиме активной модуляции доб- ротности. При энергии накачки в 0.93 Дж энергия на выходе излучателя составила 195 мДж при дли- тельности импульса 6.6 нс. Расходимость на вы- ходе излучателя не превысила 0.7 мрад. Даль- нейший рост энергии накачки приводит к мини- мальному увеличению выходной энергии и росту расходимость излучения. При стартовой темпе- ратуре 18⁰С за полный рабочий цикл в 8 минут изменение расходимости не наблюдается. При температуре запуска в 20⁰С наблюдается рост расходимости в пределах 0.08 мрад, при темпе- ратуре запуска 23⁰С наблюдается значительный рост расходимости и изменения модового со- става в течении цикла работы, что связано со смещением спектра излучения матриц и пере- распределением поглощенной энергии накачки внутри активного элемента. Оптимальной с точки зрения стабильности параметров излуче- ния является работа матриц накачки с пиком излучения в пределах 804-806 нм, так как, с уче- том ширины спектра излучения 2.5 нм, эффек- тивный коэффициент поглощения энергии на- качки изменяется в пределах 10%. 1. Орехов К.А.Моделирование лазерного излучателя на основе Nd:YAG с пассивным охлаждением для измерения расстояний. – Приборы и методы измерений. 2016. – Т. 7, № 1. – С. 50-57 УДК 681.2.08 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СИГНАЛА ОТ ПОТЕНЦИАЛА КОМПЕНСАЦИИ В МЕТОДЕ КЕЛЬВИНА–ЗИСМАНА Пантелеев К.В., Свистун А.И., Жарин А.Л. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Динамический конденсатор Кельвина–Зис- мана широко применятся в устройствах различ- ного назначения: сканирующие зонды Кельвина (Scanning Kelvin Probe), устройства контроля поверхности при различных воздействиях (меха- ническая обработка, трение, температура, ад- сорбция/десорбция и т.д.), датчики газов и жид- костей и др. Принципы их построения доста- точно хорошо проработаны. Однако остаются и недостатки. К их числу относятся: высокая пре- дельная погрешность, длительное время одного измерения и низкая чувствительность. В методе Кельвина–Зисмана поверхности эта- лонного и измеряемого образца образуют кон- денсатор, между которыми измеряют контакт- ную разность потенциалов (КРП). Одна из об- кладок (как правило, эталонная) колеблется под действием электромеханического вибратора. Вследствие различия работ выхода электрона материалов обкладок конденсатора, он будет иметь заряд пропорциональный КРП: 𝑄 = 𝐶 φ1 − φ2 𝑒 = 𝐶𝑈КРП, (1) где: С – электрическая емкость конденсатора, φ1 и φ2 – работа выхода электрона поверхностей эталонного и измеряемого образца, соответст- венно, e – заряд электрона, 𝑈КРП – КРП. Периодические изменения емкости создают переменный ток в цепи динамического конден- сатора: Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 107 𝑖(𝑡) = 𝑈КРП 𝑑𝐶(𝑡)𝑑𝑡 . (2) Измерительная процедура заключается в по- даче на одну из пластин внешнего постоянного потенциала Uкомп для компенсации КРП. В случае полной компенсации переменный ток уменьшается до нуля (3), а по значению внешнего компенсирующего потенциала опреде- ляют КРП. 𝑖(𝑡) = (𝑈КРП + 𝑈комп)𝑑𝐶(𝑡)𝑑𝑡 = 0. (3) В современных измерительных системах, по- тенциал компенсации вырабатывается автомати- чески с помощью специальных приборов (фазо- вые детекторы (Lock-in) и интеграторы). Как и в любой следящей системе, точность измерения КРП зависит от постоянной времени цепи обрат- ной связи, которая включает интегратор. На практике время установления нулевого сигнала достигает несколько секунд. Скорость измерения имеет существенное значение в системах скани- рования потенциала поверхности. Кроме того определение нулевой амплитуды сигнала 𝑖(𝑡) = 0, сопряжено с целым рядом по- грешностей (собственные шумы, электромагнит- ные наводки, паразитные динамические конден- саторы, образованные зондом и конструктив- ными элементами), которые в совокупности определяют чувствительность зонда. Сj – паразитные динамические конденсаторы, образованные вибрирующим зондом и элементами измерителя Рисунок 1 – Функциональная схема установки для исследования параметров компенсационной зависимости измерительного сигнала от потенциала компенсации Если рассматривать динамический конденса- тор Кельвина-Зисмана, как идеальный, то урав- нение (3), описывающее переменный ток в цепи, можно представить в виде линейной функции: 𝑖(𝑡) = 𝑎 + 𝑏𝑈комп, (4) где 𝑎 = 𝑈крп d𝐶d𝑡 , 𝑏 = d𝐶d𝑡 . В этом случае, задача определения нулевой амплитуды сигнала сводится к решению про- стого линейного уравнения. Исследования в рамках модели формирования зависимости выходного сигнала от потенциала компенсации проводили на специально разработанном макете, функциональная схема которого приведена на рисунке 1. Макет включает динамический конденсатор, источник постоянного потенциала компенсации и имитатор КРП. Подавая поочередно фиксированные значения потенциала компенсации (B1…Bn) на одну из обкладок измерительного динамического конденсатора, можно построить зависимость переменного сигнала на выходе от потенциала компенсации, т.е. Uвых = f (Uкомп) (рисунок 2). Рисунок 2 – Схематичное представление компенсационная зависимость выходного сигнала от потенциала компенсации (а) при фазовом (б) и амплитудном (в) детектировании Исследования показали (рисунок 2), что при использовании фазового детектирования выход- ной сигнал линейно уменьшается с приближе- нием напряжения компенсации Uкомп к КРП UКРП (ветвь a). В идеальном случае, ветвь а пересекает ось абсцисс в точке (Uкомп + UКРП = 0). При даль- нейшем повышении напряжения компенсации, полярность пластин конденсатора изменяется на противоположную, и, соответственно, фаза вы- ходного сигнала изменяется на 180о (ветвь б). В случае амплитудного детектирования (ветвь в) выходной сигнал после достижения нуля линейно возрастает, и компенсационная зависимость приобретает характерный V-образ- ный вид. Таким образом, ветви б и в зависимости симметричны относительно оси абсцисс. Полу- чить идеальную V-образную компенсационную зависимость практически невозможно (рисунок 2). В окрестности точки компенсации из-за влия- ния паразитных факторов соотношение сиг- нал/шум становится меньше единицы. Таким образом, существует область неопределенности и значительная погрешность. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 108 Следует учитывать, что вклад в соотношение сигнал/шум будут вносить как постоянные по- грешности (собственные шумы, различные элек- тромагнитные наводки и др.), не зависящие от точки компенсации, так и зависящие от потен- циала компенсации составляющие погрешность от паразитных КРП [1]. Тогда минимальное зна- чение Un (рисунок 2) до которого можно ском- пенсировать выходной сигнал и, следовательно, погрешность измерения КРП будет являться функцией от потенциала компенсации. Для экспериментального уточнения зависи- мости минимальной погрешности от потенциала компенсации необходимо построить функцию Un = f (Uкомп). Это удобно сделать с помощью дополнительного источника постоянного потен- циала, имитирующего КРП (рисунок 1). При этом для исключения влияния паразитных элек- тромагнитных наводок, измерение Un необхо- димо осуществлять на частоте модуляции емко- сти динамического конденсатора. Результаты моделирования для измеритель- ной установки КРП с коэффициентом преобразо- вания совместно с коэффициентом усиления (КА = 200) приведены на рисунке 3. Минимальная погрешность составила 1 мВ при потенциале компенсации 100 мВ. Настоящая методика может быть использо- вана непосредственно при построении измери- тельных установок КРП, когда требуется прора- ботка схемотехнического дизайна и взаимного расположения элементов конструкции зонда. В частности, по известной зависимости Un = f (Uкомп) может быть уменьшено влияние паразитных динамических емкостей и последовательное устранение электромагнитных наводок. Также можно зафиксировать потенциал компенсации в области минимальной погрешности и компенсировать выходной сигнал с помощью дополнительного источника постоянного потенциала. Рисунок 3 – Зависимость некомпенсируемого сигнала от потенциала компенсации С другой стороны, зная параметры линейной зависимости выходного сигнала от потенциала компенсации в режиме «большого», когда соот- ношение сигнал/шум высоко, можно методом линейной аппроксимации вычислить нулевую амплитуду сигнала. В этом случае погрешность от неполной компенсации может быть полно- стью исключена и, следовательно, исключена область неопределенности, имеющаяся в тради- ционных установках для измерения КРП по ме- тоду Кельвина-Зисмана. 1. Жарин, А.Л. Метод контактной разности по- тенциалов и его применение в трибологии. – Мн.: Бестпринт, 1996. – С. 235. УДК 681.2.08 УПРАВЛЕНИЕ РАССТОЯНИЕМ МЕЖДУ ОБКЛАДКАМИ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА В МЕТОДЕ КЕЛЬВИНА–ЗИСМАНА Пантелеев К.В., Тявловский А.К., Жарин А.Л. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Динамический конденсатор Кельвина–Зис- мана, является одним из наиболее чувствитель- ных методов измерения контактной разности потенциалов (КРП) между поверхностями эта- лонного и измеряемого образца. Хорошо из- вестно, что на КРП оказывают существенное влияние изменения химического и фазового со- става, атомарные дефекты, деформационные процессы в материале поверхностного слоя, де- сорбция и адсорбция атомов и молекул из окру- жающей среды. Поэтому измерения пространст- венного распределения поверхностного потен- циала находят широкое применение в практике фундаментальных и прикладных исследований. Пространственное разрешение метода в ос- новном ограничивается размером эталонной по- верхности зонда. Как правило, ее поперечные размеры не превышают 1 мм. Емкость динамиче- ского конденсатора при этом мала и, соответст- венно, мал ток в цепи. Из-за влияния ряда пара- зитных факторов, уменьшается и чувствитель- ность измерений. В тоже время, погрешность измерения КРП методом Кельвина-Зисмана сильно зависит от расстояния между поверхно- стями зонда и измеряемым образцом [1]. Это связано с перераспределением соотношения сиг- нал/шум. Для компенсации данного эффекта расстояние между обкладками динамического конденсатора должно быть минимально допус- тимым и неизменным во всем цикле сканирова- ния поверхности. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 109 Известны несколько способов управления расстоянием между обкладками измерительного динамического конденсатора [2]. Как правило, они предусматривают использование дополни- тельных контрольно-измерительных приборов. Это накладывает соответствующие ограничения на метод. В настоящей работе на основе метода цифрового измерения КРП [3], предложен новый способ управления расстоянием. Ток в цепи динамического конденсатора опи- сывается уравнением 𝑖(𝑡) = (𝑈КРП + 𝑈комп)𝑑𝐶(𝑡)𝑑𝑡 , (1) где UКРП – КРП между поверхностями зонда и измеряемого образца, Uкомп – потенциал компен- сации, С – электрическая емкость конденсатора. Модуляция расстояния между обкладками динамического конденсатора описывается гар- моническим законом 𝑑(𝑡) = 𝑑𝑜 + 𝑑𝑚𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡), (2) где d0 – расстояние между обкладками динамиче- ского конденсатора; dm – амплитуда вибрации; ⍵ – циклическая частота вибрации, Тогда временная зависимость электрической емкости динамического конденсатора будет опи- сываться выражением 𝐶(𝑡) = 𝜀𝑆 𝑑(𝑡) = 𝜀𝑆𝑑𝑜 + 𝑑𝑚𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡) , (3) где ε – диэлектрическая проницаемость среды, S – площадь эталонной поверхности динамиче- ского конденсатора. С учетом (3) выражение (1) примет вид 𝑖(𝑡) = (𝑈КРП + 𝑈комп) 𝜀𝜔𝑆𝑑𝑚𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)(𝑑𝑜 + 𝑑𝑚𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡))2. (4) Как отмечалось ранее, динамический конден- сатор подвержен влиянию ряда паразитных фак- торов. Наиболее существенно и практически не устранимо влияние паразитных динамических конденсаторов, образованных вибрирующим зондом и конструктивными элементами измери- тельной головки. В этом случае паразитный сиг- нал имеет ту же частоту ⍵ и близкую по порядку величины амплитуду Um, что и полезный сигнал. Тогда потенциал, приложенный к динамиче- скому конденсатору для компенсации КРП, бу- дет определяться выражением 𝑈(𝑡) = 𝑈комп + 𝑈𝑚𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡). (5) С учетом (5) выражение (4) примет вид 𝑖(𝑡) = (𝑈КРП + 𝑈комп) 𝜀𝜔𝑆𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)(𝑑𝑜 + 𝑑𝑚𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡))2 + (6) +�𝑈комп + 𝑈𝑚𝑗�𝜀𝜔𝑆 𝜕𝜕(𝑡) � 𝜀𝑆𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)𝑑𝑜𝑗 + 𝑑𝑚𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡)�, где индекс j относится к элементам конструкции измерительной головки, Umj – паразитная КРП; d0j – расстояние между эталонной поверхностью динамического конденсатора и j-им элементом. Полагая, что d0 и d0j >> dm, выражение (6) по- сле дифференцирования может быть упрощено до вида 𝑖(𝑡) = �𝑈комп + 𝑈крп�𝜀𝜔𝑆 𝑑𝑚 𝑑𝑜 2 + (7) +(𝑈комп + 𝑈𝑚𝑗)𝜀𝜔𝑆 𝑑𝑚 𝑑𝑜𝑗 2 . В выражении (7) первое и второе слагаемое описывают амплитуды полезного и суммарного паразитного сигнала с динамического конденса- тора, соответственно. Можно показать, что воз- никающая при изменении расстояния между поверхностями зонда и измеряемого образца дополнительная погрешность связана с перерас- пределением соотношения полезного и суммар- ного паразитного сигналов. В соответствии с выражением (7), изменение расстояния d0 приводит к соответствующему изменению амплитуды выходного сигнала. Эта зависимость положена в основу предлагаемого способа управления расстоянием между зондом и поверхностью измеряемого образца в методе цифрового измерения КРП. Цифровой метод измерения КРП (рисунок 1) подробно описан в работе [3]. Он основан на математическом вычислении параметров ком- пенсационной зависимости измерительного сиг- нала от потенциала компенсации при поочеред- ном определении амплитуд сигнала А1 и А2 при заданных значениях потенциалов компенсации В1 и В2, соответственно. Далее КРП рассчитыва- ется из уравнения прямой, проходящей через две несовпадающие точки А1(В1) и А2(В2). Рисунок 1 – Принцип цифрового измерения контактной разности потенциалов по методу Кельвина–Зисмана. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 110 При изменении расстояния Δd = d0⍺ – d0β (ри- сунок 2) между поверхностями эталонного и из- меряемого образца (рисунок 2) изменяются ам- плитуды измерительного сигнала A1 и А2. При этом КРП и, следовательно, потенциал компенса- ции остаются неизменными. В этом случае разность между тангенсами уг- лов наклона зависимости измерительного сиг- нала от потенциала компенсации находится в обратной зависимости от изменения расстояния Δd между обкладками динамического конденса- тора: 𝑡𝑔𝛼 − 𝑡𝑔𝛽 = 𝜀𝜔𝑆𝑑𝑚 � 1𝑑𝑜𝛼2 − 1𝑑𝑜𝛽2 �, (8) где ⍺ и β – углы наклона компенсационной зави- симости от расстояния между обкладками кон- денсатора d0⍺ и d0β, соответственно. В цифровом методе измерения КРП измене- ние расстояния Δd рассчитывается одновременно со значением КРП в едином измерительном цикле. Предложенный способ позволяет измерять геометрический профиль поверхности непосред- ственно в процессе сканирования потенциала поверхности, а также осуществлять автопод- стройку расстояния d0 и автоподвод измеритель- ного зонда к поверхности измеряемого образца. Рисунок 2 – Принцип цифрового определения изменения расстояния между поверхностями эталонного и измеряемого образцов по параметрам компенсационной зависимости 1. Wicinski, M. Lateral resolution in scanning Kel- vin probe microscopy / M. Wicinski, W. Burgstaller, A. W. Hassel // Corrosion Science. – 2016. – Vol. 104. – P. 1–8. 2. Blott, B.H. A two frequency vibrating capacitor method for contact potential difference meas- urement / B.H. Blott, T.J. Lee // Journal of Physics E: Scientific Instruments. – 1969. – Vol. 2, № 9. – P. 785–788. 3. Пантелеев К.В. Цифровой измеритель контактной разности потенциалов / К.В. Пан- телеев, А.И. Свистун, А. К. Тявловский, А.Л. Жарин // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7, № 2. – С. 136–144. УДК 681.2.08 ИЗМЕРЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЦИФРОВЫМ ЗОНДОМ КЕЛЬВИНА Пантелеев К.В.1, Дубаневич А.В.1, Жарин А.Л.1, Кравцевич А.В.2, Шашура Л.И.2 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2Гродненский филиал «Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения» ГНУ «Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси» Гродно, Республика Беларусь Традиционно, в случае высокоомных мате- риалов, зонд Кельвина применяют для измерения эффективной поверхностной плотности заряда. Этот параметр является интегральным, т.е. со- держащим информацию о суммарном поверхно- стном и объемном потенциале (заряде). На прак- тике особый интерес представляет их разграни- чение, которое при отсутствии априорной информации о природе потенциала провести крайне трудно. Дополнительную информацию о том является ли потенциал поверхностным или объемным можно получить в случае контролируемой ста- тической электризации. В общем случае механизмы статической электризации могут быть связаны с непосредст- венным осаждением или внедрением в объем поверхностного слоя заряженных частиц при воздействии ионными пучками и/или электриче- скими разрядами. Другим механизмом является внешнее и внутреннее трение, например, при деформации твердого тела. Естественный техни- ческий характер последних вызывает самостоя- тельный практический интерес, например, при производстве и эксплуатации электретов, изоля- торов аэрокосмической аппаратуры, композитов на основе полимеров для пищевой промышлен- ности и т.д. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 111 Применение зонда Кельвина в качестве диаг- ностического и аналитического инструмента при исследовании электростатического поверхност- ного потенциала диэлектриков является весьма перспективным. Так при работе совместно со сканирующими системами (Scanning Kelvin Probe) зонд Кельвина позволяет поучить инфор- мацию о пространственном распределении по- тенциала по относительно большой площади поверхности с микрометровым пространствен- ным разрешением. Метод Кельвина основан на измерении кон- тактной разности потенциалов (КРП), возни- кающей в воздушном зазоре конденсатора, обра- зованного измеряемой поверхностью и эталон- ным зондом. Традиционный метод является нулевым, что требует подачи на эталонный обра- зец потенциала компенсации, равного потен- циалу измеряемой поверхности. В случае стати- ческой электризации, потенциал на диэлектрике может достигать значительных величин, дохо- дящих до десятков и сотен вольт. В этом случае скомпенсировать высоковольтную КРП оказыва- ется трудно выполнимым. Поэтому ранее приме- нение традиционного зонда Кельвина для изме- рения электростатического потенциала высоко- омных материалов было ограничено [1]. В настоящей работе разработан новый метод и алгоритмы измерения КРП. Для его реализации используется микропроцессорный зонд Кельвина [2], разработанный в НИЛ ПТ БНТУ. Метод так называемого «цифрового» измере- ния позволяет определять КРП в широком диапа- зоне возможных потенциалов измеряемого об- разца, что делает его применимым для исследо- вания электростатического потенциала высокоомных материалов. При этом на эталон- ный образец подаются потенциалы компенсации разумной величины, не превышающие 10 вольт. Суть метода заключается в математическом вычислении нулевого уровня сигнала из прямой ветви компенсационной зависимости, проходя- щей через точку, равную КРП (рисунок 1). Для определения параметров компенсационной зави- симости выходного сигнала, микропроцессору достаточно задать, как минимум, два различных напряжения компенсации (B1 и B2), определить соответствующие амплитуды переменных вы- ходных сигналов (А1 и А2) при заданных напря- жениях компенсации, и далее из уравнения пря- мой, проходящей через две не совпадающие точки, вычислить потенциал компенсации при нулевом уровне сигнала. Рисунок 1 – Схематичное представление метода измерения высоковольтного электростатического потенциала (до нескольких сотен вольт) микропроцессорным зондом Кельвина Предложенный метод обладает рядом пре- имуществ по сравнению с традиционным мето- дом измерения КРП: – зонд Кельвина работает в области «боль- ших» сигналов, когда соотношении сигнал/шум высоко. Это априори повышает точность изме- рения КРП, а также исключает область неопре- деленности, имеющуюся в традиционных анало- говых зондах Кельвина. – выходной сигнал в виде массива точек мо- жет быть обработан в режиме реального времени средствами DSP (Digital Signal Processor) для дополнительного подавления шумов и паразит- ных гармоник, а также для статистического вы- числения амплитуды (среднеквадратического значения или амплитудного значения спектраль- ной линии сигнала после FFT (Fast Fourier Transform)). Что в значительной степени позво- ляет повысить точность определения параметров компенсационной зависимости и, следовательно точность измерения КРП. – отсутствует необходимость определения нулевого уровня сигнала и интеграции, для авто- компенсации измеряемой величины, что значи- тельно уменьшает время измерений и исключает погрешности следящей системы и аналого-циф- рового преобразования КРП. Измерительный цикл для случая измерения электростатического заряда состоит из двух по- следовательных определений амплитуды выход- ного сигнала при первом и втором значениях напряжения компенсации с последующим вы- числением КРП. При этом напряжения компен- сации и модуляция периодических колебаний измерительного зонда задаются микроконтрол- лером с помощью соответствующего драйвера. Обобщенный алгоритм приведен на рисунке 2. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 112 Рисунок 2 – Измерительный алгоритм микропроцессорного зонда Кельвина Результаты экспериментальных исследований приведены на рисунках 3 и 4. В качестве опыт- ных образцов использованы сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) и композит на основе СЭВА с содержанием в качестве проводящей фазы 5 мас.% углеродного наноматериала (УНМ). Образцы полученны в НИЦПР НАН Бе- ларуси. Рисунок 3 – Топология распределения электростатического потенциала у образца СЭВА Рисунок 4 – Топология распределения электростатического потенциала у композиционного образца на основе СЭВА с УНМ У образца СЭВА, характеризующегося ди- электрическими свойствами, электростатический потенциал находится в диапазоне от 200 до 280 мэВ. У композиционного образца СЭВА, напол- ненного УНМ (в качестве внутреннего антиста- тика), электростатический потенциал значи- тельно ниже и находится в диапазоне от 0 до – 80 мэВ. Следует отметить, что неоднородность рас- пределения пространственного заряда может характеризовать не только электрофизические свойства полимеров, но и неравномерность рас- пределения частиц проводящей фазы УНМ в композиционном материале. 1. Subrahmanyam A. The Kelvin Probe for Surface Engineering: Fundamentals and Design / A. Subrahmanyam, S. Kumar. – USA: CRC Press, 2010. – 200 p. 2. Пантелеев К.В. Цифровой измеритель контактной разности потенциалов / К.В. Пан- телеев, А.И. Свистун, А. К. Тявловский, А.Л. Жарин // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7, № 2. – С. 136–144. УДК 621.316.825 ТЕРМОРЕЗИСТИВНАЯ СИСТЕМА СВЧ ВАТТМЕТРА НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ НИОБИЕВЫХ НАНОСТОЛБИКОВ Плиговка А.Н., Луферов А.Н., Горох Г.Г. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск, Республика Беларусь, Современные терморезистивные элементы используются в качестве чувствительного эле- мента калориметрической системы преобразова- ния СВЧ мощности. Такая система может быть применена в составе эталонного измерителя мощности (ваттметра) [1]. В основу работы системы положен принцип преобразования мощности СВЧ сигнала в тепло- вую энергию с последующим измерением вели- чины изменения сопротивления терморезистора, которая пропорциональна падающей на него мощности СВЧ сигнала. В работах [2, 3] методом магнетронного на- пыления, электрохимического анодировании и Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 113 химического травления были изготовлены и опи- саны терморезистивные элементы на основе ок- сидных ниобиевых наностолбиков. Система пре- образования на их основе представляет собой выносной блок, соединенный с измерительным прибором (вольтметром), и содержит (рисунок 1а) два тонкостенных никелевых волновода W1 и W2, обращённых медью в нагрузочных частях Н1 и Н2. Волноводы впаяны в латунный корпус К1. а б а – конструкция преобразователя; б – объемная клиновидная поглощающая нагрузка Рисунок 1 – Калориметрический преобразователь СВЧ мощности Волноводы имеют размеры поперечного се- чения 2,4х1,2 мм и используются в диапазоне частот 78,33-118,1 ГГц. Преобразуемая мощность подается на волно- вод W2. Волновод W1 является опорным, и мощность СВЧ в него не поступает. Волновод W1 можно использовать для целей термокомпен- сации изменения температуры окружающей среды. На основной волновод W2 наклеен эпок- сидным клеем со слюдяной прокладкой экспери- ментальный терморезистор T1. Внутри основ- ного волновода W2 расположена объемная кли- новидная поглощающая нагрузка (рисунок 1б). Основной волновод W2 проходит через тек- столитовую трубку Т, приклеенную эпоксидной смолой и укрепленную винтами к корпусу К3, и заканчивается фланцем Ф, к которому присоеди- няется выходной фланец объекта измерения. Волноводы W2 и W1, впаянные в латунный кор- пус К1, вместе с тепловым экраном представ- ляют собой волноводный компенсатор, который заключен в дюралюминиевый стакан С, установ- ленный внутри дюралюминиевого корпуса К2. Корпус К2 на опорах О1 и О2 установлен на плите ПЛ внутри кожуха К3. Для измерения параметров терморезистивной системы используется следующее оборудование: 1. Генератор сигналов высокочастотный программируемый Г4-161; 2. Ваттметр поглощаемой мощности М534; 3. Аттенюатор поляризационный; 4. Вольтметр В7-34А. Для привязки значения сопротивления термо- резистора к уровню падающей мощности была собрана схема, состоящая из генератора, атте- нюатора и ваттметра поглощаемой мощности. На генераторе был выставлен максимальный уро- вень мощности. Частота выходного сигнала равна 95 ГГц. Значение ослабления аттенюатора установлено в положение 0 дБ. При помощи ваттметра поглощаемой мощности была изме- рена величина мощности входного сигнала СВЧ. Для измерения сопротивления терморези- стора в зависимости от уровня входной СВЧ мощности к выходу аттенюатора была подклю- чена исследуемая преобразовательная система, содержащая экспериментальный терморезистив- ный элемент. Управляя ослаблением аттенюа- тора измерялась падающая на систему мощность, и при помощи вольтметр измерялось значение сопротивления терморезистора. Из рисунка 2 видно, что показания ваттметра достигают величины в 90% от максимальной за период 15,5 секунд, и 99% за период 40 секунд. Исходя их этих данных, применение такого типа системы в ваттметрах СВЧ общего назначения является затруднительным. Однако можно сде- лать вывод о возможности применения таких терморезистивных чувствительных элементов в приёмных преобразователях для эталонных пре- цизионных ваттметров, и установок хранения единицы мощности [4]. Может быть предложена следующая струк- турная схема построения эталонного прецизион- ного ваттметра, использующего чувствительный элемент в форме терморезистора на основе ок- сидных ниобиевых наностолбиков (рис. 3). Для реализации такой системы преобразова- ния используются два тонкостенных никелевых волновода толщиной 0,05 мм. Волноводы впаяны в латунный корпус. Пассивная термостабилиза- ция обеспечивается алюминиевыми оболочками, окружающими корпус, и заполнением внутрен- него пространства корпуса теплоизоляционным наполнителем. Элементы электрической схемы установлены на волноводных насадках и на пе- чатной плате [2]. На основной и вспомогатель- ный волноводы наклеены эпоксидным клеем со слюдяной прокладкой терморезисторы и рези- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 114 стивные нагреватели, представляющие собой диски диаметром 2,5 и толщиной 0,1-0,15 мм. Выводы элементов припаяны к контактам на печатной плате. Внутри основного волновода расположена объемная клиновидная поглощаю- щая нагрузка. Основной волновод проходит че- рез текстолитовую трубку, посаженную на эпок- сидной смоле и укрепленную винтами к корпусу, и заканчивается соединительным фланцем, к которому присоединен входной волноводный переход [4]. а б Рисцнок 2 – Зависимость поглощаемой мощности от времени отклика преобразователя при подаче на вход ваттметра мощности СВЧ величиной 10 мВт на частоте 95 ГГц (а) и сопротивления терморезистора от входной мощности ваттметра (б) Рисунок 3 – Распределение температурного поля в конструкции сенсора на двухслойной мембране Построение такой системы должно базиро- ваться на терморезисторах с линейной характе- ристикой преобразования в максимально широ- ком диапазоне температуры с целью расширения динамического диапазона измерителя мощности, чем и обладают терморезисторы на основе ок- сидных ниобиевых наностолбиков (рис. 2, б). Уникальность терморезисторов на основе нио- биевых оксидных наностолбиков заключается в возможности изменять их морфологию, нано- геометрию и состав путем корректировки усло- вий формирования, тем самым получая требуе- мые электрофизические характеристики. 1. Vopalens M. et al. // Sensors and Actuators A. 123, 303. (2005). 2. А.Н. Плиговка и др. / В сб. науч. ст. Наност- руктуры в конденсированных средах. Ин-т тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, Минск. (2015). С. 120. 3. А.Н. Плиговка и др. / В сб. тез. докл. V Всероссийского конгресса молодых ученых. Ин-т тепло- и массообмена, Санкт- Петербург. (2016). http://openbooks.ifmo.ru/ru/file/3197/3197.pdf. 4. Гусинский А.В. и др. // Метрология и приборо- строение. 3, 12 (2010). Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 115 УДК 535.37 СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЦВЕТОКОНТРАСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИЗУАЛИЗАТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ РАСТВОРОВ КРАСИТЕЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ КИСЛОТНЫЕ ДОБАВКИ Попечиц В.И. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь Растворы органических красителей в органи- ческих и неорганических растворителях, а также в полимерных матрицах обладают интенсивными полосами поглощения в оптической области спектра, что указывает на возможность их при- менения в качестве визуализаторов ионизирую- щих излучений [1, 2]. При воздействии ионизирующего излучения на растворы красителей происходит их необра- тимое обесцвечивание, вызванное взаимодейст- вием молекул красителей с кислородсодержа- щими радикалами и ион-радикалами, образую- щимися в результате радиолиза растворителей [3, 4]. Многокомпонентные растворы красителей при воздействии ионизирующего излучения мо- гут изменять цвет, что позволяет визуально оп- ределить величину радиационной дозы, исполь- зуя предварительно построенную цветовую гра- дуировочную шкалу [5 – 8]. В данной работе исследовано влияние ки- слотных добавок (на примере ортофосфорной кислоты – H3PO4) на спектральные и цветокон- трастные характеристики трехкомпонентных растворов органических красителей, используе- мых в качестве визуализаторов рентгеновского и гамма излучения. В качестве растворителя ис- пользовалась дистиллированная вода, в которой растворялись два красителя: один поглощал свет в длинноволновой области видимого диапазона длин волн, другой – в коротковолновой. Пока- зано, что кислотные добавки позволяют умень- шить время облучения растворов для регистра- ции радиационной дозы и улучшить цветокон- трастные характеристики растворов. Первоначально была исследована химическая стойкость ряда двухкомпонентных водных рас- творов красителей, перспективных для использо- вания в качестве компонентов визуализаторов ионизирующих излучений. Концентрация рас- творов красителей составляла 3,5·10-5 моль/л. К 15 мл водного раствора красителя данной кон- центрации добавлялось 2 мл ортофосфорной кислоты. Спектры поглощения растворов краси- телей, содержащих кислотную добавку, записы- вались через определенные промежутки времени на спектрофотометре РV 1251 "Solar". Чтобы исключить фотохимическую деструкцию краси- телей, растворы хранились в полной темноте, при комнатной температуре. Для исследования влияния ортофосфорной кислоты на спектральные и цветоконтрастные характеристики облученных растворов были приготовлены трехкомпонентные водные рас- творы красителей. Смешивались 10 мл водного раствора красителя, поглощающего в длинно- волновой области видимого спектра (концентра- ция 3,5·10-5 моль/л), и 10 мл водного раствора красителя, поглощающего в коротковолновой области, такой же концентрации. В полученный трехкомпонентный раствор добавлялись 4 мл воды или 4 мл ортофосфорной кислоты, соответ- ственно. Облучение трехкомпонентных раство- ров, содержащих и не содержащих кислотную добавку, проводилось в пластиковых кюветах на рентгеновской установке «Дрон 2М», при мощно- сти тока, проходящего через рентгеновскую трубку, 200 Вт (напряжение – 20 кВ, ток – 10 мА), при этом соблюдался одинаковый способ установки кювет, для того, чтобы обеспечивать одинаковые условия облучения каждого рас- твора. Облучение производилось в течение 15 минут. Затем на спектрофотометре РV 1251 "So- lar" записывались спектры поглощения облучен- ных растворов. В качестве примера на рис. 1 приведены зави- симости интенсивности максимумов спектров поглощения водных растворов некоторых краси- телей, содержащих кислотную добавку, от вре- мени хранения, из которого видно, что по хими- ческой стойкости к кислотной добавке красители можно условно разделить на три группы: отно- сительно стойкие – концентрация исходного красителя со временем уменьшается незначи- тельно (кривые 1, 2), среднестойкие (кривые 3, 4), не стойкие (кривые 5, 6). Для приготовления визуализаторов ионизирующих излучений на основе многокомпонентных растворов красите- лей, активированных кислотными добавками, следует использовать красители первой группы. В качестве примера на рис. 2 представлены спектры поглощения двух облученных трехком- понентных растворов, содержащих и не содер- жащих кислотную добавку. Из рис. 2 видно, что скорость радиационной деструкции красителей в растворах, содержащих добавку ортофосфорной кислоты возрастает. Это можно объяснить при- сутствием в растворе анионов, которые при ра- диолизе раствора образуют кислородсодержащие 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 116 радикалы и ион-радикалы, обладающие высокой химической активностью. Взаимодействие по- следних с молекулами красителей приводит к нарушению π–электронной цепи сопряжения и смещению полос поглощения этих продуктов реакции в УФ-область спектра, что способствует уменьшению интенсивности длинноволновых полос поглощения растворов в видимой области спектра. Рисунок 1 – Зависимость нормированной интенсивности поглощения в максимуме длинноволновой полосы (D/D0) водного раствора метилового оранжевого (1), кислотного желтого светопрочного (2), эозина натрия (3), малахитового зеленого (4), кислотного алого (5), кислотного ярко голубого (6) с добавлением ортофосфорной кислоты от времени хранения раствора в темноте 300 400 500 600 700 800 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 D λ,нм 1 2 Рисунок 2 – Спектры поглощения трехкомпонентного водного раствора кислотного алого (λmax = 525 нм) и метиленового голубого (λmax = 670 нм) после облучения рентгеном (1), с добавлением ортофосфорной кислоты (2) Полученные экспериментальные данные по- зволили сделать вывод о том, что скорость необ- ратимой радиационной деструкции красителей в водных растворах возрастает при добавлении в растворы ортофосфорной кислоты. Причем это возрастание скорости радиационной деструкции зависит от химической природы красителя, т.е. разное для каждого красителя. Следовательно, подбором красителей и добавлением в растворы ортофосфорной кислоты можно улучшить цвето- контрастные характеристики облученных рас- творов, что важно при применении трехкомпо- нентных растворов красителей в качестве детек- торов радиационной дозы, в частности при проведении неразрушающего радиационного контроля материалов и изделий. 1. Степанов, Б.И. Введение в химию и техноло- гию органических красителей / Б.И. Степа- нов – М.: Химия, 1977. – 448 с. 2. Бахшиев, Н. Г. Введение в молекулярную спектроскопию / Н.Г.Бахшиев // – Л.: Изд. ЛГУ, 1987. – 215 с. 3. Попечиц, В. И. Спектрально-люминесцент- ные характеристики гамма-облученных рас- творов трикарбоцианиновых красителей / В.И.Попечиц // Вестник БГУ. Сер. 1. 2002. № 3. С. 33 – 37. 4. Попечиц, В.И. Влияние гамма-облучения на спектры поглощения растворов кислотных красителей /В.И.Попечиц // Журнал приклад- ной спектроскопии. – 2003. – Т. 70, № 1. – С. 34 – 37. 5. Попечиц, В. И. Визуализаторы ионизирую- щего излучения на основе многокомпонент- ных растворов красителей / В.И.Попечиц // Проблемы инженерно-педагогического обра- зования в Республике Беларусь: Материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. в 2 ч. – Минск, 2012. Ч. 2. С. 128 – 133. 6. Попечиц, В. И. Дефектоскопия материалов и изделий с помощью многокомпонентных рас- творов красителей / В.И.Попечиц // Достиже- ния физики неразрушающего контроля: Сборник научных трудов Междунар. научно- технической конф., посвященной 50-летию Института прикладной физики НАН Беларуси / Институт прикладной физики. – Минск, 2013. – С. 284 – 289. 7. Попечиц, В. И. Визуализаторы ионизирую- щего излучения на основе многокомпонент- ных растворов красителей / В.И.Попечиц // Материалы, оборудование и ресурсосбере- гающие технологии: Материалы Междунар. науч.-технич. конф. (Могилев, 24-25 апр. 2014). Могилев, 2014. С. 147 – 148. 8. Попечиц, В. И. Влияние пероксида водорода на цветостойкость растворов органических красителей / В.И.Попечиц // Вестник БГУ. Сер. 1. 2015. № 1. С. 17 – 21. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 117 УДК 531.385 ИНДИКАТОРНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР НА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОМ ГИРОСКОПЕ Распопов В.Я. ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» Тула, Российская Федерация Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) по параметрам точности, массе, габаритам, потреб- ляемой энергии и динамическим характеристи- кам [1] остаются широко применяемыми датчи- ками угловой скорости при построении индика- торных гиростабилизаторов (ИГС) [2]. Предпочтительно использование ВОГ, построен- ных по схеме с замкнутым контуром [3]. На рис. 1 приведена структурная схема ВОГ с замкнутым контуром. Рис. 1. Структурная схема одноосного ВОГ с замкнутым контуром Структурная схема отображает последова- тельные преобразования входного сигнала (угло- вая скорость Ω) в выходной сигнал (напряжение 𝑈вых). Коэффициент передачи первого звена называется масштабным коэффициентом опти- ческого контура и определяется Kмок: 1 мок рад/с,/2 −λπ= cLDK , где L, D – длина оптоволокна и диаметр оптоволоконного контура; λ, с - длина волны и скорость света. Коэффициент преобразования фазы Саньяка в мощность излучения K0 (Вт/рад), поступающего на фотоприёмник, зависит от мощности излуче- ния излучателя, от потерь в оптическом тракте и его поляризационных характеристик. Фотопри- ёмник, как устройство преобразования сигнала, характеризуется чувствительностью KФП (А/Вт) и коэффициентом усиления KУ. Передаточная функция синхронного детектора может быть представлена апериодическим звеном первого порядка: , 1 1 )( СД СД + = sT sW (1) где TСД – постоянная времени (TСД<1/ωC); ωC – частота среза разомкнутой системы. После интегратора с коэффициентом пере- дачи KИ в прямой цепи формируется выходное напряжение Uвых, которое содержит информацию об измеряемой угловой скорости вращения Ω. Контур обратной связи замыкается через фазо- вый модулятор, на который подается пилообраз- ное напряжение, формируемое в электронном блоке с коэффициентом передачи KП. Фазовая амплитуда пилообразной модуляции автомати- чески поддерживается у значения 2π, а фаза Саньяка компенсируется пилообразным сигна- лом с частотой fк: fк = DΩ/nПλ, где Ω – измеряемая угловая скорость; nП – показатель преломления используемого во- локна. Коэффициент передачи фазового модуля- тора: рад/В,/ФМ ππ= UK , Uπ – полуволна напряжения. Передаточная функция ВОГ в соответствии с рис. 1 и с учётом (1) приводится к форме: ( ) , 12 1)( )( )( ВВ 22 В МВ МОКПЦСД МОКПЦвых ВОГ +ξ+ = = ++ = Ω = TsT K KKssT KK s sU sW (2) где ИСДУФП0ПЦ KKKKKK = – коэффициенты передачи прямой цепи; ПФМОС KKK = – коэффициент передачи обрат- ной связи; ОСПЦ СД В KK T T = ; ОСПЦСДВ 2 1 KKT=ξ ; ОСмокМВ KKK = – масштабный коэффициент ВОГ, определяемый по формуле: . 2 ПФМ МВ KKc LD K λ π = (3) В предположении независимости работы каналов стабилизации, на рис. 2 приведена структурная схема ИГС с ВОГ [2]. Рис.2. Структурная схема гиростабилизатора с ВОГ по одному каналу (Kдс1, Kу1 – коэффициенты передач двигателя и усилителя в цепи стабилизации) 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 118 Передаточная функция гиростабилизатора в соответствии с рис. 2. и с (2) имеет вид: ( ) ( )[{ ( ) ( )]}.2 2 12 )( )( У1ДС1МВВРВВ 2 РВВВ 32 В ВВ 22 В Р KKKbsbTA sbTATsATs TsT sM s ++ξ++ ++ξ+ ÷+ξ+= α (4) Из (4) следует, что в установившемся режиме гиростабилизатор с ВОГ, как и с любым другим датчиком угловой скорости, имеет дрейф со ско- ростью: ( )У1ДС1МВРДР KKKbM +=ω=α . Имея в виду температурную зависимость ве- личины KМВ [4], следует ожидать и зависимость дрейфа гиростабилизатора от температуры. Предположим, что все звенья в цепи стабили- зации безинерционные, за исключением плат- формы и рамы, тогда для качественной оценки поведения гиростабилизатора с ВОГ на качаю- щемся основании можно применить отношение: ( ) ( ) Р2РМВР2 Р 2 Р 2 )( )( hisKiKbAs hsJi s s +++ + −= γ α (5) где А – момент инерции ИГС относительно оси подвеса; РJ – осевой момент инерции двигателя стабилизации; i – коэффициент передачи редуктора; РР ,hb – коэффициенты вязкого трения в осях подвеса платформы ИГС и в подшипниках ро- тора двигателя; РK – коэффициент передачи по каналу стабилизации; γ – угол качки основания; α – угол поворота платформы ИГС. Отношение (5) можно использовать для предварительного частотного анализа поведения гиростабилизатора на качающемся основании. 1. Лукьянов, Д.П., Распопов, В.Я., Филатов, Ю.В. Прикладная теория гироскопов. Учебник.- СПб.: ГНЦ РФ – ОАО «ЦНИИ «Электропри- бор», 2015. – 315 с. 2. Распопов, В.Я. Теория гироскопических сис- тем. Гиростабилизаторы. Тула: Издательство ТулГУ, 2016. – 388с. 3. Интерферометрические волоконно-оптиче- ские гироскопы с линейным выходом. При- луцкий, В.Б. и др.//Сб. материалов XI Санкт- Петер-бургской Международной конферен- ции по интегрированным навигационным системам. – СПб., 2004. – С. 129-136. 4. Распопов, В.Я. Микромеханические приборы.- М.: Машиностроение, 2007.- 399 с. УДК.628.984 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ Савкова Т.Н., Кравченко А.И., Колесник Ю.Н. Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого Гомель, Республика Беларусь Изменение принципов конструирования све- товых осветительных приборов с использова- нием светодиодов (СД) продиктовано физиче- скими процессами полупроводников. Одним из основных способов создания надёжных и эффек- тивных светодиодных проборов основан на па- раллельном планировании тепловых, электриче- ских, оптических и спектральных свойств источ- ника освещения [1]. Важнейшая проблема при проектировании световых приборов с СД – обеспечение требуе- мого теплового режима СД. Большинство пара- метров СД, в основном определяющие их пре- восходство над другими источниками света – срок службы и световая отдача – сильно зависят от температуры активной области. Превышение температуры « p-n» – перехода ведёт к уменьше- нию светового потока и ускоренной деградации кристалла. На температуру перехода влияет путь распределения тепла между переходом и окру- жающей средой (определяется тепловым сопро- тивлением), мощность рассеивания светодиода, температура окружающей среды, а также ток питания [2,3]. Существует несколько способов определения температуры активной области светодиодов. Методы, основанные на зависимости прямого напряжения светодиода от температуры [4] – [8], являются косвенными, контактными, требующие калибровочных измерений. По методу [9], температура « p-n» – перехода определяется по смещению спектрального мак- симума излучения в область коротких длин волн при повышении температуры. Данный способ характеризуется большой погрешностью из-за наличия шумов и возможной интерференции в спектре излучения СИД. Отличительной особен- ностью метода [10], является определение зави- симостей длины волны от температуры для за- данных точек в выбранной длинноволновой Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 119 части спектра излучения светодиода. Еще один метод основан на применении ра- мановской спектроскопии, с помощью которой может быть определена температура различных слоев структуры [11]. Для светодиодов, у кото- рых в качестве подложки используется сапфир, температура может быть определена с помощью оптического измерения длин волн линий, излу- чаемых хромом (Cr3+), который находится в подложке в виде примеси [12]. Целью данной работы является разработка метода определения тепловых характеристик мощных светодиодов (СД): мощности тепловых потерь, температуры « p-n» – перехода, тепло- вого сопротивления и т.д. Определение тепловых характеристик СД проводились с использованием эксперименталь- ной установки (рис.1), основными элементами которой являются: калориметр, микроконтрол- лер, блок питания и персональный компьютер. Рисунок 1 – Блок–схема экспериментальной установки для определения тепловых характеристик СД: МК – микроконтроллер, БП – блок питания, СД – светодиод (ARPL– 3W6000), ПК – персональный компьютер В калориметр устанавливали радиатор в форме усечённой сферы из металла с высокой теплопроводностью с закреплённым на нём СД. Съёмная крышка калориметра имела технологи- ческое отверстие для вывода светового излуче- ния СД. Измерение температуры осуществлялось термопарами, установленными на излучающей поверхности, корпусе и подложке СД, радиаторе, а также на корпусе калориметра. Управление блоком питания, измерение ЭДС термопар, первичная обработка результатов из- мерений, а также передача этих данных в ПК осуществлялась программируемым микрокон- троллером «Arduino». Измерения температуры проводились при то- ках от 0,1 – 1,0 А через « p-n» – переход СД. По измеренным температурам элементов по- верхности СД, радиатора и калориметра на осно- вании закона Стефана–Больцмана и формулы Ньютона определялась энергия теплового излу- чения и энергия, уносимая конвекционным пото- ком. В целом, энергия тепловых потерь ««p-n» – переход – окружающая среда» при установлен- ном токе в условиях стационарного режима за время измерения определилась соотношением: CBSJТ QQQQQ +++= ′ , (1) где JQ ′ , SQ , BQ и CQ – тепловые потери энергии с поверхности линзы, корпуса, подложки СД и радиатора. Тепловая энергия, приходящая от активной области (АО) и рассеиваемая поверхностями линзы и корпуса СД (других элементов) на ос- новании закона Фурье в условиях стационарного режима определяется соотношениями: tTT d S Q JJ JJ JJJ JJ ⋅−⋅ ⋅ = ′ ′ ′′ ′ )( λ (2) и ,)( tTT d S Q SJ JS SJS JS ⋅−⋅ ⋅ = λ (3) где JJ ′λ и JSλ – теплопроводность среды, запол- няющей пространство между активной областью и поверхностями линзы и корпуса СД; JS ′ и SS – площадь поверхностей линзы и корпуса СД; JJd ′ и JSd – средние расстояния от АО СД до поверхности линзы и корпуса; ,JT JT ′ и ST – температуры « p-n» – перехода, поверхности линзы и корпуса, соответственно; t – время изме- рения. Записав эти соотношения для двух токов 1I и 2I , после несложных вычислений, получим температуры АО 1JT и 2JT : 122221 JJJJ TTnTnT ′′ +⋅−⋅= и 12 212211 2 nn TnTnTT T JSSJJ − ⋅−⋅+− = ′′ , (5) где 2 1 1 J J Q Q n = и . 2 1 2 S S Q Q n = Рассчитанные величины энергии (мощности) тепловых потерь и температуры АО СД позво- ляют определить ряд составляющих теплового сопротивления СД, энергетический выход, энер- гию и мощность светового излучения. Так, для токов А35.01 =I и А7.02 =I через « p-n» – пере- ход СД (ARPL–3W6000): мощности тепловых потерь составили – 0.67 и 1.65Вт; мощности све- тового излучения – 0.41 и 0.75Вт; энергетическая эффективность – 38% и 31%; температуры АО – 85 и 149 0С; тепловое сопротивление «АО – ок- ружающая среда» – 84 и 730С/Вт, соответст- венно. Погрешность определения тепловых па- раметров СД составила порядка 10%. Таким образом, предложен калориметриче- ский метод определения тепловых характеристик мощных светодиодов, который может быть ис- пользован для контроля их качества, а также при проектировании осветительных устройств. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 120 1. Менжини, М. Разработка надежных светодиодных источников освещения / М. Менжини, Г. Менжессо, Э. Занони, М. Да Лаго, Н. Тривеллин // Полупроводниковая светотехника, – 2013, №5, – С. 61–64. 2. Миранович, В. Мощные светодиоды: особенности применения, проблемы и методы решения на примере светодиодов компании Prolight Opto Technology / В. Миранович, И. Филоненко // Электронные компоненты, – 2007, №6, – С. 45–49. 3. Xi Y. Junction–temperature measurement in GaN ultraviolet light–emitting diodes using diode forward voltage method / Y. Xi, E.F. Shubert // Appl. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 85. – P. 2163. 4. Y. Xi, J. – Q. Xi, Th. Gessmann, J.M. Shah, J.K. Kim, E.F. Schubert, A.J. Fisher, M.H. Crawford, K.H.A. Bogart, A.A. Allerman. Appl. Phys. Lett., 86, 031 907 (2005). 5. Пат. US 2010/0004892 А1 /Ming-Te LIN, Knang–Yu Tai, Jyh–Chen Chen, Farn–Shiun Hwu. Method for Measuring PN–Junction Temperature of Light–Emitting Diode; опубл. 14.01.2009. Бюл. № 12/353, 294. 6. Пат. US 2011/0031903 А1 / V.N. Hoang, R. Surdeanu, P. Bracken, B. Bataillou, D.V. Ste- enwinekel. System and method for estimating the junction temperature of a light emitting diode; опубл. 27.01.2009. Бюл. № 12/863, 744. 7. Пат. US 2010/0315019 / G. Hoogzaad, Schmitz, H. M. Wilhelmus, R. Surdeanu. Led driver circuit and method, and system and method for estimating the junction temperature of a light emitting diode; опубл. 27.01.2009. Бюл. № 12/863, 740. 8. Пат. US 2009/0306912 А1 / J.-C. Chen, F.–S. Hwu, G.–J. Sheu, K.–C. Chen, F.–L. Lin. Method of measuring LED junction temperature; опубл. 20.08.2008. Бюл. № 12/194, 591. 9. Пат. US 2008/0205482 A1 / D. Cao, Z. –H. Lin. Method and testing equipment for LEDs and Laser diodes; опубл. 23.02.2007. Бюл. № 11/678, 243. 10. Патент № 2011147653/ А.Н. Пихтин, С.А. Тарасов, Е.А. Менькович. Способ определения температуры активной области светодиодов; опубл. 23.02.2007. Бюл. № 11/678, 243. 11. Kuball M. Self-Heating effects at high Pump Currents in Deep UV LED /M. Kuball, S. Pajasingam, A. Sarua et al. // Appl.Phys.Lett. 2003. Vol. 82. P. 124. 12. Winewisser C. In-situ temperature measurements via ruby R-lines of sapphire substrate based InGaN light emitting diodes during operation / C. Winewisser, J. Schneider // J. Appl. Phys. 2001. Vol. 89. – P. 3091. УДК 531.31 БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ПРЕЦИЗИОННЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ Сапегин А.Н., Норенко М.В. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт им. И. Сикорского» Киев, Украина В современной технике наблюдается большой рост различных робототехнических средств, бес- пилотных подвижных объектов. Миниатюрность объектов не позволяет использовать классиче- ские типы систем для решения задач ориентации, навигации и управления, поэтому построение и исследование микромеханических чувствитель- ных элементов и систем является особенно акту- альным в настоящее время [1]. Технологии микроэлектромеханических сис- тем (МЭМС) непрерывно развиваются и каждым годом какие, точность становится больше. Уменьшение размеров и требований к питанию датчиков делает их более универсальными в ис- пользовании. Еще одно из преимуществ МЭМС технологий является то, что выходной сигнал цифровой, что в свою очередь улучшает качество и скорость обработки данных. Но несмотря на преимущества подобные датчики проигрывают в точности классическим волоконно-оптическим и лазерным гироскопом. Одной из передовых компаний разрабаты- вающих МЭМС технологии является Sensonor – норвежский производитель и разработчик инер- циальных датчиков и датчиков давления. С 2009 года компания сосредоточилась на выпуске МЭМС гироскопов, а основную линейку продук- тов составили гироскопы ST202, STIM210 [4] и инерциальных измерительный модуль STIM300, который представлен на рисунке 1. Несмотря на размеры 39мм на 45мм на 22мм STIM 300 содержит в себе 3 гироскопа, 3 акселе- рометра и 3 инклинометра, которые приближа- ются по точности к волоконно-оптическим гиро- скопам. Датчик устойчив к воздействиям маг- нитного поля и удара, частота обновление данных 2000 Гц и имеет цифровой выход RS422 со скоростью передачи 1,84 Mbit c. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 121 Рисунок 1 – Инерциальных измерительный модуль SIM300 К основным характеристикам STIM 300 отно- сятся: • Температурный диапазон -40 +85 ° C • Диапазон гироскопа ± 400 ° / с • Дрейф гироскопа 0,15 ° / √h • Дрейф акселерометра 0,07 м / с / √h • Нестабильность нуля гироскопа 0,5 ° / час • Нестабильность ноль акселерометра 0,05 mg • Диапазон акселерометра ± 10g. STIM 300 нашел свое место в системах ори- ентации беспилотных аппаратов, системах сбора портативных целевых транспортных средств, в системах стабилизации и при автоматизирован- ном производстве в промышленности. В работах [1] и [2] были всесторонне иссле- дованы возможности построения бесплатфор- менной системы ориентации основываясь ис- ключительно на микромеханических инерциаль- ных датчиках таких как гироскопы и акселерометры. В частности, работа [1] посвя- щена описанию исследования, которое прово- дила компания Analog Devices – лидер в совре- менной микроэлектронике. Целью исследований было сравнение инерциальных навигационных систем, построенных на волоконно-оптических гироскопах с инерциальным измерительным мо- дулем модели ADIS16485. При чём цена первой системы была около 30000$, а МЭМС датчики всего 1000$. В итоге было установлено, что в гражданском применении, для решения задачи ориентации и навигации в городе, точности ADIS16485 более чем достаточно. Отметим, что технические характеристики ADIS16485 на по- рядок хуже, чем STIM300. Эти результаты гово- рят о том, что в ближайшее время точносные характеристики МЭМС инерциальных измери- тельных модулей позволят использовать их и в прецизионных навигационных системах. Открытым и острым в таком случае встаёт вопрос алгоритмического обеспечения Бесплат- форменной инерциальной системы ориентации (БИСО). Эта задача имеет двоякий характер. С одной стороны, нужно определится с алгорит- мом определения и моделирования ориентации движущегося объекта, а с другой стороны разра- ботка достаточно точных алгоритмов их числен- ного интегрирования. Наиболее распространённым является ис- пользование кватернионного уравнения ориента- ции. Считается, что оно записывается в наиболее простой для вычислительной машины форме и не вырождается при сложных эволюциях движе- ния объекта. Однако, использование кватерни- онной алгебры заставляет проводить постоянные преобразования кватерниона ориентации в мат- рицу направляющих косинусов, или текущие угла ориентации. Эта задача требует привлече- ния дополнительных вычислительных потоков и уменьшает быстродействие вычислителей. Вторая часть алгоритмического обеспечения БИСО заключается в организации процессов численного интегрирования соответствующего уравнения ориентации. Здесь тоже наблюдается неоднозначность. Ранее разработанные алго- ритмы численного интегрирования создавались под аналоговые сигналы классических инерци- альных чувствительных элементов – кольцевых лазерных и волоконно-оптических гироскопов. Их применение для современных микромехани- ческих систем вызывает некоторые затруднения. Вместе с тем, широко используемые МЭМС дат- чики всё ещё достаточно грубые, поэтому для них используют элементарные алгоритмы чис- ленного интегрирования такие как метод тре- угольника, или трапеции. В работах [2], и [4] представлены результаты исследований алгоритма работы бесплатформен- ной инерциальной навигационной системы. В качестве чувствительных элементов для созда- ния БИСО использовался довольно грубый инерциальный измерительный модуль МАХ 21105 производства Maxim Integrated. МАХ 21105 представляет из себя 3-осевые микромеха- нические гироскопы и акселерометры, созданные на едином кристалле. Была построена программ- ная модель бесплатформенной системы ориента- ции [4]. Модель включала в себя алгоритм ори- ентации на основе кинематического уравнения Пуассона и алгоритмов численного интегрирова- ния Рунге-Кутты второго и четвёртого порядков. Результаты исследования представлены на ри- сунке 2. Риунок 2 – Погрешности алгоритмов интегрирования методами Рунге–Кутта 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 Погрешность алгоритма RK41 Время, с У го л, г ра д. 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 Погрешность алгоритма RK21 Время, с У го л, г ра д. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 122 Использование уравнения Пуассона позво- лило напрямую использовать проекции угловых скоростей вращения основания, полученных с гироскопов, что значительно упростило как про- граммную модель, так и разработку алгоритмов интегрирования. Выбор алгоритмов Рунге-Кутты был продиктован их распространённостью и дос- таточно высокой точностью. В целом программная модель позволяет ис- пользовать различные типы чувствительных элементов и является универсальной. Она позво- ляет проводить исследования прецизионных МЭМС датчиков при различных законах движения. 1. Ярема А.Д. Выбор датчиков угловой скорости для бесплатформенной инерциальной сис- темы навигации / Погляд у майбутнє Прила- добудування: ІХ науково-практична конфере- нція студентів та аспірантів Збірка тез / НТУУ «КПИ». – Киев, 2016 С. 25-26. 2. Сапегин А.М., Бугаёв Д.В. Программная мо- дель бесплатформенной системы ориентации на базе инерциального измерительного мо- дуля МАХ21105 // Вісник Інженерної акаде- мії України. – 2016. – Вип. 1. – С.119-122. 3. Система моніторингу стану технічного облад- нання на базі інерціального вимірювального модуля STIM210 / Я.О. Ярема, О.М. Сапегін // Методи та засоби неруйнівного контролю промислового обладнання : збірник тез допо- відей 5-ї науково-практичної конференції студентів і молодих вчених, 24-25 листопада 2015 р., м. Івано-Франківськ. – 2015. – С. 239–241. 4. Свідоцтво № 64218 України про реєстрацію авторського права на твір. Комп’ютерна про- грама «Мікромеханічна безплатформова сис- тема орієнтації» [Текст] Сапегін О.М., Бу- гайов Д.В., Півторак Д.О. (Україна); заявник та власник Сапегін О.М., Бугайов Д.В., Півторак Д.О. - № 64703; заявл. 23.12.2015; зареєстровано 26.02.2016 р. в Державному реєстрі свідоцтв про реєстрацію авторського права на твір. УДК 624.94 ДЕТАЛИ ВТОРИЧНОЙ ОПТИКИ АДАПТИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СВЕТОДИОДОВ Сернов С.П., Балохонов Д.В. Белорусский национальный технический университет Минск, республика Беларусь Светодиоды являются современным источни- ком света с высокой эффективностью преобразо- вания электрической энергии в световую, по- этому в настоящее время все больше транспорт- ных средств оснащаются оптическими системами светосигнального назначения со све- тодиодами в качестве основного источника света. Кроме того, номенклатура выпускаемых светодиодов постоянно расширяется, что делает расчет деталей вторичной оптики для какого- либо определенного наименования светодиодов нецелесообразным: из-за крайне быстрой сме- няемости поколений светодиодов приходится постоянно разрабатывать новые детали вторич- ной оптики с одинаковой функциональностью. Из-за этого целесообразным является разра- ботка такой детали вторичной оптики, чтобы она позволяла использовать различные типы свето- диодов с похожим распределением силы света и одинаковым световым потоком. Для разработки подобной детали вторичной оптики необходимо соблюсти следующие усло- вия: Условие квазиточечности источника света – источник света (светодиод) должен иметь такие размеры, чтобы его можно было считать точеч- ным по отношению к детали вторичной оптики, что позволяет значительно упростить расчеты. Если источник света имеет сравнительно большой размер (например, светодиоды фирмы Philips типа LHC1, изготовленные по технологии COB с диаметром излучающей поверхности 18 мм), то его можно разделить на области и при- менять данный принцип к ним при расчете не- симметричной детали вторичной оптики. Условие охвата источника света – источник света должен быть охвачен деталью вторичной оптики так, чтобы световой поток источника использовался как можно полнее. С учетом данных условий, а также все воз- растающих требований к равномерности за- светки излучающей поверхности светосигналь- ных изделий транспортных средств наиболее перспективной формой детали вторичной оптики будет асферическая неизображающая охваты- вающая линза с развитой задней отражающе- пропускающей поверхностью, схема профиля которой приведена на рисунке 1. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 123 Рисунок 1 – Приблизительная форма профиля неизображающей охватывающей линзы с развитой задней поверхностью (пояснения в тексте) За счет своей отражающей части 2 данная де- таль обеспечивает надежное освещение цен- тральной области стандартного распределения силы света, в то же время создавая достаточно равномерную засветку периферии излучающей поверхности. Потери на отражение невелики, так как применяется принцип полного внутреннего отражения. Рассеивание света также незначи- тельно, так как источник света 3 находится срав- нительно далеко от рабочих поверхностей (вы- полняется условие квазиточечности). За счет своей пропускающей части рабочей поверхности 1 данная деталь вторичной оптики засвечивает периферические области стандарт- ного распределения силы света. Даже если усло- вие квазиточечности нарушается (или выполня- ется не полностью), то есть наблюдается значи- тельное угловое рассеяние света, световой поток источника света не теряется, так как у стандарт- ного распределения силы света граничные углы составляют как минимум 20 градусов от оптиче- ской оси. Побочным эффектом от рассеяния света явля- ется почти равномерное освещение практически всей области стандартного распределения силы света, что позволяет удовлетворить требования по перепадам освещенности, одновременно обеспечивая видимость оптической системы практически со всех необходимых углов. При этом этот полезный эффект наблюдается как при использовании практически точечных источни- ков света, так и при использовании источников света значительного размера. Кроме этого, описанный подход позволяет «перемешать» свет источника и уменьшить цве- товой растр, что является практически необхо- димым условием надежной работы светосиг- нального оборудования белого цвета свечения. Принципы конструирования, описанные выше, были частично (не полностью выполнено условие охвата источника света) реализованы в конструкции детали вторично оптики нецилинд- рической формы для выполнения функции габа- ритного огня заднего комбинированного фонаря транспортного средства, общий вид которой приводится на рисунке 2. Рисунок 2 – Общий вид детали вторичной оптики для выполнения функции фонаря полного габарита Данная деталь вторичной оптики имеет цен- тральную часть 1 осесимметричной формы, ко- торая обеспечивает засветку периферической части стандартного распределения силы света и работает на пропускание. Благодаря рассеянию света, засветка получается равномерной. Цен- тральная часть стандартного распределения силы света освещается периферической частью 2 де- тали вторичной оптики, одновременно обеспечи- вая визуализацию периферической части детали вторичной оптики. Распределение силы света разработанной де- тали вторичной оптики полностью соответствует Правилам ЕЭК ООН №7 для габаритных огней транспортных средств. Следует отметить, что ввиду расчета формы детали вторичной оптики модифицированным методом накопительного суммирования частич- ных световых потоков ее форма является техно- логичной и пригодна для литья под давлением, а толщина детали не превышает четырех милли- метров, что делает ее массу малой и позволяет быть устойчивой к вибрациям. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 124 УДК 621.317.43 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ. ЧАСТЬ 1. МЕТОДИКА Скурту И.Т., Ерошенко А.С., Брановицкий И.И. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь Измерение количества витков в обмотках на каркасе, а также контроль наличия короткозамк- нутых витков являются значимыми стадиями в цикле производства трансформаторов малой мощности. Востребованная в настоящий момент точ- ность измерения количества витков составляет порядка 0.1 % (один виток на тысячу). При этом в пределах одной операции технологического контроля требуется определять наличие коротко- замкнутых витков, в катушках с диаметром про- вода от 0.18 мм с затрачиваемым на одну об- мотку временем не более 10 секунд. Точное измерение количества витков в об- мотках сопряжено со многими известными сложностями магнитных измерений: -обеспечение однородного магнитного потока в зоне измерения; -устранение остаточной намагниченности ра- бочего ферромагнитного тела; -учет полей рассеяния, способных влиять на результаты измерения; -отстройка от температурного смещения ра- бочей точки. Помимо этого, для обеспечения темпов кон- вейерного производства необходимо выдержи- вать баланс между скоростью и точностью изме- рений. Для обеспечения скорости предпочти- тельнее использовать открытую магнитную цепь в виде вертикального стержня с нанесенными на него намагничивающими и измерительными обмотками. Среди подходов к измерению количества витков можно выделить балансные (разностные) и абсолютные (прямого подсчета) методы. Распространенная реализация балансного ме- тода основана на встречном включении обмотки с точно известным количеством витков (комму- тируемые секции с сотнями, десятками и едини- цами витков) и испытуемой обмотки. В условиях открытой магнитной цепи такой подход может приводить к ошибке до ± 5 витков на тысячу. Основной источник ошибки – потоки рассеяния. Для оценки их влияния достаточно провести простой эксперимент: на катушку с числом вит- ков 1000 доматывается один дополнительный виток (с отводом от тысячи). Катушка помеща- ется на однородно намагниченный стержень (ес- тественно, речь идет о центральном его участке со степенью однородности порядка 0.03 %). Обо- значим сигнал напряжения с секции в 1000 вит- ков, как S1000, а сигнал с секции в 1001 соответ- ственно S1001. Следует отметить, что 1000 витков намотаны на катушку в восемь слоев. Имеем: S1001 – S1000 ≠ S1000 / 1000 (1) Отличие левой и правой части выражения (1) может составлять от 15 до 30 % (в зависимости от габаритов катушки и уровня электромагнит- ных помех). При этом: S1001 / S1000 = 1.001 (2) Точность выполнения равенства (2) состав- ляет уже около 0.015 – 0.03 %. Выражение (1) показывает, что аддитивная компенсация (в балансном методе при открытой магнитной цепи) крайне неустойчива к накопле- нию ошибки по слоям катушки. Тем не менее при использовании в качестве ядра измерения величины (2) можно обеспечить требуемую точ- ность. Ошибки количества витков, возникающие при намотке обмоток, делятся на две основных категории: 1) технологическая недомотка/перемотка, составляющая несколько единиц витков и вы- званная нечасто происходящими сбоями в работе оборудования; 2) ошибки программирования намоточного станка, вызванные человеческим фактором – количество витков при этом может отличаться от номинала в разы. Величина (2) сохраняет свою информативную значимость и стабильность в каждом из этих случаев. В первом случае, она позволяет точно, до витка измерить отклонение от номинала, во втором – однозначно указать на необходимость перемотки. Использование такого подхода наиболее эф- фективно для серийного контроля больших пар- тий однотипных катушек. Для этого проводится эталонирование типа катушки. В качестве эталона выбирается ка- тушка, измерения на которой в составе готового изделия (трансформатора) полностью подтвер- ждают требуемые его характеристики. Измере- ния в составе готового изделия чувствительны к отклонению витков в 0.1%. В базу данных заносятся отношения сигна- лов, индуцируемых на каждой из обмоток эта- лонной катушки к сигналу с тысячевитковой эталонной обмотки, помещенной и зафиксиро- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 125 ванной на рабочем ферромагнитном стержне. Такой подход является разновидностью абсо- лютного метода. Фактически под отношением сигналов с раз- личных обмоток подразумевается отношение их интегралов (по абсолютному значению), что эк- вивалентно отношению максимумов соответст- вующих потокосцеплений. Интегрирование сигналов улучшает воспро- изводимость результатов измерений и устойчи- вость метода к помехам. Также это устраняет влияние потоков рассеяния, поскольку результи- рующее отношение (2) уже включает в себя ин- формацию о противопотоке для конкретного типа (один каркас может соответствовать сотням номенклатурных намоточных позиций). Создание рабочей зоны однородного распре- деления потока накладывает строгие требования к общей длине стержня вне зависимости от ме- тода создания однородности. Для открытой цепи она должна быть как минимум в три раза больше длины намотки катушки. Обеспечение однородного распределения с помощью многокатушечных схем (катушки с синхронной запиткой) выравнивания потока об- наруживает значительную неустойчивость к ос- таточной намагниченности стержня, а также к эффектам пространственной (по длине стержня) фазовой неоднородности (специфичной для кон- кретного материала стержня). Для борьбы с по- следней целесообразно обеспечивать однород- ность с помощью одной обмотки, нанесенной равномерно по всей длине стержня. При этом равномерное распределение потока устанавлива- ется в стержне на тех участках периода сигнала, в течение которых материал находится в насы- щении. Упомянутое выше интегрирование сиг- налов позволяет отстроиться от необходимости следить за уровнем потока, т.к. всегда обеспечи- вает доступ к максимальному его значению, га- рантированно находящемуся на участке насыще- ния. Отдельного рассмотрения заслуживает ста- бильность рабочей точки, положение которой на серии последовательных однотипных измерений подвержено релаксационным и температурным процессам. На рисунке 1 представлено поведе- ние сигналов S1000 и S1001 на серии из двухсот измерений, непрерывно следующих одно за дру- гим (продолжтельность одного измерения со- ставляет 5-7 секунд). Рисунок 1 – зависимость сигналов S1000 и S1001 (в условных интегральных единицах) от номера измерения Видно, что величина (2) позволяет компенси- ровать дрейф рабочей точки. Тем не менее, для снижения влияния быстрой смены режимов пе- ремагничивания, в особенности при переходах с одной частоты на другую, следует периодически (раз в смену) проводить размагничивание стержня на частоте 50 Гц. Детектирование короткозамкнутых витков основано на зависимости их электромагнитного поведении от частоты. Если в катушке с тысячей витков замкнуть один виток, то результатом из- мерения на низкой частоте (десятки Герц) будет 999 витков. Если виток разомкнуть и на этой же частоте провести измерения на той же катушке, но с помещенным на нее искусственно изготов- ленным КЗ-витком, показания составят 1000. На высокой частоте (единицы – десятки килогерц) наличие КЗ-витка любого вида приводит к сни- жению показаний на два-три и более витка (в зависимости от диаметра проволоки и частоты). Эталонирование типа катушки позволяет учесть высокочастотную ЭДС самоиндукции, наводи- мую в незамкнутых витках. Магнитные мате- риалы с аморфной и нанокристаллической структурой хорошо подходят для создания рабо- чих стержней. Разработанный метод позволяет отстроиться от распространенных проблем магнитных изме- рений и обеспечить высокоточный контроль ко- личества витков в обмотках, совмещенный с проверкой на короткозамкнутые витки для больших партий однотипных катушек. S100 S100 Nизм Sед 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 126 УДК 621.317.43 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ. ЧАСТЬ 2. ПРИБОР Скурту И.Т., Ерошенко А.С., Брановицкий И.И. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь На рисунке 1 представлен общий вид кон- трольно-диагностического прибора тестер кату- шек (ТК). 1– большая измерительная платформа; 2 – ЭВМ; 3 – малая измерительная платформа; 4 – усилитель мощности Рисунок 1 – Общий вид контрольно- диагностического прибора ТК Тестер катушек ТК предназначен для опреде- ления количества витков в обмотках на каркасе без сердечника, а также для определения нали- чия в обмотках короткозамкнутых (КЗ) витков. Количество витков в обмотке: от 1 до 10 000 с точностью 0.1 %, но не менее 1 витка; Наличие КЗ-витка в обмотке, намотанной проводом с диаметром не менее 0.18 мм: да/нет с чувствительностью 1 КЗ-виток на 10 000 ис- правных. Номенклатурный ряд испытуемых обмоток таков, что высота намотки у большинства кату- шек позволяет испытывать их на стержне малой длины (300 мм). Как уже упоминалось в первой части данного доклада длина стержня должна превышать длину намотки минимум в три раза, поэтому для более крупных катушек предназна- чена вторая платформа с длиной стержня 1000 мм. Следует отметить, что большая платформа позволяет испытывать и катушки с высотой на- мотки до 600 мм за счет того, что для таких крупных катушек требования к однородности потока в стержне менее строгие, за счет ограни- чения по количеству витков (300-400). Для того, чтобы испытания конкретного типа катушки стали возможными, данный тип необ- ходимо внести в базу данных программы. Вво- дится название типа катушки и выбирается соот- ветствующая платформа. Если высота намотки катушки превышает 250 мм, следует снять с платформы цилиндрическую подставку. При размещении катушек на платформах следует центрировать катушки по нанесенным на плат- формы линиям центровки – это важно для обес- печения высокой точности и повторяемости ре- зультатов измерений. Затем выбирается подхо- дящий корпус. Далее добавляются обмотки катушки. Задается метка (имя) обмотки и коли- чество витков в ней. В дальнейшем автоматизи- рованные измерения количества витков будут происходить в том порядке, в котором были до- бавлены обмотки. После добавления нового типа катушки необ- ходимо провести его калибровку (эталонирова- ние). Для типов, не прошедших калибровку, про- ведение испытаний невозможно. Эталонная ка- тушка выбирается из числа катушек с наилучшими результатами испытаний на заво- дском оборудовании, а также по регламентируе- мым параметрам готового изделия (ток холо- стого хода и др.). Эталонная катушка устанавливается на соот- ветствующую платформу (платформа должна быть подключена к измерительному блоку), к первой обмотке в списке подключаются измери- тельные зажимы типа “крокодил” после чего запускается процесс определения калибровочных коэффициентов для обмоток катушки. Тестер катушек комплектуется тремя тесто- выми катушками с номиналом 1000 витков и различными габаритами, служащими для перио- дической проверки его работоспособности. Про- верка происходит на малой платформе. При несовпадении количества измеренных витков в тестовых катушках с реальным проис- ходит завершение тестового измерения. В этом случае, необходимо выполнить принудительное размагничивание и выполнить тест повторно. На рисунке 2 представлен вид главного окна управляющей прибором программы. Цифрами обозначены: 1 – главное меню программы (включает пункты “О программе”; “Сохранить результат”; “Тестирование установки”; “Размаг- ничивание”; “Калибровка каналов”; “Выход”); 2 – список занесенных в базу типов катушек; 3 – список обмоток выбранного (текущего) типа катушки; 4 – кнопка запуска типизированного измерения; 5 – индикатор наличия/отсутствия короткозамкнутых витков (красный цвет – соот- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 127 ветствует наличию витка, зеленый - отсутствию); 6 – группа кнопок для работы с исходными дан- ными (катушки и корпуса); 7 – панель быстрого измерения без типа; 8 – статусная строка – в ней отображаются сообщения о состоянии текущих операций. Рисунок 2 – Главное окно программы На рисунке 3 представлен вид вспомогатель- ного окна программы для работы с корпусами. Цифрами обозначены: 1 – список корпусов; 2 – список выбора платформы (большая или малая); 3 – параметры корпуса; 4 – группа кнопок для основных операций с корпусами; 5 – кнопка под- тверждения и завершения работы с базой корпусов. Рисунок 3 – Интерфейс работы с корпусами На рисунке 4 представлен внешний вид окна добавления нового типа катушки. Цифрами обозначены: 1 – поле ввода типа катушки; 2 – список выбора платформы (большая или малая); 3 – список обмоток катушки; 4 – список выбора корпуса; 5 – поля ввода параметров обмотки; 6 – группа кнопок для основных операций с обмотками; 7 – кнопки подтверждения и отмены работы с базой катушек. Рисунок 4 – Окно добавления нового типа катушки После проведения измерения имеется воз- можность сохранить результаты текущего изме- рения в отдельный текстовый файл. Кроме того, каждое проведенное измерение фиксируется в общий архив. Созданный в ИПФ НАН Беларуси прибор «ТК» позволяет обеспечить высокоточный кон- троль количества витков в обмотках на каркасе без сердечника, совмещенный с проверкой на короткозамкнутые витки для больших партий однотипных катушек. В настоящее время прибор проходит период тестовой эксплуатации на МЭТЗ им. В.И. Козлова. УДК 535.31:681.25-027.31:620.179.1.082.5.05 УСТАНОВКА ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И МЕДИЦИНЫ Смирнов А.Г., Рыжевич А.А., Ясинский В.М., Лепченков К.В. Институт физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь Первые патенты по методу оптической коге- рентной томографии (ОКТ) были поданы в 1995 - 1997 годах. С тех пор в мире зарегистрированы более 1000 патентов и заявок. Пик подачи патен- тов зафиксирован в 2012 - 2013 годах, в послед- ние годы число заявок снизилось вдвое, но оста- ется достаточно высоким, что говорит об акту- альности данного научно-технического направления. В рамках задания 1.14 ″Разработать и изгото- вить установку оптической когерентной томо- графии для исследований в области микроэлек- троники и медицины (ОКТЭМ)″ подпрограммы ″Приборы для науки″ Государственной научно- технической программы ″Эталоны и научные приборы″ в 2014-2015 годах в Институте физики НАН Беларуси была разработана и создана уста- новка ОКТЭМ. Разработчикам удалось продви- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 128 нуться сразу по нескольким направлениям разви- тия ОКТ: улучшение пространственного разре- шения при одновременном увеличении объема сканирования (на основе использования новых широкополосных источников света, адаптивной оптики); повышение чувствительности и быст- родействия (чувствительные детекторы, быстро- действующая электроника), миниатюризация, мобильность и гибкость ОКТ зондов; расшире- ние контрастно - селективных возможностей ОКТ с целью распознавания типа неоднородно- стей или типа тканей по морфологии и функцио- нальным свойствам, в том числе с использова- нием гибридных оптоакустических, поляризаци- онно-чувствительных и спектроскопических технологий. Последняя задача была выбрана в качестве приоритетной для проекта ОКТЭМ, поскольку предполагалось, что информативность метода, контраст и селективность изображений могут быть улучшены путем значительного рас- ширения спектрального диапазона (от 700 до 1400 нм), а также добавлением поляризацион- ного контраста. Традиционно системы ОКТ оп- тимизируются для двух спектральных диапазо- нов, вблизи длины волны 800 нм (офтальмоло- гия, кардиология) и 1300 нм (дерматология, промышленные применения) со спектральной шириной до 160 нм. Системы с рабочим диапа- зоном от 700 до 1400 нм, как показал анализ патентов, литературы и коммерческих продук- тов, еще не создавались. Типичный ОКТ сигнал позволяет дифферен- цировать ткани по пространственному распреде- лению и структуре неоднородностей. Однако этого зачастую недостаточно для определения функционального состояния и распознавания типа биологических тканей. Для большей селек- тивности ОКТЭМ и повышения контраста разра- ботанная система была дополнена спектроскопи- ческим сравнительным абсорбционным анали- зом, который даст возможность определять степень поражения тканей, их насыщение кро- вью и кислородом, и обеспечит более полную информацию для понимания биологических процессов. Анализ изменения поляризационных свойств рассеянного излучения, в том числе, деполяризации, может использоваться в качестве дополнительного контрастного механизма, на- пример, для обнаружения дислокаций и микро- дефектов и связанных с ними механических на- пряжений в полупроводниковых пластинах. Широкий круг планируемых для установки задач определил ее модульность. Установка ОКТЭМ реализована в виде набора активных и пассивных аппаратных модулей, что позволяет легко настраивать установку под конкретное приложение. Компоновка модулей установки показана на рисунке 1. Модуль управления спек- тром излучения (1) состоит из: собственно ла- зерного источника NKT Photonics (1.1); источ- ника бесперебойного питания, обеспечивающего энергоснабжение всего оборудования установки суммарной мощностью 1000 Вт в нормальном режиме без ограничения времени и в течение не менее 1 минуты после отключения напряжения в силовой сети; электронного контроллера (1.3) для коммутации электронно-оптико-механиче- ских блоков и модулей установки ОКТЭМ; блока управления генерируемым спектром (1.4). Ин- терферометр (2) с подстраиваемой компенсацией дисперсии состоит из оптических и механиче- ских деталей, закрепленных винтами на метал- лической плите толщиной 10 мм и накрытых кожухом. Модуль контроля входного и выход- ного состояний поляризации светового пучка (поляризационный модуль) (3) установлен внутри модуля проекционной оптики (оптиче- ской головки) (4). В состав оптической головки (4) входят объектив головки, сканирующая сис- тема, микроскоп, образованный объективом (4.1) и линзой, CCD - камера для визуального наблю- дения увеличенного изображения поверхности образца и формирования изображения внутрен- них слоев образца, система подсветки образца, трансляционная платформа (4.6), обеспечиваю- щая точную подводку фокусной плоскости объ- ектива (4.1) к поверхности исследуемого объ- екта, с шаговым двигателем (4.7). Рисунок 1 – Состав установки ОКТЭМ (пронумерованные позиции описаны в тексте) Модуль регистрации оптических сигналов (5) состоит из спектрометра на диапазон 650 - 650 нм и спектрометра (5.3) на диапазон 950 - 1400 нм. На виброустойчивой платформе (6), выпол- ненной в виде вертикально ориентированной стойки, неподвижно закреплены блоки (1), (2), (5) и персональный компьютер (7), состоящий из Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 129 системного блока (7.1), монитора (7.2), а также клавиатуры (7.3) и мыши (7.4). Оптическая го- ловка (4) адаптером (8.3) крепится на отдельный стол (8) с жестким металлическим каркасом, с возможностью грубого ручного вертикального перемещения оптической головки посредством перестраиваемой по высоте опоры (8.1) с целью предварительной подстройки наблюдаемой по- верхности объекта под фокусное расстояние объектива головки (4.1). На горизонтальной по- верхности стола (8) установлен 2D транслятор (8.2) на базе моторизованных актуаторов, управ- ляемых через контроллеры персональным ком- пьютером (7). Согласно протоколу приемочных испытаний установка ОКТЭМ имеет следующие характери- стики. Рабочий спектральный диапазон от 700 до 1400 нм разбит на два спектральных поддиапа- зона (от 700 до 950 нм и от 950 до 1400 нм) с возможностью переключения между ними. По- перечное разрешение в воздухе по критерию Рэлея не хуже 10 мкм в спектральном интервале 700-900 нм и не хуже 12 мкм в спектральном интервале 900-1400 нм. Продольное разрешение в воздухе по критерию Рэлея не хуже 6 мкм в спектральном интервале 700-900 нм и не хуже 15 мкм в спектральном интервале 900–1400 нм. Область сканирования не менее 10мм х 10 мм х 6 мм разбивается на зоны разме- ром не менее 2 мм х 2 мм х 1,5 мм с возможно- стью переключения между ними. Время про- дольного сканирования, А-сканирования, (попе- речного сканирования, В-сканирования) не более 0,1(50) мс при фиксированном положении фо- куса и глубине (длине) сканирования не более 1 (10) мм. Максимальная глубина проникновения излучения в толщу материала, скорость сканиро- вания, а также контраст изображения зависит от исследуемого объекта. При необходимости повышения контраста изображения объекта, а также увеличения размеров сканируемой области время продольного (поперечного) сканирования увеличивается. Габаритные размеры приборной части платформы установки в виде виброустойчивой стойки не превышают 1000 x 1000 x 2100 мм; габаритные размеры выносной части платформы в виде столика с оптической головкой составляют не более 1000 x 1000 x 1800 мм. Созданная установка ОКТЭМ по своим тех- ническим характеристикам и функциональным возможностям соответствует современному ми- ровому научно-техническому уровню. В отличие от имеющихся аналогов установка охватывает спектральный поддиапазон 750-1400 нм и полно- стью перекрывает окно прозрачности биологиче- ских тканей в ИК диапазоне, что позволяет ис- пользовать установку для научных исследований в медицине в таких областях, как офтальмология, дерматология и кардиология. Широкий спек- тральный диапазон и высокое пространственное разрешение позволяют подобрать оптимальный режим для получения высокого контраста на конкретном исследуемом объекте, а также про- водить селективную диагностику патогенных тканей не только по их морфологии, но и по спектрально-поляризационным характеристикам, что в перспективе позволит создать эффективные методики диагностики различных заболеваний. Высокое пространственное разрешение, высокая скорость сканирования и бесконтактный харак- тер метода делают возможным также использо- вать установку для контроля качества изделий из полупроводниковых и диэлектрических материа- лов в микроэлектронике и контроля технологи- ческих процессов их изготовления. УДК 621.3.029.64 БЕСПРОВОДНОЙ ДАТЧИК НА БАЗЕ МОДУЛЯ ESP8266 Соломатина О.А., Павловский А.М., Лакоза С.Л. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Киев, Украина На сегодняшний день активно развиваются беспроводные технологии передачи данных. Это предопределяется удобством их использо- вания, низкой стоимостью и приемлемой пропу- скной способностью. Исходя из динамики раз- вития современных электронных устройств, можно сделать вывод о том, что по количеству и распространению, беспроводные технологии в ближайшее время полностью заменят провод- ные в сферах коммутации и передачи данных между устройствами общего пользования. В последние годы, лидирующие позиции среди беспроводной передачи данных заняли устройства, работающие по стандартам IEEE 802.11 (Wi-Fi) и IEEE 802.15.1 (Bluetooth) [1,2]. Это связано с появлением на рынке большого количества доступных модулей беспроводной передачи данных и микроконтроллеров. Еще одной причиной является популяризация кон- цепции IoT (Интернета вещей). В рамках данной концепции, бытовые приборы подключаются к единой домашней сети, которая предоставляет возможность удаленного управления каждым устройством, а также, такой подход значительно 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 130 повышает уровень безопасности. Такие системы широко распространены в системах “умного дома”. С распространением концепции IoT, появи- лось понятие беспроводных датчиков, которые являются неотъемлемой составляющей домаш- ней сети или сети умного дома. Беспроводные датчики – это устройства, объединяющие в еди- ном корпусе первичный преобразователь и мо- дуль передачи данных. Эти устройства целесо- образны как с экономической точки зрения, так и с технической. Отсутствие проводов позво- ляет уменьшить габаритные размеры устройств за счет удаленного размещения обрабатываю- щих элементов, упрощается установка на под- вижных объектах, в системах, где проводная передача тяжело реализовывается, или вообще невозможна. Отсутствие громоздких коммуни- кационных разъемов, кроме уменьшения массо- габаритных характеристик, повышает надеж- ность и долговечность приборов и информаци- онных систем в целом. Применение беспроводных датчиков акту- ально для удаленного контроля и мониторинга данных, так как возможна организация мобиль- ного доступа к информации через Интернет или иные программные продукты в режиме реаль- ного времени. На сегодняшний день наиболее распростра- ненным модулем Wi-Fi технологии является модуль ESP8266 фирмы Espressif - это мощное и недорогое устройство, которое поддерживает полноценную работу в сети Wi-Fi. Модуль под- держивает разные режимы эксплуатации (пере- датчик или точка доступа), кроме того, в зави- симости от сферы применения, модуль выпус- кается в различных модификациях (мощность антенны, количество портов ввода/вывода и др.), что значительно упрощает и расширяет сферы его применения. Как было замечено ранее, стандартная схема беспроводного датчика представляет собой под- ключение, или объединение на одной плате, чувствительного элемента, управляющего мик- роконтроллера (МК) и модуля беспроводной связи. В модуле ESP8266 управляющий МК и модуль приема/передачи объединены на одной печатной плате, а в некоторых модификациях, в едином металлическом корпусе, который также выполняет функции радиатора (рисунок 1). Рисунок 1 – Модуль ESP8266 Такая схема значительно упрощает общую конструкцию самого беспроводного датчика. ESP8266 управляется 32 битным МК Xtensa LX106 с тактовой частотой 80 МHz. Для под- ключения чувствительных элементов, модуль имеет (в зависимости от модификаций) до 16 портов ввода/вывода с наиболее распространен- ными интерфейсами: SPI, I2C, I2S, UART, 10-bit АЦП. Это позволяет без дополнительных согла- сующих устройств подключить большинство современных датчиков. Также, необходимо от- метить, что модуль ESP8266 может управляться и от внешнего МК, таким образом, давая воз- можность модификации беспроводных датчиков построенных по стандартной схеме. Для подтверждения эффективности исполь- зования модуля ESP8266 в концепции IoT и беспроводных датчиках был разработан макет- ный образец, функциональная схема которого представлена на рис.2. На вход интегрального стабилизатора 2 по- дается напряжение +5В от блока питания 1. Не- обходимые напряжения для питания электрон- ных компонентов подаются на Wi-Fi-модуль ESP8266 (блоки 3, 4 и 5), микроконтроллер ATmega328 (блоки 6, 7 и 8), чувствительный элемент (ЧЭ) акселерометр GY-61 ADXL335 (блок 9). МК 3 ESP8266 создает точку доступа, и после подключения клиента 11 и получения запроса, посылает запрос через последователь- ный интерфейс 5 к МК 6 ATmega328. После получения запроса, МК 6 ATmega328 считывает значение с ЧЭ 9. Сигнал от ЧЭ принимается АЦП 7 и обрабатывается МК 6, после переда- ется через последовательный интерфейс 8 на приемное устройство 5 модуля ESP8266. Полу- ченные данные, готовятся к передаче на МК ESP8266 3 и передаются передатчиком 4. Пере- данные данные принимаются Wi-Fi модулем 10 принимающего устройства-клиента 11. После подключения клиент 11 получает javascript-при- ложение, которое регулярно опрашивает модуль и отображает данные в реальном времени. При разработке программного обеспечения использовалось Arduino IDE, что существенно ускоряет и упрощает процесс настройки макета [3]. После сборки и отладки макетного образца, были проведены экспериментальные исследова- ния, которые подтвердили стабильность канала обмена данными и отсутствие потери пакетов. Было установлено, что эффективное расстояние передачи находится в пределах 15-20 м (при одной несущей железобетонной стене), что дос- таточно для реализации домашних сетей. Также, были произведены модификации макета, что позволило отказаться от управляющего МК ATmega328 и передавать данные от ЧЭ непо- средственно на МК ESP8266 (блок 3). Это в Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 131 свою очередь позволило уменьшить стоимость датчика более чем в 2 раза по сравнению с пер- воначальной конструкцией и в 2-4 раза по срав- нению с существующими аналогами [1]. Таким образом, была показана возможность и эффективность создания беспроводных датчи- ков с использованием модуля беспроводной передачи данных ESP8266 для применения в домашних сетях в пределах концепции IoT. Такой подход делает возможным реализа- цию систем умного дома не прибегая к исполь- зованию специализированного оборудования, что в конечном счете, приводит к повышению уровня безопасности. Рисунок 2 – Функциональная схема беспроводного датчика на базе модуля ESP8266 1. Обзор современных технологий бес- проводной передачи данных в частотных диапазонах ISM (Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi) и 434/868 МГц [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.wireless- e.ru/articles/technologies/2011_4_6.php 2. Фрайден Дж. Современные датчики [Справочник] / Дж. Фрайден. – Москва: Техносфера, 2005. – 592 с.. 3. Arduino IDE for ESP8266 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.devacron.com/arduino-ide-for- esp8266 УДК 621.382 СПЕКТРОСКОПИЯ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В ДИАГНОСТИКЕ КАЧЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Сопряков В.И., Полхутенко С.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Контроль статической вольтамперной харак- теристики (ВАХ) полупроводниковых нелиней- ных элементов и ее параметров является распро- страненной формой операционного контроля и контроля готовой продукции, так как он является неразрушающим и может быть реализован про- стыми методами и средствами. На ВАХ полу- проводниковых приборов оказывают влияние химические дефекты, неоднородности распреде- ления электрофизических параметров материала, микро- и макродефекты структуры, состояние поверхности и качество контактов. Эти факторы определяют надежность прибора, однако их влияние на ВАХ может быть незначительным и не может быть обнаружено по ее виду. Измерение и запись кривой второй производ- ной ВАХ I"(U) позволяет решить задачу разре- шения ее тонкой структуры и определения фак- торов, влияющих на надежность. В зависимости от типа прибора и ветви ВАХ, в которой прово- дится контроль, получаемая информация может носить как качественный, так и количественный характер. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 132 Известно, что амплитуда второй гармоники (U2) переменного тока низкой частоты в режиме малого сигнала в цепи нелинейного элемента пропорциональна I"(U). Для измерения I"(U) разработана установка модуляционного диффе- ренцирования ВАХ, в которой реализован метод детектирования гармоник. Установка позволяет измерять и записывать на двухкоординатный потенциометр ВАХ и ее вторую производную в диапазонах 0…2,0 В и 0…1000 В. Чувствитель- ность в режиме измерения второй гармоники составляет 1 мкВ при отношении сигнал-шум, равном трем. Измерительная схема представляет последо- вательное соединение исследуемого диода и ма- лого измерительного сопротивления. При изме- рении I"(U) в измерительную схему подается постоянное напряжение, промодулированное малым переменным напряжением с частотой 300 Гц. Амплитуда модуляции и величина измери- тельного сопротивления регулируются с целью достижения оптимального разрешения и помехо- устойчивости. Сигнал с измерительного сопро- тивления подается на режекторный фильтр, се- лективный усилитель, настроенный на частоту второй гармоники и синхронный детектор. Для силовых диодов большой площади каче- ство кремния имеет определяющее значение, так как при высоких обратных смещениях p-n пере- хода может возникать неоднородное распределе- ние тока и температуры по площади и неустой- чивость его протекания. Информацию о неодно- родности распределения тока по площади несет структура ВАХ перед участком лавинного элек- трического пробоя. Ток при этом протекает в местах скопления дислокаций, включенный вто- рой фазы, неоднородностей удельного сопротив- ления. Значения напряжений возрастания I"(U) со- ответствуют началу линейных участков ВАХ, связанных с отдельными микроплазмами. На рисунке 1 показаны I"(U) в предпробойной об- ласти потенциально ненадежного силового диода. Такая техника может быть использована и для контроля стабилитронов. Рисунок 1 Особенности структуры ВАХ, в частности наличие линейных участков, можно описать в рамках модели суперпозиции малых максимумов тока It и фоновой компоненты ВАХ (штриховая линия на рисунке 2). В сильно легированных p-n переходах с концентрацией мелких примесей 1019…1021 см-3 эти максимумы связаны с избы- точным туннельным током, протекающим через глубокие уровни дефектов. Рисунок 2 Принимая максимум избыточного тока в виде нормального распределения, получена формула для обработки экспериментальных кривых I"(U) ,)R/4(115,0 222 UUUI пtmtm ∆= и где Itm – значение избыточного тока в макси- муме, U2tm – разность между значениями фоно- вой и сигнальной кривых U2 = f(U), Uп – ампли- туда напряжения переменного тока на образце, Rи – значение измерительного сопротивления. Предельное разрешение максимума избыточного тока составляет 0,003…0,01 от значения фоно- вого тока. Энергетическое положение глубокого уровня однозначно связано с напряжением минимума на кривой I"(U), а его концентрация пропорцио- нальна значению Itm. На рисунке 3 приведен пример разрешения структуры ВАХ методом двойного дифференцирования. Рисунок 3 – ВАХ и I"(U) диода на основе сильно легированного GaAs при Т = 77 К Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 133 Рисунок 4 – Вторые производные ВАХ кремниевого диода с концентрацией мелкой примеси 1017 см-3 и глубокой примесью золота (Т = 77 К) Нелинейности ВАХ p–n-переходов с концентрацией мелких примесей 1016…1018 см-3 и менее могут отражать наличие глубоких примесей (рисунок 4), либо особенности технологии, вносящей высокие концентрации структурных дефектов, например ионной имплантации, которая для бракованных элементов дает картину, сходную с рисунком 4. УДК 681.723.078, 681.775.078, 681.777.078 МЕТОД СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ШУМОВ ФОНОВОГО СИГНАЛА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КООРДИНАТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ОЭП Старосотников Н.О., Фёдорцев Р.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В связи с совершенствованием технологии создания фотоприёмников, в схемах работы оптико-электронных приборов (ОЭП), таких как цифровые автоколлиматоры [1], микроскопы, системы астроориентации [2], пеленгаторы [3], фотоприёмник выступает не только в виде регистрирующего устройства, но и в качестве отсчётного, поскольку его элементы – пиксели – имеют высокую точность пространственной периодичности. Таким образом, точность работы данных ОЭП зависит от точности определения координат энергетического центра тяжести изображения, формируемого на фотоприёмнике ОЭП [4]. Одним из факторов, оказывающим существенное влияние на выходные параметры системы, являются шумы электронного тракта ОЭП. Для ПЗС матриц работающих в видимом спектральном диапазоне на точность регистрации измерительного сигнала значительное влияние (по уровню значимости), оказывают: дробовый шум темнового тока, шум считывания, фотонный (дробовый) шум. В КМОП матрицах дополнительно присутствует геометрический шум. Носители заряда в фотоприёмнике могут иметь свободную генерацию и в отсутствие внешней засветки. Поэтому различают две составляющие дробового шума: шум, создаваемый фотогенерированными зарядами (фотонный), и шум темнового сигнала [5]. Часто на фотоприёмник поступает не только основной измерительный сигнал, но и фоновый, который в свою очередь приводит к появлению дополнительных шумов, которые способствуют увеличению погрешности определения координат энергетического центра тяжести измерительного сигнала. Для экспериментального определения степени влияния шумов электронного тракта на точность определения координат энергетического центра тяжести изображения тест-объекта, использовались две модели цифровых видеокамер: – CV-M2CL, JAI, в качестве фотоприёмника используется ПЗС матрица Kodak KAI-2020; – Genie HM1400 XDR CR-GM01-H1400, в качестве фотоприёмника используется Teledyne DALSA КМОП матрица. Схема эксперимента заключалась в проецировании круглого тест-объекта, подсвечиваемого осветителем со светодиодом LXML-PL01-0030, на фотоприёмник. Величина сигнала в изображении тест-объекта была такой, что генерировала 70% электронов от величины потенциальной ямы в пикселе фотоприёмника. За счёт случайных составляющих, в основном шумов фотоприёмника и электронного тракта, изображение тест-объекта на фотоприёмнике не было статичным. Влияние температурного дрейфа пикселей фотоприёмника сводилось к минимуму за счёт его термостабилизации (предварительный прогрев в течение 1,5 – 2 часов), которая позволила на 13,5135 пикселя уменьшить полученные значения; а во время съёмки – за счёт введения калибровочного коэффициента, в значения координат энергетического центра тяжести изображения тест-объекта. Съёмка проводилась с кадровой частотой 0,83 кадров/секунду (100 снимков в течение 2 минут). Кадры снимались через равные промежутки вре- мени. По каждому кадру определялись координаты энергетического центра тяжести 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 134 изображения тест-объекта (Cx и Cy) в долях пикселя по формуле [6] , 1 1 , 1 1 N M n m n m N M n m n m I n Cx I = = = = ⋅ = ∑∑ ∑∑ , , 1 1 , 1 1 N M n m n m N M n m n m I m Cy I = = = = ⋅ = ∑∑ ∑∑ , где ,n mI – величина сигнала в пикселе ,n m ; ,N M – число столбцов и строк фрагмента фотоприёмника яркостей принятого для расчёта (на 10 пикселей больше размера изображения тест-объекта с каждой стороны); ,n m – порядковые номера пикселей по столбцам и строкам фотоприёмника. С помощью данной формулы для определения координат энергетического центра тяжести производится непосредственно оценка координат изображения тест-объекта, а также осуществляется интерполяция результатов измерений дискретной матричной структурой фотоприёмника на внутренние точки интервалов дискретизации. При этом погрешность определения координат энергетического центра тяжести изображения тест-объекта будет меньше, чем интервал дискретизации фотоприёмника, то есть оценка производится на субпиксельном уровне. Определялось относительное смещение координат энергетического центра тяжести изображения тест-объекта на фотоприёмнике. Рисунок 1 – Профиль сигнала E в части n строки фотоприёмника с частью изображения тест-объекта Среднеквадратическое отклонение (СКО) ко- ординаты энергетического центра тяжести изо- бражения тест-объекта серии кадров составило для: – CV-M2CL, JAI – 0,0375 пикселя; – Genie HM1400 XDR CR-GM01-H1400 – 0,0373 пикселя. Полученные результаты являются практиче- ски идентичными для двух цифровых видеока- мер. Рассмотрим суть способа на примере профиля E в части n строки фотоприёмника с частью изо- бражения тест-объекта, представленного на ри- сунке 1. Метод заключается в фильтрации за- шумлённого фонового сигнала: сигнал меньше определённого значения, принимается равным величине порога шумов. Величина порога шумов определяется таким образом, чтобы отфильтро- вать все значения зашумлённого фонового сиг- нала в области расчёта. Таким образом, фильтру- ется не только зашумлённый фоновый сигнал, но и края изображения тест-объекта, что ведёт к несущественному снижению точности определе- ния координат энергетического центра тяжести тест-объекта для оптимального отношения сиг- нал/шум более 9. При низком отношении сиг- нал/шум менее 9 необходимо при расчётах энер- гетического центра тяжести использовать значе- ния интенсивности в квадрате, что приводит к уменьшению фильтрации краёв изображения тест-объекта. Оптимальное отношение сиг- нал/шум установлено экспериментально. Применив способ уменьшения влияния шу- мов фонового сигнала, заключающийся во вве- дении величины порога шумов, значения ниже которого принимаются нулевыми, были полу- чены следующие СКО серии кадров: – CV-M2CL, JAI – 0,0106 пикселя; – Genie HM1400 XDR CR-GM01-H1400 – 0,0037 пикселя. Таким образом, для цифровой камеры CV- M2CL, JAI улучшение составило ~ 3 раза, а для цифровой камеры Genie HM1400 XDR CR- GM01-H1400 – ~ 1 порядок. 1. Старосотников Н.О., Фёдорцев Р.В. Высоко- точный цифровой автоколлиматор для изме- рения малых углов. 7-я международная сту- денческая научно-техническая конференция «Новые направления развития приборострое- ния». Минск, Изд-во «Техническая литера- тура» БНТУ, 2014. – С. 244. 2. Аванесов Г.А., Кондратьева Т.В., Никитин А.В. Исследование смещения энергетиче- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 135 ского центра изображений звёзд относи- тельно геометрического центра на ПЗС мат- рице и коррекция методической ошибки. // Всероссийская научно–техническая конфе- ренция «Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппара- тов». Таруса, 22-25 сентября 2008. Сборник трудов. ИКИ РАН, 2009. – С. 421-446. 3. Савинков В.В. Исследование и разработка алгоритмов обработки сигналов в оптико- электронных пеленгаторах: автореферат дис. кандидата технических наук: 05.11.07 / Са- винков В. В.; [Место защиты: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана] Москва, 2007. – 16 c. 4. Старосотников Н.О., Фёдорцев Р.В. Оценка точности определения координат энергетиче- ского центра тяжести тест-объекта коллима- тора в схемах контроля оптико-электронных приборов с матричными фотоприёмниками. Наука и техника. 2015, №5. С. 71-76. 5. Ляшко О.М. Проектирование оптико- электронных приборов наблюдения: учебно- методическое пособие / О.М. Ляшко. – Минск: БНТУ, 2009. – 77 с. 6. Методы компьютерной обработки изображе- ний / Под ред. В.А. Сойфера. – 2-е изд., испр. – М.: Физмалит, 2003. – 784 с. УДК 621.373.8:375 ОПТИМИЗАЦИЯ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ АДАПТИВНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕСКОПА Стасилович В.А., Фёдорцев Р.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В идеальном случае (при отсутствии атмо- сферных искажений) телескоп с объективом диаметром в 1 м дает угловое разрешение около 0,1′, а с объективом в 5 м дает разрешение в 0,02′. Однако влияние оптических неоднородно- стей атмосферы Земли таких как: рефракция, турбулентность, поглощающие излучение газы и аэрозоли существенно снижают эти показатели. В результате на фотографиях, полученных теле- скопами, угловой размер мельчайших деталей составляет 2–3′; на лучших обсерваториях он изредка составляет 0,5′. Пассивный метод борьбы с атмосферными искажениями заключается в том, что обсервато- рии строят на вершинах гор, обычно на высоте 2–3 км, выбирая при этом места с наиболее про- зрачной и спокойной атмосферой. Тем не менее, наиболее эффективным счита- ется применение адаптивных оптических систем способствующих выравниванию волнового фронта путём введения в конструкцию телеско- пов управляемых оптических элементов, обеспе- чивающих уменьшение влияния нерегулярных искажений и неоднородностей атмосферы за счёт постоянной коррекции входного сигнала по сис- теме обратной связи. Адаптивные оптические системы предназ-на- чены для решения двух основных задач: • повышения предела разрешающей спосо- бности наблюдательных приборов; • концентрации оптического излучения на приёмнике или мишени. Среди существующих адаптивных оптиче- ских компонентов линейной фазовой коррекции волнового фронта различают: • активные системы первого и второго по- рядка, построенные на базе гибких сплошных деформируемых зеркал или составных зеркал с когерентной апертурой; • управляемые фазовые транспаранты. Форму зеркала корректируют различными методами: посредством пресса, при помощи электростатического поля или изменением рас- положения частей сегментного зеркала при по- мощи пъезоэлементов. В каждом из случаев при- сутствует система обратной связи, которая иг- рает важнейшую роль в определении наклона пучка. В качестве системы обратной связи ис- пользуют датчик интерференционного типа и типа Шака-Гартмана, а также их модификации. Действие интерференционных датчиков ос- новано на когерентном сложении двух световых волн и формировании интерференционной кар- тины с зависящей от измеряемого волнового фронта интенсивностью. При этом, в качестве второй (опорной) световой волны может исполь- зоваться волна, полученная из исследуемого из- лучения путём пространственной фильтрации. Датчик типа Шэка-Гартмана состоит из мат- рицы микролинз и расположенного в их фокальной плоскости фотоприёмника [1]. Каж- дая линза обычно имеет размеры от 1 мм и меньше (рисунок 1). Линзы датчика разделяют исследуемый волновой фронт на субапертуры (апертура одной микролинзы), формируя в фо- кальной плоскости совокупность фокальных пятен. Положение каждого из пятен зависит от локального наклона волнового фронта пучка, пришедшего на вход датчика. Измеряя попереч- ные смещения фокальных пятен, можно вычис- лить средние углы наклонов волнового фронта в 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 136 пределах каждой из субапертур. По этим вели- чинам вычисляется профиль волнового фронта на всей апертуре датчика. Системы адаптивной оптики на основе деформируемых зеркал применяются в оптических и инфракрасных телескопах наземного базирования для динамической коррекции атмосферных искажений (рисунок 2). В частности, широко известна RTAC (Real-Time Atmospheric Compensation) Дж. Харди, разработанная компанией Jtek (США) и установленная в Kennedy Space Center [2]. Рисунок 1 – Общая схема датчика волнового фронта типа Шака-Гартмана Униморфные (полупассивный-биморф) зер- кала представляют собой тонкие пластины, изго- товленные из пьезоэлектрического материала, на которой особым образом расположены электроды. Пластина присоединена к подложке, на передней поверхности которой сформирована оптическая поверхность. При приложении напряжения к электродам пьезоэлектрическая пластина сжимается (или расширяется), что при- водит к изгибу оптической поверхности зеркала. Особое пространственное расположение элек- тродов позволяет формировать сложные рельефы поверхности. Рисунок 2 – Схема телескопа с применением адаптивной оптической системы Скорость управления формой адаптивного зеркала позволяет использовать его для компен- сации динамических аберраций в режиме реального времени. Высокая стоимость коммерческой реализации рассмотренных выше адаптивных оптических систем ограничивает область их практического применения, на данный момент они использу- ются преимущественно в больших профессио- нальных телескопах с диаметрами зеркал от 6 м. В полупрофессиональных и любительских теле- скопах с диаметрами зеркал от 80 до 500 мм кор- рекция волнового фронта не предусматривается. Естественно, используя такой телескоп, количе- ство наблюдаемых объектов, а также качество получаемых изображений значительно ниже, чем в обсерваториях. Перспективным является на- правление применения адаптивных оптических систем в малогабаритных переносных любитель- ских телескопах. В конце 1960-х годов на основе эмпириче- ских исследований в работах Колчинского, Та- тарского, Фрида были сформулированы атмо- сферные ограничения астрономических системы. Результаты были получены для модели Колмо- горова-Обухова спектра флуктуаций показателя преломления [3]: Φ𝑛(𝜒, ℎ) = 0.033𝐶𝑛2(ℎ)𝜒−113 , 1𝐿0 ≪ 𝜒 ≪ 1𝑙0, где 𝐶𝑛 2(ℎ) – структурный параметр показателя преломления атмосферы, h – текущая высота на подстилающей поверхностью в атмосфере, 𝜒 – волновое число для турбулентных неоднородно- стей, 𝐿0, 𝑙0 – внешний и внутренний параметр для турбулентности. На основе решения задачи распространения оптических волн в случайно-неоднородных сре- дах показано. Что структурная функция фазы на расстоянии ρ подчиняется закону “5/3”: 𝐷𝑠(𝜌) = 2,91𝑘2 � 𝑑ℎ𝐶𝑛2(ℎ)𝜌53∞ 0 , где 𝑘 = 2𝜋 𝜆 , λ – длина волны излучения. Исходя из приведенного выражения, стано- вится очевидным, что при наблюдении в зенит на длине волны около 500 нм радиус когерентности составляет всего 100 мм. Но, если учесть тот факт, что наблюдения производятся чаще всего не в зените, а при неко- тором наклоне оси визирования, получается, что световой поток преодолевает большее расстоя- ние. И при наблюдении по углом 20 градусов к горизонту световой поток преодолевает более 10 км плотных слоёв атмосферы и более 270 км слоёв, влияющих на наблюдения. Следовательно, при наблюдении наклонного пучка атмосферные явления имеют ещё больший вес и радиус коге- рентности светового потока значительно умень- шается. Эмпирические данные показывают, что, рас- согласованность когерентности уже оказывает существенное влияние для случая, когда радиус Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 137 зеркала составляет всего 0,01 от радиуса коге- рентности [4]. Следовательно, даже при исполь- зовании телескопов с небольшими диаметрами зеркал – любительских телескопов, атмосферные явления вносят существенный отпечаток в фор- мирование изображения. Как следствие приме- нение адаптивных оптических систем позволило бы существенно улучшить качество получаемого изображения. 1. Hardy, J.W., Lefebvre, J.E., Koliopoulos, C.L. Real-time atmospheric compensation. Optical Society of America, Journal, vol. 67, Mar. 1977, PP. 360-369. 2. Полещук А.Г., Седухин А.Г., Трунов В.И., Максимов В.Г. Датчик Гартмана на основе многоэлементных амплитудных масок с апо- дизированными апертурами. Журнал «Ком- пьютерная оптика» Вып. №4. Том 38. 2014. С.695–703. 3. А. Вирт, Т. Гонсировский. Адаптивная оп- тика: Согласование атмосферной турбулент- ности. Журнал «Фотоника». Вып. №6, 2007. – С.10-15. 4. В.П. Лукин, Адаптивное формирование опти- ческих изображений в атмосфере. Конферен- ции и Симпозиумы. Новосибирск, УФН. Т.176, №9. – 2006. – С.1000 – 1006. УДК 620.179:534.6 (043.3) СИСТЕМА ИМПУЛЬСНОГО ИМПЕДАНСНОГО КОНТРОЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Суслов Е.Ф. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Киев, Украина Современную аэрокосмическую отрасль не- возможно представить без композиционных ма- териалов (КМ). На сегодняшний день композиты широко используются в конструкциях самолетов и вертолетов, как военного, так и гражданского назначения. КМ широко применяются в таких высоконагруженных элементах как: крыло, гори- зонтальное и вертикальное хвостовое оперение, поверхности управления (рули высоты, направ- ления, элероны, закрылки), интерцепторы, хво- стовые балки, элементы несущего и рулевого винтов, люки, шасси и т.д. Технологический процесс производства ком- позиционных элементов конструкции чувствите- лен к ошибкам, которые в свою очередь, ведут к появлению дефектов и неоднородностей струк- туры готового изделия. Часто дефекты материала вызывают изменения физико-механических ха- рактеристик изделия в целом и уменьшают его прочностные показатели ниже предельно допус- тимых уровней. Для неразрушающего контроля композитов используется большое количество методов, од- нако, на практике предпочтение отдается тем, которые являются наиболее простыми в реализа- ции. Таковым является акустический импеданс- ный метод. Данный метод использует влияние дефекта на смену механического импеданса сис- темы объект контроля – первичный преобразова- тель. Он является одним из основных средств неразрушающего контроля на территории стран СНГ и Европы, используется при контроле сэн- двич-панелей с сотовым заполнителем, много- слойных конструкций, выполненных из ПКМ, металлов и других материалов и их сочетаний. [1]. Импедансный метод внесен в руководств по технической эксплуатации ряда летательных аппаратов как базовый для периодического кон- троля сотовых конструкций на наличие отслое- ний внешней обшивки от сотового заполнителя. Дефектоскопы на его основе прошли межведом- ственные испытания, внесены в ведомственных реестров авиационных администраций и реко- мендованы для проведения контроля композит- ных агрегатов на транспортных и пассажирских самолетах ИЛ-76, ИЛ-86, ИЛ-96-300, ТУ-204, ТУ-214, ЯК 42 и АН-124 «Руслан» [2]. На само- летах Airbus ИМ метод применяется в качестве дополнительного при контроле элементов на основе КМ с сотовым заполнителем. Принцип действия метода основан на изме- нении механического импеданса зоны взаимо- действия между преобразователем и объектом контроля. Эти изменения влияют на амплитуду, фазу и частоту выходного электрического сиг- нала первичного преобразователя. Кроме того, различия физико-механических характеристик контролируемой зоны, может приводить к изме- нению формы огибающей информационного сигнала. Существует два типа дефектоскопов, реали- зующих импедансный метод – с непрерывным и импульсным возбуждением. Приборы с непре- рывным возбуждением имеют сравнительно вы- сокую мощность, что усложняет создание их мобильных версий. Таким образом, наиболее распространенные дефектоскопы имеют им- пульсный вид возбуждения. Пиковая амплитуда сигнала может быть достаточно просто измерена как в импульсном, так и непрерывном режиме 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 138 возбуждения преобразователя. Задача определе- ния частоты и фазы сравнительно просто реша- ется для непрерывного режима работы, но значи- тельно усложняется для импульсного. Использо- вание амплитуды сигнала как информативного параметра распространено в современных импе- дансных дефектоскопах, однако этот параметр имеет низкую устойчивость к воздействию слу- чайной составляющей, источниками которой могут быть как неоднородность структуры ОК и фрикционные шумы преобразователя, так и электромагнитные помехи. Уменьшение влияния случайной составляющей можно достичь ис- пользованием интегральных характеристик сиг- налов. Применение спектрального анализа к инфор- мационного сигнала импедансного преобразова- теля также имеет некоторые ограничения. Ос- новная проблема заключается в ограничении разрешения полученного спектра, что обуслов- лено малой продолжительностью результирую- щего радиоимпульса преобразователя. Длина принятого импульса также изменяется в зависи- мости от материала, из которого выполнен ОК. Например, для реализации спектральной плотно- сти сигнала, полученного с помощью распреде- лительно-совмещенного преобразователя для образца, который представляет собой сэндвич- панель толщиной 7 мм с пенопластовым запол- нителем ПС4-40 и обшивкой на основе стекло- ткани Э3-125, продолжительность радиоимпуль- сов составляет примерно 41016 −⋅ с. Это позво- ляет получить разрешающую способность 640,61 Гц на отсчет. Несмотря на значительную доброт- ность принимающего пьезоэлемента, полученная величина может быть недостаточной для оценки влияния механического импеданса на резонанс- ную частоту преобразователя. Таким образом, актуальной является задача создания и внедре- ния новых методов обработки сигналов, полу- чаемых от первичных преобразователей дефек- тоскопов. В работе предполагается расширить перечень информативных параметров, которые использу- ются для принятия диагностических решений, за счет фазовых характеристик сигнала, а также характеристик формы, его огибающей. Для ре- шения этих задач было использовано преобразо- вание Гильберта (ПГ). Результатом преобразования Гильберта дей- ствительного сигнала )(tx , определенного во временной области, является его Гильберт-образ )( ~ tx , также определен во временной области. Сумма исходного и полученного сигналов пред- ставляет собой так называемый «аналитический» сигнал )(tz . Принимая за основу )(tz , можно получить амплитудную огибающую выходного сигнала )(tA и его «мгновенную» фазу )(tθ как функции времени. В процессе обработки )(tθ преобразуется в фазовую характеристику сиг- нала Ф(t). В работе предлагается использовать Ф(t) для расчета дополнительных информатив- ных параметров. Для оценки влияния дефекта на фазочастот- ные характеристики информационного сигнала можно выполнить интегрирование фазовой ха- рактеристики на выбранном интервале T и ис- пользовать полученную величину Fa как инфор- мативный параметр: ∫Φ= 2 1 )( t t dttFa . (1) Точка 1t может быть принята за нулевой от- счет реализации фазовой характеристики, в то время, как 2t может быть выбрана эксперимен- тально, исходя из обеспечения максимальной чувствительности при наименьшем количестве случайных выбросов, вызванных резкими скач- ками фазы вследствие неэффективной работы алгоритма развертки на основе выражения (1) при увеличении уровня шума. В качестве информативного параметра, ха- рактеризующего степень отличия фазовых ха- рактеристик, полученных из дефектной и безде- фектной областей объекта контроля, предлага- ется использовать параметр Fb : [ ]dtttFb t t ∫ Φ−Φ= 2 1 )()( 12 . (2) Расчет данного параметра можно проводить следующим образом. На первом этапе от безде- фектной области ОК получаем реализацию ин- формационного сигнала, для которого рассчиты- ваем эталонную фазовую характеристику )(1 tΦ . Далее рассчитываем разницу между )(1 tΦ и )(2 tΦ той, которую получаем из текущей об- ласти сканирования. Отличие полученной разно- стной характеристики будет тем больше, чем больше отличаются физико-механические харак- теристики контролируемой зоны. Для проведения экспериментальных исследо- ваний был разработан прототип импульсного импедансного дефектоскопа. Разработанная сис- тема состоит из стандартного раздельно-совме- щенного преобразователя РС-1 производства ООО «Вотум», Москва, РФ, универсального АЦП Acute 1201 (Acute LTD, Тайвань), генера- тора возбуждения преобразователя, усилителя и персонального компьютера. В качестве плат- формы разработки программного обеспечения была использована NI LabView. Данный подход позволил значительно ускорить процесс созда- ния прототипа. Использование предложенных информатив- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 139 ных характеристик позволило расширить пере- чень измеряемых параметров сигнала, по кото- рым возможно принимать диагностические ре- шения. Испытания прототипа дефектоскопа показало, что предложенные параметры позво- ляют обеспечить более высокий уровень досто- верности, чем традиционные [3]. 1. Ланге Ю.В. Акустические низкочастотные методы неразрушающего контроля много- слойных конструкций. – М.: Машиностроение, 1991. – 272 с. 2. Азаров Н.Т., Сырбу В.Н. Контроль клееных сотовых конструкций самолетов импедансным дефектоскопом ДАМИ-С. / Н.Т. Азаров, В.Н. Сырбу // В мире неразрушающего кон- троля. – 2003. – №3. – С. 16 – 29. 3. Eremenko V. Using Hilbert Transform for Signal Processing in Mechanical Impedance Analysis / I. Lysenko, A. Protasov, E. Suslov, [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wcndt2016.com/portals/wcndt/bb/P172. pdf (10.09.2016). УДК 681.121.4(035) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УРОВНЯ ВОДЫ Ташматов Х.К., Музафаров А.Р. Ташкентский государственный технический университет Ташкент, Республика Узбекистан В данной работе предлагается разработанная измерительная схема и основные элементы из- мерительной схемы теплового преобразователя уровня воды и обосновывается, что тепловые преобразователи являются одним из перспектив- ных, благодаря высокой чувствительности, точ- ности и надежности. Тепловые преобразователи уровня характери- зуется наличием следующих основных элемен- тов: теплопровода (ТП); нагревательного эле- мента (НЭ); термочувствительного элемента (ТЧЭ) и измерительной схемы (ИС). Именно сочетание в конструкциях тепловых преобразователи уровня различных вариантов теплопровода, нагревательного элемента, термо- чувствительного элемента и измерительной схемы позволяет получить тот или иной принцип построение. С целью создания различных вари- антов основных элементов преобразователи уровня нами были разработаны морфологиче- ские таблицы основных элементов [1]. На основании анализа принципов построение тепловых преобразователей уровня можно сде- лать вывод о возможности разработки различных конструкций, в которых имеют место различные сочетания вышеуказанных основных элементов: ТП, ПЭ, ТУЭ и ИС [2]. Терморезистор постоянно находиться в на- гретом состоянии, это состояние является рабо- чим эксплуатационным состоянием терморези- стора. Температура, до которой разогревается терморезистор, выбирается и определяется ис- ходя из температурной характеристики терморе- зистора [3]. Надежность сигнализатора обеспечи- вается простотой измерительной цепи, которая представляет собой электронное реле, работаю- щее в элементарном режиме «да» - «нет». Терморезисторный преобразователь уровня жидкости [4] содержит теплопровод 1, нагрева- тельным элемент 2, терморезистор 3 и измери- тельную схему, состоящего из мостовой схемы 4, усилителя 5 и реле 6 (см. рис.1). Терморезисторный уровнемер жидкости ра- ботает следующим образом: при включении ис- точника постоянного тока 7 терморезистор 4 начинает нагреваться нагревательным элементом 10 до определенной температуры. Терморезистор выходит в рабочий нагретый режим за время не более 10 сек. Рисунок 1 – Измерительная схема теплового преобразователя уровня воды для систем индикации и управления насосом воды: 1-теплопровод; 2-нагревательный элемент; 3-терморезистор; 4-мостовая схема; 5-дифференциальный усилитель; 6-реле; 7-источник питания; 8-насос; 9-индикатор. По достижении рабочей температуры сопро- тивление терморезистора изменяется настолько, что поступают импульсы на дифференциальный усилитель 5, цепь реле 6 замыкается и переходит в режим «да», и подается сигнал, который вклю- чает насос, который подает жидкость, а свето- диод индикатора 9 загорается. При касании жид- костью преобразователя уровня благодаря раз- ным коэффициентам теплоотдачи жидкости αж и газа αг (изначально окружавшего преобразова- тель), последний резко меняет свое сопротивле- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 140 ние, электронное реле мгновенно размыкается и переходит в режим «нет», о чем свидетельствует гаснущий светодиод индикатора 9 и выключен- ный насос 8. Основные элементы измерительной схемы. Усилитель напряжения. Выходное напря- жение с мостовой схемы необходимо усилить. Для этого используем микросхему операцион- ного усилителя К140УД15. Рисунок 2 – Микросхема операционного усилителя К140УД15 Технические характеристики усилителя Uu.n1 , В +15 Uu.n2 , В -15 Ιnоm ,мА, не более 12 IB.У, мА, не более 9 Uсм,мВ, не более ±7.5 IВХ,мкА, не более ± 1.7 КО.С.СФ,ДБ, не более 60 UВЫХ, В 12 RВХ, кОм, не более 4 RВЫХ, кОм, не более . 700 Схема управления. Рисунок 3 – Схема управления устройством: 1 – дешифратор; 2, 3 – оптроны; 4 – индикатор; 5 – источник питания Основные данные ИВ – 18 Цвет свечения зелёный Яркость индикатора, кд/м2, не менее: одного цифрового разряда 900 служебного разряда 200 Напряжение накала, В 85±10 Ток накала, мА 50 Напряжение анода – сегмента, В 45 Ток анодов – сегментов суммарный, мА для девяти разрядов 50 Скважность 10± 1 Минимальная наработка, ч 10000 Срок хранения, лет, не менее 4 Блок питающих напряжений. Выбор оптимального источника питания для теплового уровнемера жидкости – ответственная задача, поэтому, прежде всего следует опреде- лить необходимое и достаточное качество его выходного напряжения. Источник питания должен обеспечить пита- ние для аналоговых микросхем: К140УД15: +15В….-15 КР590КН1 +15В…-15В К1113ПВ1А +5 В….-15 В КМ1816ВЕ751А: +5 В К555ИД18 +5 В Выберем трансформатор ТПТ259 127 / 220 – 50, мощностью 31 В·А с бролевым сердечником ШМЛ 25*32 и напряжением вторичных обмоток 5; 10; 1. 34 В. Для выпрямления напряжения используем диодный мост КУ401Г (Ιпотmax = 0,5 А). При стабилизации напряжения питания будем использовать: Для Uпит1 = +15В – микросхему К142ЕН48. Для Uпит2 = -15 В – микросхему К142ЕН1. Для Uпит3 = +9 В − стабилитрон КС190Г. (Ιст3 = 10 мА). Для Uпит4 = +5 В – стабилитрон КС156А. (Ιст4 = 5 мА) Определим номиналы сопротивлений: R1 и R2 R1 = 1.3 кОм. Из номинального ряда возьмём R2 = 400 Ом. Конденсаторы С1, С2, С3, С4 возьмём по 100 мкФ. Рисунок 4 – Источник питания для теплового уровнемера жидкости Заключение. 1. На основе анализа существующих методов и приборов контроля уровня воды, показано, что тепловые методы являются одним из перспек- тивных, благодаря высокой чувствительности, точности и надежности [6]. 2. Разработана методика проектирования конструкций ТПУ, представляющие собой по- следовательность систематизации требований, выбора структуры, расчета, выбор основных элементов и измерительной схемы [7]. 3. Доказано, что возможности дальнейшего развития и совершенствования тепловых измери- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 141 тельных преобразователей позволяют надеяться, что приборы, основанные на базе данного ме- тода, в ближайшие годы найдут широкое приме- нение в схемах контроля и регулирования раз- личных технологических процессов гидроэнер- гетических установок. 1. Ташматов Х.К. Проектирование тепловых преобразователей уровня и расхода жидкостей// Химическая технология. Контроль и управление. -Ташкент, 2009.- №4.- С. 37-40. 2. Ташматов Х.К., Азимбаев Н.М. Тепловые преобразователи для систем контроля и управления уровнем воды в гидро- технических установках// Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2011.- №2.- С. 60-61. 3. Суханова Н.Н., Суханов В.И., Юровский А.Я. Полупроводниковые термопреобразователи с расширенным диапазоном рабочих темпера- тур //Датчики и системы.- М.: 1999. – №7. – С. 65-68. 4. Ташматов Х.К. Тепловой преобразователь уровня воды//Датчики и системы.- М.: 2006.- №3. – С. 41-42. 5. Котюк О.М. Датчики в современных измере- ниях. Издательство: Радио и связь, 2006. 6. Ташматов Х.К. Математические модели тепловых датчиков уровня жидкости // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2009. -№3. – С. 43-46. 7. Tashmatov Kh., Mamatkulov D., Mirzokhidov J. Delelopment of thermal converters direction of flow and gas and liquid flow// The advanced science open access journal – China, June 2013. ISSN 2219-746X. УДК 769.02 РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПОВЫШЕНИЯ СПОРТИВНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ Усольцев А.В. Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова Ижевск, Российская Федерация Непрерывный рост уровня спортивных ре- зультатов требует значительного увеличения объема и интенсивности тренировочных нагру- зок. Объем тренировочных нагрузок в спорте высших достижений, особенно в бодибилдинге, давно близок к предельно возможному [1]. Акту- альной проблемой современного спорта высших достижений является необходимость обеспече- ния состояния стойкой суперкомпенсации энер- горесурсов при недопустимости истощения ре- зервов функций систем организма спортсмена и сохранении его психологического и физического здоровья [2,3]. С одной стороны, в ходе трениро- вок обеспечивается рост тренированности спорт- смена, а с другой – проводится профилактика переутомления, перенапряжения, травм и забо- леваний в ходе тренировочного процесса. Поиски новых путей повышения спортивной работоспособности, по мнению специалистов, прежде всего обусловлены низкой эффективно- стью легально используемых сегодня в спорте средств и методов повышения работоспособно- сти. Существующими способами, в т. ч. миро- выми, решения проблемы повышения спортив- ной работоспособности является использование исключительно фармакологических средств. Из- за низкой эффективности легально используе- мых сегодня в спорте средств и методов повы- шения работоспособности привлекает внимание использование допинговых средств, что вызы- вает проблемы участи спортсменов высшей кате- гории в престижных соревнованиях. Любое нов- шество, ограничивающее использование фарма- кологических средств, исключающее использо- вание допинга и обеспечивающее качественный рост эффективности в данном направлении ак- тивно востребовано. При этом физиологически обосновывается необходимость комплексного подхода в решении данной проблемы с примене- нием широкого спектра средств и методов кли- нической медицины. Более тридцати лет в меди- цинской практике для этих целей применяются низкоэнергетические лазерные терапевтические аппараты. Терапевтическая эффективность ла- зерного излучения настолько эффективна, что было принято Решение Комитета по охране здо- ровья и спорту Государственной Думы от 24.01.2002 № 63 «О квантовой медицине и пер- спективах её развития в Российской Федерации». В литературных источниках рассмотрены эффекты и механизмы действия низкоэнергети- ческого лазерного излучения на организм чело- века, эффективность влияния низкоэнергетиче- ского лазерного излучения на показатели работо- способности спортсменов. Представлены результаты исследований по оценке влияния курсовых доз лазерной стимуляции на отдельные показатели работоспособности спортсменов. Приведены законы адаптации, в соответствии с которыми реализуются эффекты любых воздей- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 142 ствий на организм человека. Известно, что сего- дня созданы технологии комплексной подго- товки квалифицированных атлетов, разработаны и производятся современные портативные лазер- ные терапевтические аппараты для спорта и спортивной медицины. Тем не менее, в настоя- щее время, в отечественном спорте, в том числе спорте высоких достижений, квантовые методы лечения применяются редко, в основном не для подготовки спортсменов к соревнованиям и вос- становления работоспособности после них, а для лечения травм и ряда сопутствующих заболева- ний [4]. Для различных видов спорта, разных спорт- сменов, характерен явный недостаток репрезен- тативных статистических данных о спаде спор- тивной работоспособности, появлении травм, предболезненных состояний и синдромов, появ- ление которых, в общем случае, носит случай- ный характер. В реальных условиях тренировок, при наличии большое количество влияющих факторов, обычно нельзя проводить активные эксперименты, поэтому данные обычно пред- ставляют собой результаты наблюдения за про- исходящим процессом в течение длительного времени, которые, тем не менее, приблизительны из-за возрастных изменений и изменений спор- тивного мастерства. Известны методы последо- вательного лазерного воздействия на сосудисто- нервные сплетения, при этом мощность, частота, начало и окончание воздействия выбираются субъективно. Влияние низкоинтенсивного лазер- ного излучения проявляется на клеточном уровне, поэтому оперативно определить резуль- тативность его воздействие очень сложно. Необ- ходима разработка четких, объективных, универ- сальных рекомендаций по моментам и времени применения лазерных методов. Поэтому акту- альным является создание предпосылок плано- мерного роста спортивных результатов спорт- смена на протяжении всей спортивной карьеры с достижением пика спортивной формы в строго установленные сроки, за счет применения в ка- честве эффективного средства восстановления и повышения спортивной работоспособности низ- коэнергетического лазерного излучения, разра- ботки четких, объективных, универсальных ре- комендаций по выбору длины волны, мощности, частоты лазерного излучения, моментам и вре- мени применения. Даже при масштабном применении лазерного излучения для лечения и профилактики широ- кого круга заболеваний в медицинской практике отсутствуют рекомендации по его индивидуаль- ному применению. В тоже время, в медицинской литературе отмечается, что лазерная терапия до конца не разработана, имеются "белые пятна", а математические расчеты дозы лазерного воздей- ствия не всегда совпадают с клиническими эф- фектами. Основными показаниями в медицине для применения лазерной терапии являются бо- левые синдромы, нарушение микроциркуляции, нарушение иммунного статуса, аллергические проявления, заболевания воспалительного харак- тера, необходимость стимулирования восстано- вительных процессов в тканях и регуляторных механизмов организма. Для реализации лазерной терапии выпускаются два типа низкоэнергетиче- ских лазеров: газовые гелий – неоновые и твердотельные полупроводниковые [5]. Наибо- лее популярны полупроводниковые лазеры, работающие в инфракрасном спектре, используе- мые как для воздействия на зоны, так и для реф- лексотерапии и внутрисосудистого воздействия на кровь. Эффективность лазерного воздействия зави- сят от дозы, которая выражается в джоулях. Бо- лее точным физическим критерием дозы явля- ется плотность дозы или энергетическая облу- ченность на поверхности ткани. Для восстановления и повышения спортивной работоспособности важное значение имеет время воздействия лазерного излучения на организм спортсмена, однако научных рекомендаций по его заданию нет. Отсутствует методика расчета появления рецидивов во время реабилитации. На основании вышеизложенного разработан аппаратно-программный комплекс, позволяю- щий повысить спортивную работоспособность на основании анализа изменения спортивной активности спортсмена. Использование меди- цинских рекомендаций, приведенных в специ- альной литературе, результатов исследований по оценке влияния курсовых доз лазерной стимуля- ции, периодичности воздействия лазерного излу- чения на показатели работоспособности спорт- сменов, позволяет оптимизировать вероятно- стно-временные характеристики спортивной активности спортсмена. Полученные аналитиче- ские выражения не противоречат результатам математического моделирования и результатам опытного применения [6,7]. Согласованность теоретического и статистического распределения проверена с использованием критерия согласия, «критерия χ2» Пирсона. Полученные результаты позволят повысить объективность и эффективность выбора восста- новительных режимов лазерного излучения, мо- ментов начала и продолжительности лазерного воздействия, когда в тканях организма спорт- смена первично происходят положительные био- энергетические, биохимические и другие фи- зико-химические изменения. Полученные ре- зультаты могут использоваться для повышения результативности тренировочных нагрузок в атлетических видах спорта, для повышения эф- фективности восстановления организма после чрезмерных нагрузок при ликвидации последст- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 143 вий катастроф, аварий, несчастных случаев на производстве. 1. Подготовка к соревнованиям. Бодибилдинг. Опубликовано admin Мар 6, 2011: http://www.allbest.ru/ 2. Валеев, Н. М. Дифференцирование методики восстановления работоспособности травми- рованных легкоатлетов на этапе спортивной реабилитации / Н. М. Валеев, Н. В. Швыгина // Теория и практика физической культуры. – 2007. – №1. – С. 49–54. 3. Гаткин, Е.Я. Методы быстрого восстановле- ния спортсмена между стартами в день со- ревнований / Е.Я. Гаткин [и др.] // I Всерос- сийский конгресс с международным участием «МЕДИЦИНА ДЛЯ СПОРТА–2011»: мате- риалы конгресса. – Москва, 19–20 сентября 2011. М., 2011. – С.127–129. 4. Потемкин, Л.А. Медико-биологическое обес- печение и квантовая медицина спорта выс- ших достижений / Л.А. Потемкин. – М., 2001. – 135 с. 5. Москвин С.В., Пономаренко Г.Н. Лазерная терапия аппаратами серии «Матрикс» и «Лазмик». – М.–Тверь, 2015. – 208 с. 6. Усольцев А.В. Оптимизация финансовых затрат на тренировочный процесс при подго- товке спортсмена к соревнованиям / Молодые ученые – ускорению научно- технического прогресса в XXI веке: материалы IV Всерос- сийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием (20 – 21 апреля 2016 года),- Ижевск: Издательство ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2016 С. 507 -511. 7. Усольцев А.В. Система контроля усталости спортсмена в процессе тренировки / Новые направления развития приборостроения: ма- териалы 9-й Международной научно- техни- ческой конференции молодых ученых и сту- дентов (20 − 22 апреля 2016 года Минск, Рес- публика Беларусь). – Минск: БНТУ, 2016. – С. 158. УДК 681.2 ВИРТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БИОМАТЕРИАЛОВ Усольцева А.В. Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова Ижевск, Российская Федерация Трудно переоценить роль лазера в нашей жизни. На практике насчитывается более десятка сотен областей использования лазеров, от меди- цины до космических полётов и термоядерного синтеза. Наиболее массовой областью использо- вания лазерной техники является лазерная обра- ботка материалов, в которой в большинстве слу- чаев используется тепловое воздействие лазер- ного излучения. Хотя список применения лазера очень длинный, он продолжает увеличиваться. Исключительно широкое использование лазеров объясняется их уникальными свойствами [1,2]. Применение лазеров в биологии и медицине основано на использовании широкого круга яв- лений, связанных с разнообразными проявле- ниями взаимодействия света с биологическими объектами. Состояние поверхности при лазерной абля- ции определяют основные характеристики ла- зерного воздействия, от которых зависит эффек- тивность восстановления и внешний вид полос- тей, разрезов, отверстий и т.д. Наличие различных включений или пустот на поверхно- сти биоматериала приводит к кардинальному улучшению биосовместимости, ускорению адап- тации организма к инородному телу, позволяет значительно снизить вероятность его отторже- ния, позволяет предотвратить воспалительные процессы [3]. Постоянно возрастающие объёмы лазерных технологий, увеличивающееся количество видов биоматериалов существенно осложняют решение вопросов минимизации рисков и осложнений, автоматизации управления в крупных медицин- ских центрах. Вопросы совершенствования структуры системы управления автоматизиро- ванными технологическими процессами лазер- ной обработки биоматериалов требуют дальней- шего изучения и обобщения. Первостепенное значение имеет разработка теоретических и ме- тодических основ технологического использова- ния лазеров для обработки биоматериалов с уче- том состояния поверхности при лазерной абля- ции [4]. Существование корреляционных связей ме- жду параметрами лазерного излучения и дру- гими параметрами, характеризующими техноло- гию лазерной обработки, является предпосылкой получения поверхности биоматериала с задан- ными характеристиками. Предлагаемый подход достаточно перспективен, так как, в этом случае состояние поверхности будет функционально связано с параметрами лазерной обработки. Для проблемно – ориентированного автома- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 144 тизированного управления параметрами поверх- ности система физических процессов при лазер- ной обработке представлена в виде системы внутренних моделей из последовательной цепи модельных блоков, предназначенных соответст- венно для идентификации вида биологического материала, длины волны, мощности лазерного излучения, скорости движения лазерного луча., разрешающей способности, частоты импульсов, диаметра сфокусированного лазерного излуче- ния на материале. угла падения лазерного луча. Каждый блок снабжается моделью (информаци- онным процессором), входными данными и воз- можностями адекватного представления резуль- татов на выходе. Входными данными каждого модельного блока могут служить: либо измери- тельные и статистические данные (из баз данных и знаний, экспертных систем), либо результаты модельных расчетов, поступающие с выхода предыдущего блока, либо те и другие одновре- менно, причем с весовыми вкладами, учиты- вающими уровень неопределенности в каждом из них. Для построения математической модели ис- пользованы известные методы математического представление реальности. Внутренняя модель организована иерархиче- ски и содержит несколько уровней пространст- венной, временной организации, специализиро- ванных, соответствующих конкретному мате- риалу, или универсальных, охватывающие все возможные случаи практической реализации. Параллельно предусмотрено несколько уровней иерархии параметров модели, отвечающих раз- ной степени детальности модельного представ- ления процессов, например, может детализиро- ваться как модель реакции определенной аппара- туры управления на появление неоднородностей биоматериала. Если модель функционирует пра- вильно, то чем выше уровень, тем более надеж- ная информация в нем накапливается. В модели постоянно будет происходить фоновый процесс, отвечающий за согласование разных уровней представления информации. На основании разработанных моделей с уче- том ранее приведенных исходных данных сфор- мированы требования к аппаратуре адаптивного контроля, выделены информативные параметры, заданы начальные условия, диапазон изменения рабочих характеристик, установлены научно обоснованные требования к конструкторско – технологическим решениям, контрольно – изме- рительной аппаратуре, лазерной установке, оп- ределен алгоритм работы, разработаны струк- турная, функциональная и принципиальная схемы системы. Используя практический опыт управления ла- зерными технологическими установками обра- ботки биоматериалов в реальном масштабе вре- мени [5,6,7], для оперативного управления тех- нологическими процессами, получения точных исходных данных, проверки адекватности мате- матической модели, разработана виртуальная система. Функционирование системы управления ла- зерным технологическим процессом обработки биоматериалов осуществляется следующим об- разом. На начальном этапе формируется архив на основании базы данных изменения состояние поверхности биологических материалов при ла- зерной абляции, наличия функционально- корре- ляционных связей между характеристиками по- верхности и параметрами лазерного излучения. Далее, на основании полученных статистических материалов, задаются рабочие режимы лазерной обработки, контролируются характеристики по- верхности, при отклонении результатов от за- данных производится коррекция. Учитывая микроструктуру, химический со- став и физико–механические характеристики биоматериалов для проведения исследований выбрана лазерная установка на углекислом газе СО2. Анализ изменений состояния поверхности проводился при изменении мощности лазерного излучения от 2 до 12 Вт, скорости движения ла- зерного луча от 10 до 180 см/сек., разрешающей способности от 100 до 1000 dpi., частоты им- пульсов излучения от 500 до 1000 Гц, диаметра сфокусированного лазерного луча на материале от 0, 05 до 1, 0 мм. угла падения лазерного луча от 00 до 450, и комбинации этих режимов. Проведенные исследования показали, что, для достижения заданного состояния поверхно- сти биологических материалов при разработке основ технологического использования лазеров для обработки биоматериалов с помощью разра- ботанных теоретических и методических основ перспективно использование виртуальной сис- темы, учитывающей существование функцио- нально- корреляционных связей между парамет- рами, характеризующими технологию лазерной обработки и состояние поверхности. 1. Emmelmann С. / Introduction to Industrial.Laser Materials Processing, Rofin-Sinar. Hamburg. 1998, p. 180. 2. Laser materials processing: User's Handbook Manual. / Sc. Edit. Panchenko V.Ya. //Bulgaria, Plovdiv, 2001. 3. Новые интеллектуальные материалы и конст- рукции. Свойства и применение. М.: Техно- сфера, 2006. -224 с. 4. Kozlovskaya N.A., Krokhin O.N., Zavestovskaya I.N. Ultrashort laser pulses abla- tion of the transparent materials // Proc. Of 4th Int. Conf. FPPT, April 2009. Kathmandu, 2000. 5. Черных М.М., Усольцева А.В., Усольцев В.П. Методика определения режимов работы ла- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 145 зерной установки при гравировании изделий из кожи. // XVII Всероссийская научно-прак- тическая конференция и смотр-конкурс твор- ческих работ по направлению подготовки «Технология художественной обработки ма- териалов»: сборник научных трудов. - Ир- кутск: ИрГТУ, 2015.- С 400-407 6. Усольцева А.В., Черных М.М., Усольцев В.П. Исследование лазерного гравирования изде- лий из кости // «Молодые ученые – ускоре- нию научно – технического прогресса в ХХI веке. Сборник материалов II Всероссийской научно-технической конференции аспиран- тов, магистрантов и молодых ученых с меж- дународным участием (Ижевск, 22 – 23 ап- реля 2015 г.), – Ижевск: Издательство ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2015. – С 713 – 721. 7. Усольцева А.В., Усольцев В.П. Особенности лазерного гравирования изделий из кожи // «Приборостроение в ХХI веке – 2014. Инте- грация науки, образования и производства: Сборник материалов Х Всероссийской на- учно-технической конференции с междуна- родным участием (Ижевск, 12 – 14 ноября 2014 г.), – Ижевск: Издательство ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2015. – С 522 – 524. УДК 620.179.14 ВЛИЯНИЕ ВАРИАЦИЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ДВУХСЛОЙНОГО ОБРАЗЦА НА ФАЗУ ВНОСИМОЙ ЭДС НАКЛАДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Чернышев А.В. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь При контроле вихретоковым толщиномером толщины верхнего слоя двухслойной структуры, состоящей из проводящего немагнитного покры- тия, расположенного на проводящем основании (подложке), наиболее эффективным является контроль, основанный на измерениях фазы ϕ вносимой ЭДС накладного преобразователя [1]. Фаза зависит от параметров преобразователя, частоты тока возбуждения и от удельных элек- трических проводимостей покрытия σ1 и основа- ния σ2, а также относительной магнитной прони- цаемости основания µ2, если оно магнитное. На практике обычно наблюдаются вариации вели- чин σ1, σ2, µ2 при перемещении от точки к точке на поверхности контролируемого объекта или при переходе от одного объекта контроля к дру- гому. Это приводит к вариациям величины ϕ при неизменном значении толщины покрытия d, то есть вызывает определенную погрешность при измерениях толщины покрытия вихретоковым методом. В докладе приведены результаты численных расчетов зависимости фазы вносимой ЭДС изме- рительной катушки преобразователя от d, полу- ченные при различных значениях σ1 и при фик- сированных величинах σ2 и µ2. Расчет проведен по аналитическим выражениям работы [2]. Схема расположения катушек поля возбуждения и измерительной накладного вихретокового пре- образователя, находящегося над двухслойным объектом контроля, показана на рисунке 1. Сначала расчет проведен при значении σ1 = = 5,291 МСм/м (что примерно соответствует электропроводности хрома, обозначим это значение как σ10), σ2 = 11,5 МСм/м и µ2 = 100, что примерно соответствует электропроводности и относительной магнитной проницаемости никеля. Амплитудное значение тока возбуждения принято равным 1А, радиусы обоих витков равны 0,002 м, расстояние h от витка поля возбуждения до поверхности объекта контроля составляет 0,001 м, измерительный виток расположен на середине этого расстояния. Расчеты проведены при двух различных частотах F тока возбуждения преобразователя. Сле- дует отметить, что расчетные данные находятся в соответствии с экспериментальными. Рисунок 1 – Витки над проводящей двухслойной средой: 1 – измерительный виток, 2 – виток поля возбуждения, 3 – проводящее покрытие, 4 – проводящая магнитная подложка Рассмотрим результаты расчетов, полученные 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 146 при частоте тока возбуждения преобразователя F=300 кГц, они представлены на рисунке 2 кри- вой 1. По вертикальной координатной оси ука- заны не значения ϕ, а абсолютное значение раз- ности ϕ - φCu, где φCu – фаза вносимой ЭДС при расположении того же преобразователя (при прежнем значении F) над полупространством из меди электропроводность меди принята равной 58,1 МСм/м. Абсолютное значение разности ϕ - φCu обозначено Δφ. Цифрой 2 на рисунке 2 обо- значена зависимость Δφ от d, полученная при величине σ1, превышающей значение σ10 на 20%, а цифрой 3 - зависимость Δφ от d, получен- ная при величине σ1, меньшей значения σ10 на 20%. Из рисунка 2 видно, что при указанных вариациях σ1 относительно значения σ10 вариа- ции Δφ максимальны при максимальном значе- нии d и достигают при этом примерной той же величины 20%. Для вихретокового толщиномера наибольшую важность имеет вопрос выяснения влияния вариаций величины σ1 на погрешность определения толщины верхнего слоя d. Из ри- сунка 2 видно, что и в этом случае вариации ве- личины σ1 относительно σ10 на 20% в сторону уменьшения или увеличения приводят к возник- новению относительной погрешности ∆d при определении d, (относительно истинного значе- ния, определяемого из зависимости, представ- ленной кривой 1 на рисунке 2), примерно равной 20%. 1 - σ1 = 5,291 МСм/м; 2 - σ1 = 6,3492 МСм/м; 3 - σ1 = 4,2328 МСм/м Рисунок 2 – Зависимость Δφ от d при F=300 кГц Теперь рассмотрим результаты расчета ана- логичных зависимостей Δφ от d, полученных при F=5,8 МГц. Они приведены на рисунке 3. 1 - σ1 = 5,291 МСм/м; 2 - σ1 = 6,3492 МСм/м; 3 - σ1 = 4,2328 МСм/м Рисунок 3 – Зависимость Δφ от d при F=5,8 МГц Из сравнения рисунков 2 и 3 видно, что при F=5,8 МГц чувствительность φ к толщине верх- него слоя наблюдается только для относительно малых d (ввиду скин-эффекта). Из рисунка 3 видно, что при толщинах d, превышающих 150 мкм, увеличение σ1 относительно значения σ10 на 20% приводит к уменьшению Δφ примерно на 12%. Уменьшение же σ1 относительно σ10 на 20% приводит к увеличению Δφ примерно на 16%. В интервале толщин покрытия 50÷80 мкм вариации величины σ1 относительно значения σ10 на 20% в сторону уменьшения или увеличения приводят к возникновению относительной по- грешности ∆d примерно равной 16% (истинное значение толщины d находят из кривой 1 на ри- сунке 3). Из приведенных результатов видно, что на- личие вариаций электропроводности верхнего слоя двухслойного образца приводит к возник- новению погрешности определения толщины этого слоя измерением величины Δφ, которая может оказаться больше допустимой для кон- тролируемой детали. Уменьшить эту погреш- ность можно посредством измерения и после- дующего учета, при анализе измеренного значе- ния φ, электропроводности верхнего слоя. Для этого необходимо провести измерения φ на такой относительно высокой частоте, чтобы на резуль- таты не оказало влияние присутствие у двух- слойного объекта контроля проводящей под- ложки. Рассмотрим на конкретном примере, пред- ставленном на рисунке 3, с какой точностью надо проводить такие измерения. Из рисунка следует, что при F=5,8 МГц и d ≥ 200 мкм нали- чие подложки не оказывает влияния на резуль- таты измерений φ (вихревые токи с такой глу- бины не приводят к заметному влиянию на фазу вносимой ЭДС преобразователя). При этом уве- личение σ1 на 20% относительно эталонного зна- Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 147 чения σ10 приводит к изменению φ на 0,35°. В разрабатываемых нами толщиномерах дос- тигается возможность измерения φ с точностью 0,1° при частотах сигнала до 8 МГц. Из вышеска- занного следует, что по измерениям φ можно зафиксировать отклонения величины σ1 от σ10, составляющее 20%/3,5≈5,7%. Как было показано выше, при F=5,8 МГц увеличение σ1 на 20% от- носительно σ10 приводит к возникновению по- грешности определения d, равной 16%. Следова- тельно, в рассматриваемом случае увеличение σ1 на 5,7% (то есть то, что мы можем зафиксировать при измерениях φ прибором) приведет к по- грешности определения d, равной 4,6%. Достиг- нуть уменьшения указанной погрешности изме- рения d возможно лишь за счет повышения точ- ности измерения фазы вносимой ЭДС вихретокового преобразователя. 1. Рубин А.Л., Пахомова В.Г., Реакция ферро- магнитного полупространства с немагнитным слоем на датчик накладного типа // Дефекто- скопия. – 1974. − №3. – С. 36-40. 2. Соболев В.С., Шкарлет Ю.М. Накладные и экранные датчики. - Новосибирск: Наука, 1967. – 144 с. УДК 53.088.6 ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПО КРЕНУ ОБЪЕКТОВ Шведов А.П., Лихошерст В.В. Тульский государственный университет Тула, Российская Федерация Интерес представляет задача измерения угло- вой скорости крена малоразмерных объектов, вращающихся с большой угловой скоростью по углу крена. На малогабаритных объектах в диапазоне уг- ловых скоростей свыше 2000 – 4000 градусов/с целесообразно использовать измерительную схему, реализуемую с помощью двух встречно направленных акселерометров, разнесенных от- носительно оси вращения [1]. Погрешность определения угловой скорости с помощью двух акселерометров обусловлена по- грешностью самих датчиков, а также погрешно- стью установки датчиков относительно продоль- ной оси изделия. Вопросы, связанные с компенсацией погреш- ности коэффициента передачи, уровня нулевого сигнала, нелинейности подробно изложены в работе [2], поэтому их рассматривать не будем. Учет погрешностей перекрестной чувстви- тельности и рассогласования осей осуществля- ется за счет применения акселерометров, оси чувствительности которых ориентированы пер- пендикулярно к измерительным. Можно показать, что в данном случае важна лишь взаимная ориентация осей, а не их распо- ложение относительно корпуса, так как в про- тивном случае, при наличии поперечных вибра- ций, в сигнале угловой скорости будут наблю- даться существенные пульсации. Поэтому при определении отклонения осей одну из осей дат- чика будем считать совпадающей с одной из осей связанной системы координат (рисунок 1). Рисунок 1 – К определению углов рассогласования осей датчиков В этом случае показания датчика 1 и 2 свя- заны с проекциями ускорения на оси связанной системы координат по выражениям: ( ) ( ) ( ) ( )      β−α β + β−α β = β−α α − β−α α = , cos cos cos sin , cos sin cos cos Д2Д2 Д2Д2 YZY YZZ aaa aaa      γ +γ= = , cos , 1Д 1Д 1Д Y ZZ ZZ a tgaa aa где aY, aZ – проекции ускорения на оси Y и Z свя- занной системы координат; aYД2, aZД2 – проекции ускорения на оси чувствительности датчика 1 YД2 и ZД2; aYД1, aZД1 – проекции ускорения на оси чув- ствительности датчика 2 YД1 и ZД1; Определение углов α, β, γ реализуется по од- ной из методик, описанных в [2]. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 148 При установке акселерометров возможно смещение датчиков, обусловленное рядом при- чин, и не совпадение осей датчиков с линией, соединяющей центры масс чувствительных элементов акселерометров (рисунок 2). Рисунок 2 – Схема расположения акселерометров относительно оси вращения после калибровки В этом случае угловая скорость вращения объекта ω и измеряемая угловая скорость ωИ свя- заны соотношением β α ⋅ − ω=ω cos cos 2 12 И r xx . (1) В общем случае после сборки системы неиз- вестными оказываются координаты x2 и x1, ра- диус установки акселерометров r, а также углы α и β, однако, согласно (1), их суммарное влияние можно учесть с помощью некоторого масштаб- ного коэффициента k: ,ДК k⋅ω=ω где β α ⋅ − = cos cos 2 12 r xx k . В свою очередь, коэффициент k легко опре- деляется путем сопоставления измеренной и ис- тинной угловой скорости крена в процессе ка- либровки. Случайная составляющая ν погрешности ак- селерометров в большинстве случаев представ- ляет собой нормально распределенную центри- рованную случайную величину с среднеквадра- тическим отклонением σ. Несложно показать, что в этом случае угловая скорость, измеряемая системой, при компенса- ции систематических погрешностей акселеро- метров определяется выражением r ν +ω=ω 2ДК . Учитывая, что систематическая составляю- щая в ωДК скомпенсирована, представим его виде ,ДК ωνωω += где νω– случайная погрешность ωДК. Тогда плотность распределения вероятности p(νω) случайной величины νω определяется вы- ражением ( ) ( )[ ] ( )[ ]           −≥ −≥             ++ −+     +         −+ − + = ων ων σ ωων σ ωων σπ ων ν ω ω ω ωω ω при,0 при, 2 exp 2 exp 2 2 )( 2 222 2 222 r rr p (2) Анализ зависимости математического ожида- ния случайной величины νω от угловой скорости показывает, что она зависит от угловой скорости и снижается при ее увеличении. Из-за наличия ненулевого математического ожидания νω, помимо погрешности масштабного коэффициента k, в выходном сигнале ωИ будет наблюдаться постоянная составляющая погреш- ности (рисунок 3) и угловую скорость вращения изделия можно представить в виде ( )nk −ω=ω И , (3) где n – смещение нулевого сигнала, обусловлен- ное математическим ожиданием случайной ве- личины νω; k – масштабный коэффициент. Рисунок 3. Влияние случайной погрешности акселерометров на точность измерения угловой скорости крена: (1 – ∆ω(ω); 2 – линейная аппроксимация в диапазоне угловых скоростей 1000÷1300 º/с; 3 – линейная аппроксимация в диапазоне угловых скоростей 1300÷2500 º/с; 4 – линейная аппроксимация в диапазоне угловых скоростей 2500÷7200 º/с) Из рисунка 3 видно, что зависимость ∆ω от ω нелинейна. Однако для рабочего диапазона из- мерительной схемы измерения (от 2000 до 7200 º/с) она может быть аппроксимирована с помо- щью трех прямых. То есть может рассматри- ваться как линейная в трех диапазонах частот, а значения коэффициентов k и n для выражения (3) в этих диапазонах можно считать постоянными. Секция 1. Измерительные системы и приборы, технические средства безопасности 149 Таким образом, для компенсации погрешно- сти угловой скорости ωИ достаточно определить значение коэффициентов k и n для диапазонов частот: 1000÷1300 º/с, 1300÷2500 º/с и 2500÷7200 º/с. Коэффициенты для данных диапазонов опре- деляются путем снятия показаний схемы для двух значений угловой скорости из каждого диа- пазона. Распределение случайной величины νω в диа- пазоне угловых скоростей от 1000º/с и выше близко к нормальному. Следовательно, при ин- тегрировании νω будет наблюдаться погрешность аналогичная погрешности при интегрировании нормально распределенной случайной величины. Погрешность ∆ при интегрировании нормально распределенной случайной величины определя- ется неравенством: tτσ≤∆ сл , (3) где σсл – СКО некоторой нормально распреде- ленной случайной величины; t – время интегри- рования; τ – шаг дискретизации системы. В свою очередь, σсл может быть определено по плотности распределения вероятности (2). Следует отметить, что погрешность, определяе- мая выражением (3), носит случайный характер и не может быть скомпенсирована на этапе калиб- ровки системы. Таким образом, величину ∆ следует рассмат- ривать как оценку максимальной точности дан- ного метода измерения. 1. Лихошерст В.В. Датчик крена вращающихся по крену объектов / В.В. Лихошерст, В.Я. Распопов, А.П. Шведов // XXIII Санкт- Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов / глав. ред. академик РАН В.Г. Пешехонов. – СПб.: ГНЦ «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. – С. 220 – 223. 2. Аш, Дж. Датчики из мерительных систем: В 2-х книгах. Кн. 2. – М.: Мир, 1992. – 424 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 150 Секция 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ УДК 006.9:534.27.08 (045)(476) МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Ананьин В.Н., Мирончик А.М., Мохнач М.В. Белорусский государственный институт метрологии Минск, Республика Беларусь В настоящее время эталон единицы количе- ства вещества моль по принятому определению не реализован. В газоаналитических измерениях используются относительные единицы: молярная доля и массовая доля компонентов в газовых смесях, выраженные в процентах (%) или в мил- лионных долях (млн-1) [1]. Достоверность и прослеживаемость к едини- цам SI результатов измерений содержания ком- понентов в газовых средах обеспечивается в Рес- публике Беларусь национальной системой един- ства газоаналитических измерений, фундаментом которой является комплекс нацио- нальных эталонов:  Национальный эталон единицы молярной доли компонентов в газовых смесях НЭ РБ 13-04 – диапазон воспроизведения еди- ницы молярной доли компонентов (водорода, оксида углерода, диоксида углерода, метана, пропана, кислорода, сероводорода, метилмеркап- тана, этилмеркаптана) в азоте от 0,001 % до 99,90 %, относительная расширенная неопреде- ленность от 10 % до 0,01 % (k = 2, P = 0,95);  Национальный эталон единицы молярной доли компонентов природного газа в газовых смесях НЭ РБ 16-08 – диапазон вос- произведения единицы молярной доли компо- нентов природного газа (метана, этана, пропана, изобутана, нормального бутана, изопентана, нормального пентана, неопентана, нормального гексана, диоксида углерода, азота, кислорода, водорода, гелия) от 0,0001 % до 99,0 %, относи- тельная расширенная неопределенность от 10 % до 0,03 % (k = 3, P = 0,99);  Национальный эталон единицы молярной доли атмосферных экологически опасных компонентов НЭ РБ 18-10 – диапазон воспроизведения единицы молярной доли ком- понентов (диоксида серы, оксида азота, диоксида азота, сероводорода, диоксида углерода) в азоте от 0,0001 % до 30,0 %, относительная расширен- ная неопределенность от 5 % до 0,5 % (k = 3, P = 0,99);  Национальный эталон единиц моляр- ной и массовой концентрации компонентов сжиженных углеводородных газов НЭ РБ 22- 13 – диапазон воспроизведения единицы моляр- ной доли компонентов (пропилена, пропана, изо- бутана, нормального бутана, изопентана, нор- мального пентана от 0,10 % до 99,0 %, относи- тельная расширенная неопределенность от 2,5 % до 0,5 % (k = 2; Р = 95 %); диапазон воспроизве- дения единицы массовой доли указанных выше компонентов от 0,10 % до 99,0 %, относительная расширенная неопределенность от 3,0 % до 0,5 % (k = 2; Р = 95 %). Более подробная информация о метрологиче- ских характеристиках национальных эталонов размещена на официальном сайте БелГИМ www.belgim.by. В состав комплекса эталонов входит: аналитическое оборудование для анализа ис- ходных газов и сертификации эталонных газовых смесей (ЭГС) и рабочих эталонов – государст- венных стандартных образцов состава газовых смесей (ГСО): газовые хроматографы с различ- ными детекторами (пламенно-ионизационными, пламенно-фотометрическими, термокондукто- метрическими, масс-селективным), оптико-аку- стические и электрохимические газоанализа- торы, кулонометрические гигрометры; гравиметрическое газосмесительное оборудо- вание на базе масс-компараторов КА10-3/Р («Mettler-Toledo») и ССЕ 40К3 («Sartorius») и установок смешивания газов для воспроизведе- ния единицы молярной доли статическим грави- метрическим методом согласно [2]; комплект чистых газов и ЭГС в баллонах под давлением; технические средства для подготовки балло- нов к заполнению и гомогенизации полученных газовых смесей. Размер единицы молярной (массовой) доли компонентов воспроизводится национальными эталонами путем приготовления ЭГС в баллонах под давлением наиболее точным гравиметриче- ским методом согласно [2] с последующей вери- фикацией компонентного состава приготовлен- ных ЭГС согласно [3]. ЭГС предназначены для хранения и передачи рабочим эталонам единицы молярной (массовой) доли компонентов и применяются в качестве эталонов сравнения при проведении междуна- родных сличений национальных эталонов. Метрологические характеристики националь- ных газовых эталонов Республики Беларусь под- тверждены результатами международных сли- чений в рамках региональной метрологической Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 151 организации КООМЕТ, зарегистрированных в международной базе данных КСDB [4] Между- народного бюро мер и весов: COOMET.QM-K3 «Автомобильные газы», 2005 г.; COOMET.QM-K1.а «Оксид углерода в азоте», 2008 г.; COOMET.QM-K23.b «Природный газ», 2008 г. COOMET.QM-S1 «Дополнительные сличения первичных эталонов содержания компонентов в газовых средах: NO в азоте (50 мкмоль/моль)», 2013 г. COOMET.QM-K76 «Ключевые сличения пер- вичных эталонов содержания компонентов в га- зовых средах: SO2 в азоте (100 мкмоль/моль)», 2013 г. COOMET.QM-S5 «Дополнительные сличения национальных эталонов в области анализа газо- вой смеси CO2, CO, C3H8 в азоте (автомобильные газы)», 2014 г. КООМЕТ № 488/RU-a/10 «Сличения эталон- ных методов измерений объемной теплоты сго- рания природного газа», 2015 г.; COOMET.QM-S3 «Дополнительные сличения эталонных газовых смесей: «загрязнители атмо- сферного воздуха: СО в азоте, 5 мкмоль/моль», 2016 г. Результаты сличений подтверждают заявлен- ные характеристики национальных эталонов и прослеживаемость воспроизводимой ЭГС еди- ницы молярной доли к эталонам национальных метрологических институтов ведущих стран мира [4]. От ЭГС размер единицы в соответствии с по- верочными схемами [5, 6] передается рабочим эталонам – ГСО 0-го, 1-го и 2-го разрядов, что обеспечивает метрологическую прослеживае- мость ГСО, выпускаемых в БелГИМ, к междуна- родным эталонам. В год производится свыше 2000 экземпляров ГСО в баллонах под давлением для более чем 400 предприятий и организаций Республики Бе- ларусь. ГСО предназначены для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений в соответствии с [7] в системе мони- торинга атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны, в энергетике, на транспорте, в жилищно- коммунальном хозяйстве, санитарии и медицине, нефтехимической, газоперерабатывающей и га- зотранспортной отраслях промышленности Рес- публики Беларусь. В перспективе развития работ в области мет- рологического обеспечения газоаналитических измерений планируется расширение номенкла- туры компонентов и диапазона молярной доли, воспроизводимых эталонами, а также освоение динамического объемного метода для воспроиз- ведения единицы молярной доли нестабильных компонентов, обладающих высокой реакционной и адсорбционной способностью, в соответствии с [8]. В четвертом квартале 2014 г. начат выпуск ГСО состава аммиак – азот/воздух 2-го разряда. Диапазон сертифицированных значений объем- ной доли аммиака (0,001-1,5) %, относительная расширенная неопределенность сертифициро- ванного значения (10-5) %. 1. ТР 2007/003/BY Единицы измерений, допу- щенные к применению на территории Рес- публики Беларусь. 2. СТБ ИСО 6142-2003 Анализ газов. Приготовление калибровочных газовых смесей. Гравиметрический метод. 3. СТБ ИСО 6143-2003 Анализ газов. Методы сравнения для определения и проверки со- става газовых смесей для калибровки. 4. Key and supplementary comparisons // Bureau International des Poids et Mesures [Electronic resource]. – 2013. – Mode of access : http://kcdb.bipm.org/appendixB/KCDB_ApB_s earch.asp. 5. СТБ 8022-2004 Система обеспечения един- ства измерений Республики Беларусь. Госу- дарственная поверочная схема для средств измерений содержания компонентов в газо- вых смесях. 6. ГОСТ 8.578-2014 Государственная система обеспечения единства измерений. Государ- ственная поверочная схема для средств из- мерений содержания компонентов в газовых средах. 7. ТКП 8.005-2012 (03220) Система обеспече- ния единства измерений Республики Бела- русь. Стандартные образцы. Основные по- ложения. Порядок разработки, утверждения, регистрации и применения. ISO 6145-7:2009 Gas analysis – Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumet- ric methods – Part 7: Thermal mass-flow con- trollers. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 152 УДК 620.179:534.6 (043.3) ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИНОМИАЛЬНОЙ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ РЕГРЕССИИ Бем О.Т.1, Еременко В.С.2, Суслов Е.Ф.2 1Национальный авиационный университет 2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Киев, Украина Широким классом сигналов, которые несут информацию о состоянии исследуемого объекта являются импульсные сигналы с локально сосре- доточенными информативными параметрами. Наиболее известными методами идентификации таких сигналов являются следующие: 1. Методы основанные на измерении ампли- тудно-временных параметров: амплитуды и дли- тельности импульса, длительности фронтов, ско- рости нарастания и спада и т. д. 2. Методы основанные на оценивании инте- гральных характеристик – центра массы им- пульса, коэффициентов подобия, корреляцион- ной функции . 3. Методы разложения по базисным функ- циям (Фурье, Хартли, вейвлет-преобразование ). 4. Методы структурного анализа, которые предполагают сегментацию сигнала на последо- вательность отдельных фрагментов, отражаю- щих чередование элементарных событий иссле- дуемого процесса . 5. Методы представления сигалов в фазовом пространстве, т.е. пространстве, образованном конечным набором параметров состояний . 6. Эвристические методы, в частности методы основанные на применении нейросетевых техно- логий. 7. Стохастические методы, в частности обу- чаемые на эталонных выборках вероятностные дискриминативные модели. Вероятностные дискриминативные модели мультиномиальной логистической регрессии (МЛР) имеют следующие: вероятностная оценка принадлежности сигнала к каждому из возмож- ных предусмотренных классов; малое количе- ство настраиваемых параметров модели, относи- тельно других вероятностных методов; получе- ние удовлетворительных оценок при невыполнении предположения о распределениях параметров в классе плохо выполняются (что случается при нерепрезентативных выборках); возможность использовать в качестве информа- ции для обучения оценки сигналов, полученные любыми другими методами идентификации. Основной принцип МЛР-модели заключается в том, что используя теорему Байеса, при услов- ном выполнении ряда предположений (незави- симость наблюдений, распределения признаков в каждом классе, признаки описываются с помо- щью семейства экспоненциальных распределе- ний, и др.), апостериорную вероятность )|( XyP k попадания объекта (вектора информа- тивных параметров сигнала X ) в k -й предусмотренный моделью класс сигналов можно выразить через нормирующую экспонен- циальную функцию: ,; )exp( )exp( )()|( )()|( )|(),( 1 0 1 1 Xwxwwa a a yPyXp yPyXp XyPXws T kk K k kkK j j k K j jj kk kk ⋅=+== = ⋅ ⋅ == ∑ ∑ ∑ = = = где )|( kyXp – условная плотность распределе- ния признаков в классе k ; )( kyP – априорная вероятность класса k (доля объектов этого класса во всей обучающей выборке); K – количе- ство всех классов к которым можно отнести сиг- нал; w – коэффициенты при признаках. Модель МЛР для пяти классов включает в себя четыре уравнения, каждое из которых рас- считывает отношение вероятностей отнесения объекта соответствующего класса к базовому классу (№1). В качестве признаков для расчета модели было взято амплитуды и длительности сигналов для отрицательной и положительной полуволн импульса (рис. 1). Рисунок 1 – Показательные сигналы для разных классов Таким образом, вектор параметров для каж- дого объекта (сигнала) состоял из четырех ком- понент: амплитуда отрицательной полуволны (А_у); длительность отрицательной полуволны (Д_у); амплитуда положительной полуволны (А_о); длительность положительной полуволны (Д_о). В качестве обучающего множества было использовано 250 «эталонных» сигналов на каж- Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 153 дый класс. Таким образом обучающая выборка для пяти классов состояла из 1250 векторов. Рас- пределение амплитуд отрицательной и положи- тельной полуволны для всей выборки представ- лено на рис. 2. Рисунок 2 – Плотности распределения амплитуд полуволн Модель МЛР обучалась на одной половине данных, вторая же часть данных использовалась для валидации, такой подход дает возможность оценить обобщающую способность модели. Ре- зультатом обучения модели есть рассчитанные весовые коэффициенты приведенные в Табл.1, каждый столбик которой отвечает за отдельный класс. Таблица 1 – Рассчитанные коэффициенты для модели МЛР по каждому классу сигналов №1 №2 №3 №4 0w 114.06 93.68 16.49 -222.6 1w -66.20 -121.3 -98.7 -43.07 2w 0.087 0.085 0.085 0.089 3w -12.84 4.079 -112.8 -58.08 4w -0.102 -0.056 0.057 0.255 Рассчитанные значения коэффициентов и признаков формируют исходное уравнение по которому рассчитывается апостериорная веро- ятность для данного класса )|( XyP k . После подсчета вероятностей для всех классов (сумма которых равна единице для каждого объекта), как правило, объект относят к тому классу, веро- ятность которого максимальна. Результаты иден- тификации сигналов по валидационной (тесто- вой) выборке представлены в (Табл.2). Подходом для оценки распознавания классов был выбран «один против всех», а в качестве оценок качества модели были использованы оценки среднго квадратического отклонения (СКО) и средней перекрестной энтропии (СПЭ) (табл.3). ( )∑ −+= i ii yyСКО 2 NP 1  ;       −+ + = ∑∑ − − + + )()( )1ln()ln( N P 1 i i i i yyСПЭ  , где P и N – правильно и ложно идентифициро- ванные объекты; y  – оцененная вероятность; }1;0{∈y – фактическая вероятность. Таблица 2 – Результаты полученного МЛР моделью вердикта классификации №1 №2 №4 №4 №5 ∑ мо- дели №1 125 0 0 0 0 125 №2 0 111 19 0 0 130 №3 0 14 103 3 0 120 №4 0 0 3 122 0 125 №5 0 0 0 0 125 125 ∑ эта- лон 125 125 125 125 125 625 δ 0 14 22 3 0 39 Ошибки модели связаны с пересечением рас- пределений информативных параметров для раз- ных классов. Таблица 3 –Оценки эффективности МЛР методом «один против всех» СКО СПЭ №1 0.0004 0.000017 №2 0.1703 0.089755 №3 0.1946 0.120752 №4 0.0941 0.031294 №5 0.0001 0.000010 Исходя из полученных результатов можно сделать вывод о достаточно удовлетворительной идентификации импульсных сигналов методом с использованием МЛР модели. Преимуществом предложенного метода есть возможность одно- временного использования любых данных и оце- нок, характеризующих сигнал (объект), что спо- собствует обоснованному отбору информатив- ных признаков, на основании одной целостной модели. Вероятностные, а не строго категори- альные оценки улучшают интерпретируемость результатов, и формируют основу для оценки рисков. 1. Cristopher M. Bishop Pattern recognition and machine learning. Singapore: Springer – 2006, P.197,204,209. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 154 УДК 621.396.67 АЛГОРИТМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫХ СИСТЕМ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ НА СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ БудайА.Г., Гринчук А.П., Громыко А.В. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета» Минск, Республика Беларусь Эффективное решение существующих и пер- спективных задач, стоящих перед современной радиолокацией как гражданского, так и военного назначения, возможно только с использованием активных фазируемых антенных решеток (АФАР), работающих в многолучевом режиме с электрон- ным сканированием диаграммы направленности (ДН). Последнее достигается формированием в каждый момент времени в излучающем раскрыве определенного вида амплитудно – фазового рас- пределения (АФР), обеспечивающего необходи- мые амплитудное распределение и наклон фазо- вого фронта. При этом накладываются дополни- тельные требования на сохранение формы ДН, высокого коэффициента усиления антенны, незна- чительного роста боковых лепестков, что обеспе- чивает помехоустойчивость системы в целом. Таким образом, все основные функциональные параметры РЛС определяются законом формиро- вания АФР, погрешностями установки амплитуды и фазы на каждом элементе АФАР, динамиче- скими параметрами изменения АФР. Поэтому разработка алгоритмов, методов измерения изме- рительных комплексов для прямых измерений АФР на некоторой поверхности, в непосредствен- ной близости от раскрыва является актуальной. Как правило, конструктивно АФАР пред- ставляют собой двумерную решетку, в узлах которой располагаются излучающие антенные элементы, каждый из которых подключен к приемо-передающему модулю (ППМ), причем расстояние между антенными элементами по двум координатам в апертуре раскрыва должно составлять половину длины наиболее короткой волны в рабочем диапазоне частот. Это условие обеспечивает высокие технические характери- стики АФАР в целом и накладывает жесткие ограничения на габариты каждого одноканаль- ного модуля. В настоящее время оптимальной и наиболее перспективной конструкции ППМ сантиметро- вого диапазона длин волн, удовлетворяющей в том числе и стоимостным требованиям, выбрана следующая: многоканальный ППМ, комплекси- рованный с печатными антенными элементами. Указанная конструкция является универсальной и может использоваться как для аналоговых АФАР с формированием амплитудно – фазового распределения (АФР) в апертуре с использова- нием управляемых аттенюаторов и фазовращате- лей, так и для цифровых решеток (АЦАР) с пря- мым цифровым синтезом АФР. Наиболее распространенными являются че- тырех и восьми канальные ППМ, хорошо укла- дывающиеся в двумерную двоичную матрицу. В качестве антенных элементов используются раз- личные типы печатных антенн. Такие антенны имеют малые габариты, конструктивно и техно- логически хорошо согласуются с конструкцией и технологией изготовления СВЧ печатных плат модулей. Кроме того, изготовление таких антенн фотолитографическим способом гарантирует максимально высокую повторяемость конфигу- рации антенн, а, значит, и их электромагнитных характеристик. Несмотря на то, что современные пакеты программ позволяют с высокой степенью достоверности рассчитывать пространственные характеристики излучения как отдельно взятых печатных антенн, так и с учетом их взаимного влияния в двумерной антенной решетке, а также ППМ в целом, при разработке и оптимизации АФАР необходим этап физического моделиро- вания, в том числе и печатных антенн, что пред- полагает их изготовление и измерение их про- странственных характеристик (диаграмм направ- ленности ДН, коэффициента усиления КУ и др.). Таким образом, на всех этапах разработки и создания АФАР, а также в процессе эксплуата- ции необходимо проведение измерений основ- ных характеристик как изделия в целом, так и отдельных элементов. Наиболее полную инфор- мацию об указанных характеристиках дают из- мерения в ближней зоне, достоверность и эффек- тивность которых в значительной степени зави- сят от выбора поверхности измерения. Поскольку используемые антенные элементы, а также отдельные приемо-передающие модули (в том числе с числом каналов не более 8) являются слабонаправленными, наиболее рационально производить измерения на сферической поверх- ности, охватывающей антенну. Однако, в отли- чие от восстановления характеристик по измере- ниям на планарной и цилиндрической поверхно- стях, где используется эффективные алгоритмы БПФ, обработка результатов измерения на сфе- рической поверхности требует традиционного интегрирования с привлечением присоединен- ных функций Лежандра и сферических функций Хамнкеля. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 155 Решение уравнения Максвелла в сферической системе координат для комплексных амплитуд тангенциальных составляющих вектора электри- ческого поля позволяет представить электромаг- нитное поле ),,( rE ϕθτ  на поверхности сферы радиуса r, охватывающей излучающую систему в виде разложения φ по векторным сферическим функциям (гармоникам) [1] : ∑ ⋅+⋅∑= + −== n nm mnmnmnmn N n NBMArE  1 ),,( ϕθτ Векторные сферические функции mnmn NM  , и комплексные коэффициенты mnmn BA , выража- ются через полиномы Лежандра )(θmnP , сфери- ческие функции Ханкеля )(kzZ n и тангенциаль- ные составляющие вектора E на сферической поверхности радиуса r0(r0-радиус сферы, на ко- торой производится измерение) [2]. Число N определяется радиусом минимальной сферы, охватывающей измеряемый объект. Тангенци- альные составляющие поля Еφ Еθ на сфере лю- бого радиуса (как больше, так и меньше r0 ) рас- считываются по формулам, содержащим Фурье преобразование по координате φ. В тоже время полиномы Лежандра ( )θcosmnP можно предста- вить в виде конечного ряда Фурье: ( ) ( )( ) ( ) , !!2 !2 cos 0 22 ∑ = −− − = n k knjmn k mj n m n eCemnn n P θ π θ где mn kC - постоянные коэффициенты, являю- щиеся результатом алгебраических процедур. Таким образом, интегрирование по координате θ также сводится к преобразованию Фурье, что позволяет использовать при расчетах тангенци- альных составляющих поля на поверхности про- извольного радиуса эффективный алгоритм БПФ. Разработанное на основании представленного алгоритма программное обеспечение позволяет, используя результаты измерений на сферической поверхности радиуса r0, рассчитывать поле в векторном виде на сферической поверхности произвольного радиуса R. При R>>λ амплитуда рассчитанного поля определяет пространствен- ную диаграмму направленности исследуемого объекта. Восстановление амплитудно-фазового распределения на сфере минимального радиуса позволяет проводить дефектоскопию антенных элементов путем сравнения теоретических рас- четов с результатами обработки эксперимен- тальных данных, оптимизировать конструкцию отдельного антенного элемента и линейки ан- тенных элементов, учитывать влияние конструк- тивных элементов модуля, а при наличии защит- ных покрытий (панелей, укрытий, обтекателей) определить степень их влияния, однородность характеристик, провести их дефектоскопию (де- струкция материала, накопления влаги и др.). 1. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн.- М.-1978. 2. Арфкен Г. Математические методы в физике.-М.-1970. УДК 621.382 МЕТОДИКА НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ РАСТЕКАНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ И СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ Бумай Ю.А.1, Васьков О.С. 1, Кононенко В.К.1, Нисс В.С.1, Керенцев А.Ф.2, Петлицкий А.Н.2, Рубцевич И.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2ОАО Интеграл Минск, Республика Беларусь 1 Методика исследования профилей растекания теплового потока Детальные исследования тепловых характе- ристик полупроводниковых приборов проведены методом тепловой дифференциальной релакса- ционной спектрометрии ТРДС, хорошо зареко- мендовавшим себя при анализе тепловых пара- метров внутренних элементов гетеролазеров, светодиодов и транзисторов [1]. Релаксационный метод основан на анализе переходных электрических процессов, связанных с разогревом полупроводникового прибора про- ходящим через него током. Из временной зави- симости температуры перехода при нагреве пря- мым током находятся дискретный и дифферен- циальный спектры теплового сопротивления Rth прибора, значения тепловой емкости Cth и посто- янной времени тепловой релаксации τ. Диффе- ренциальный спектр определяется на основе производных высшего порядка динамического теплового импеданса и соответствует модели Фостера, а дискретный – модели Кауера. Два вида спектров (непрерывной и дискретный) теп- лового сопротивления используются для анализа и уточнения компонентов теплового сопротив- ления в рамках электротепловой модели Фостера 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 156 и более физически точной модели Кауера. Вре- менные зависимости изменения напряжения на p-n переходе, которые дают возможность анализа путей прохождения теплового потока по элемен- там структуры, измеряются при помощи импе- данс - спектрометра тепловых процессов [2], разработанного в БНТУ. В случае одномерного распространения теп- лоты в полубесконечной пластине от верхней части транзистора к теплоотводу распределение температуры T(x, t) по глубине следует закону [3] 2 a ( , ) exp 4 P x T x t S tt  α − = ⋅  απκ   , (1) где α – коэффициент температуропроводности, κ – коэффициент теплопроводности. Здесь P − подводимая тепловая мощность, которая рассеи- вается через активную площадь сечением Sа. Ко- эффициент α = κ/сpρ, где cp – удельная теплоем- кость, ρ – плотность, для Si величина сpρ состав- ляет 1.69 Дж/см3∙К. Так как при этом κ = 1.49 Вт/см К, то имеем α = 0.88 см2/с. Таким образом, нагрев поверхности кристалла следует закону a 2 ( ) P t T t S α ∆ = ⋅ πκ , (2) и время корневого закона изменения темпера- туры р–п перехода при импульсном электриче- ском возбуждении транзистора охватывает дли- тельности порядка 0.1–1 мс [4]. Это позволяет определить активную площадь транзистора Sа в зависимости от мощности импульса возбужде- ния P. Этот вывод следует из решения нестационар- ного уравнения теплопроводности [3]. На на- чальном участке нагрев активной области при- бора прямо пропорционален √𝑡: th2( ) PR t T t∆ = ⋅ π τ , (3) где постоянная тепловой релаксации ( )2th a pR S cτ = κ ρ , а Rth − тепловое сопротивле- ние активного слоя площадью Sa. Для Si посто- янная тепловой релаксации составляет величину порядка τ ≈ 3 мс и начальный участок нагрева соответствует временам t ≤ 0.4τ [4]. Для определения распределения площади теплового потока от поверхности кристалла до внешнего терморадиатора использованы величины e (тепловой эффузии) или величины α = κ/ρcp (температуропроводности) для слоистых компонентов полупроводникового прибора. Если использовать соотношение между тепловыми характеристиками Rth и Cth слоистых компонентов структуры в виде , (4) то можно определить изменение активной площади Sa при распространении теплоты вдоль диода от p-n перехода к подложке, теплоотводу и окружающей среде. Послойные значения компонентов теплового сопротивления Rth и тепловой емкости Cth, можно установить из анализа дискретного спектра теплового сопротивления измеряемой структуры [1]. Как известно [5], тепловая эффузия e=κ/α1/2=(κρсp) 1/2 прямо связана с κ и α, поэтому ее экспериментальное значение задается, как , (5) где Sa * - эффективная площадь полупроводниковой структуры, зависящая от особенностей конфигурации прибора и определяемая размерами слоев и площадью чипа Sch, а также коэффициентом его заполнения γ. 2 Экспериментальная часть Значения активной площади ряда транзисто- ров находились по методике начального корне- вого участка разогрева полупроводниковых при- боров. Границы временного корневого участка возбуждения типичных мощных транзисторов соответствуют практически временам 0.1−2 мс. Растекание теплового потока в кристалле определяющего его активную площадь зависит от особенностей конфигурации полупро- водникового прибора и определяется размерами слоев и площадью чипа Sch, а также коэффициентом его заполнения γ, который составляет практически 0.4–0.7. На рисунке 1 представлены профили распре- деления площади теплового потока для пары мощных МОП транзисторов типа КП7209, полу- ченные по разработанной методике и, для срав- нения, фотоизображение области посадки кри- сталла под припоем. Рисунок 1 - Профили распределения теплового потока в транзисторах 17n и-23n типа КП7209 металлокерамическом корпусе ТО-254 с разным качеством посадки кристаллов и фото-изображения припоя под кристаллом Видно, что в образце 23n происходит большее чем в 17n сужение теплового потока Sa в th th 2 2 2 a a 1 / p R C S c S α = = κ κρ * * th th a/ /e C R S= Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 157 области посадки, что коррелирует с видимой площадью дефектов на фото припоя. На рисунке 2 представлены профили распре- деления сечения теплового потока в мощных светодиодах Cree XPG и Cree XPE с разной пло- щадью кристалла. Видно, что на начальном уча- стке, где растекание тепла определяется разме- рами кристалла светодиода активная площадь теплового потока коррелирует с геометрической площадью кристалла для обоих образцов. На участках, близких к внешнему корпусу прибо- ров, уровни сечения тепловых потоков обоих образцов выравниваются, из-за одинаковой кон- струкции и тепловых параметров образцов. Рисунок 2 – Профили распределения сечения теплового потока в шкале времени для мощных светодиодов компании Cree с разной площадью кристалла Sch для Cree XPG – 2 мм 2 и Cree XPE – 1 мм2 1. Васьков, О.С. Диагностика технологиче- ских характеристик мощных транзисторов с по- мощью релаксационного импеданс-спектрометра тепловых процессов / О.С. Васьков [и др.] // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2014, № 1. – С. 47–52. 2. Бумай, Ю.А. Релаксационный импеданс- спектрометр тепловых процессов / Ю.А. Бумай [и др.] // Электроника инфо. – 2010, № 3. – C. 58–59. 3. Stout, R. P. Accuracy and time resolution in thermal transient finite element analysis / R.P. Stout, D.T. Billings // 2002-Int-ANSYS-Conf-91. – http://ansys.com/staticassets/ANSYS/. 4. Vaskou, A.S. Thermal characterization of light-emitting sources of Cree types / A.S. Vaskou [et al.] // Proc. 12th Int. Conf. on Laser and Fiber- Optical Networks Modeling, LFNM*2013. Sudak, 2013. P. 79–81. 5. Zakgeim, A.L. Comparative Analysis of the Thermal Resistance Profiles of Power Light-Emit- ting Diodes Cree and Rebel Types / A.L. Zakgeim, A.E. Chernyakov, A.S. Vaskou, V.K. Kononenko, V.S. Niss // EuroSimE 2013: 14th International Con- ference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems. – 2013. – №01. – Р. 1/7-7/7. УДК 621.78.062.2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ Виленчиц Б.Б., Попов В.К. Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь Углеродный потенциал процесса газовой цементации равновесия обычно регулируется кислородными датчиками. Для коррекции сиг- нала этого датчика, его показания сравниваются с фольговой пробой. Для этого науглерожива- ется тонкая железная фольга и в ней измеряется содержание углерода, которое должно быть равно углеродному потенциалу, измеренному датчиком кислорода. Предлагаемый метод для экспресс-определе- ния содержания углерода в фольге основан на гармоническом анализе вихревых токов [1] и реализован в небольшом автоматизированном устройстве, которое является надежным и про- стым в использовании. С помощью этого уст- ройства содержание углерода в тонкой желез- ной фольге может быть получено с точностью лучше, чем 0,03 % и за время менее 2 секунд в диапазоне от 0 - 1,2 % массового содержания углерода. Это эффективный инструмент для быстрого контроля качества печных цементаци- онных атмосфер и коррекции показаний кисло- родного зонда. Для качественной цементации необходимо, контролировать концентрацию углерода на по- верхности детали. Это косвенно делается с по- мощью кислородных зондов. На основе изме- ренного парциального давления кислорода и химических условий равновесия цементацион- ной атмосферы вычисляется углеродный потен- циал. Поскольку цементация осуществляется при высокой температуре (900 - 950 °С) в аг- рессивной и пыльной среде, сигнал датчика кислорода дрейфует. Для корректировки харак- теристик датчика используют тонкую (50 мкм) железную фольгу, которую размещают на ко- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 158 роткий промежуток времени, 10 - 30 мин, в печ- ную атмосферу, чтобы углерод диффундировал в фольгу по достижении равновесного состоя- ния со средой. Равновесная концентрация угле- рода в фольге равна углеродному потенциалу, рассчитанному по парциальному давлению ки- слорода в атмосфере [2]. В лабораторных усло- виях концентрация углерода в железной фольге измеряется гравиметрическим методом или из- мерением содержания углекислого газа при ее полном сжигании. Первый метод должен быть сделан очень тщательно, чтобы исключить влияние обработки образца при измерении веса. Отпечатков пальцев, пыль, копоть следует избе- гать. Для второго метода эти факторы сказыва- ются на результате не так сильно, а основными недостатками являются большая стоимость и необходимость в квалифицированном персо- нале. Настоящий метод измерения лишен ука- занных недостатков. Для неразрушающего определения характе- ристик материалов электромагнитное тестиро- вание было успешно использовано во многих приложениях [2]. Измерительный эффект осно- ван на взаимосвязи между состоянием мате- риала и его электрических и магнитных свойст- вах. При науглероживании фольги ее структуру определяют содержание углерода и условия охлаждения. Поскольку обычно скорость охла- ждения небольшая, то структуру фольги опре- деляют феррит, перлит и цементит в зависимо- сти от содержания углерода. Электромагнитные свойства фольги зависят от содержания в ней углерода. Эти свойства могут быть измерены электромагнитными методами. Для количест- венного определения магнитных свойств ис- пользуется гармонический анализ электромаг- нитного поля вихревых токов. Информация о магнитных свойствах ферромагнитного мате- риала содержится в высших гармониках сиг- нала. Эти гармоники зависят от формы магнит- ного гистерезиса, которая связана со структурой материала. Не существует фундаментальной теории, описывающей связь между магнитными свойствами и микроструктурой ферромагнит- ных материалов, и в каждом конкретном случае следует экспериментально доказывать значи- мость такой корреляции. Типичная схема уст- ройства содержит электромагнитную катушку, создающую переменное электромагнитное поле, которое взаимодействует с образцом ферромаг- нитной фольги и возбуждает в нем вихревые токи, зависящие от характеристик материала фольги. Эти токи создают вторичное электро- магнитное поле, которое противоположно первичному. Рисунок 1 – Блок-схема устройства Магнитные свойства материала описываются характерной кривой гистерезиса. Эта переда- точная функция генерирует более высокие гар- моники исходного синусоидального сигнала. Преобразованный таким образом сигнал регист- рируется приемной катушкой и разлагается на спектральные составляющие с помощью Фурье- преобразования. Низшая частота равна частоте исходного сигнала. Более высокие гармоники вызваны нелинейностью характеристики кривой гистерезиса. На рисунке 1 показана блок-схема устройства. На каждой стороне фольги нахо- дятся по три катушки. Рядом с катушками пе- редачи и приема расположены компенсацион- ные катушки. При этой конфигурации достига- ется оптимальное для исследования гомогенное распределение поля в фольге и достигается ми- нимальная чувствительность к возмущающим воздействиям, таким как изменение расстояния, краевой эффект или влияние наклона плоскости фольги. Полученное распределение поля и рас- положение катушек показаны на рисунке 2. Рисунок 2 – Распределение магнитного поля Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 159 Рисунок 3 – Профили концентрации углерода при разных условиях охлаждения фольги Для количественного определения содержа- ния углерода в фольге, образцы фольги иссле- довались на содержание углерода лабораторным методом измерения. При этом важно учесть возможные ошибки, возникающие при способе извлечения фольговых образцов из печи. Неко- торые возможные ошибки демонстрируются на рисунке 3. Когда образцы фольги охлаждаются на воз- духе, происходит окисление и изменение по- верхностной концентрации углерода. Охлажде- ние в цементирующем газе имеет эффект даль- нейшей цементации и приводит к более высокому содержанию углерода. К тому же за- частую не достигается однородная концентра- ция углерода по всей толщине фольги. Так что лучший способ извлечения фольги - выдержать ее достаточно долго в атмосфере цементации и медленно охладить в инертном газе. Предлагаемым методом были обработаны 70 образцов фольги с параллельным определе- нием содержания углерода лабораторным мето- дом. Результаты статистической обработки представлены на рисунке 4. Коэффициент кор- реляции оставляет 97,5% со стандартным от- клонением 0,06 % С. Рисунок 4 – Экспериментальная оценка точности и достоверности результатов измерений При строгом соблюдении рекомендаций по извлечению фольги из печной атмосферы стан- дартное отклонение возможно еще снизить. Экспериментально определенная точность ме- тода измерения достаточно высока для контроля углеродного потенциала в процессах цементации и может быть увеличена в дальнейшем. 1.Rose, E.; Mayr, P.: Analyse von PVD/CVD-Verschleißschutzschichten mit der Glimmentladungsspektroskopie (GDOS)// HTM – 1986- № 3, S.127. 2.Klümper-Westkam p,H.; Mayr, P.; Reimche, W.; Feiste, K.L.; Bernhard, M.; Bach, F.-W.: Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes in Aufkohlungsfolien// HTM - 2002- № 5, S. 364-372. УДК 006.91.034:537.811 (045)(476) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НЭ РБ 26-15 Волынец А.С., Галыго А.В. Республиканское унитарное предприятие «Белорусский государственный институт метрологии» Минск, Республика Беларусь Введение Плотность потока энергии (далее – ППЭ) — физическая величина, численно равная потоку энергии через малую площадку единичной пло- щади, перпендикулярную направлению потока. Средства измерений ППЭ применяются в про- мышленности, экологии, медицине, обороне, научных исследованиях, транспорте и связи. В Республике Беларусь измерения ППЭ в первую очередь проводятся центрами гигиены и эпиде- миологии при осуществлении контроля уровня электромагнитного поля на соответствие требо- ваниям стандартов системы безопасности труда, санитарных правил и норм, устанавливающих предельно допускаемые уровни воздействия электромагнитных излучений на людей. Кроме того средства измерений ППЭ находят примене- ние при проведении мониторинга уровней элек- тромагнитных полей на местности и осуществ- лении контроля за использованием радиочастот- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 160 ного спектра инспекциями, при проведении сертификационных испытаний продукции испы- тательными лабораториями, при проведении исследований по обеспечению защиты информа- ции спецслужбами [1]. Состав и принцип работы эталона Эталон предназначен для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы ППЭ в свободном пространстве. Единица ППЭ является производной от основных единиц, поэтому при ее воспроизведении используются средства из- мерений, заимствованные из поверочных схем для средств измерения длины и частоты, кроме того осуществлена взаимосвязь эталона единицы ППЭ с исходным эталоном единицы мощности электромагнитных колебаний ИЭ РБ 19-10. Принцип действия эталона основан на ме- тоде эталонной антенны, в соответствии с кото- рым значение ППЭ определяется с помощью эталонного измерителя ППЭ, а при передаче размера единицы ППЭ используется метод за- мещения эталонного преобразователя на иссле- дуемый. Эталон построен по блочному принципу. В состав эталона входят следующие основные блоки: а) излучающий блок эталона; б) измерительный блок эталона; в) устройство юстировки и перемещения из- лучающих модулей; г) устройство юстировки и перемещения из- мерительных модулей; д) экранированная безэховая камера 2,3х2,3х4,8 м; e) модифицированная экранированная полу- безэховая камера Frankonia SAC – 3 Plus; д) управляющая персональная электронно- вычислительная машина (ПЭВМ) с прикладным программным обеспечением. Источником сигнала служит широкополос- ный генератор сигналов с диапазоном рабочих частот от 0,3 до 39,65 ГГц. Регулировка ППЭ электромагнитного поля по уровню осуществля- ется регулировкой выходной мощности генера- тора. В диапазоне частот от 0,3 до 1,0 ГГц в ка- честве излучающей антенны используется широ- кополосная дипольная антенна П6-62 с низким значением коэффициента усиления. Для созда- ния электромагнитного поля большой ампли- туды в данном диапазоне частот в высокочастот- ный тракт между генератором и измерительным мостом включается усилитель мощности Schaffner CBA 9433. В диапазоне частот от 1,0 до 18,0 ГГц излучателем является рупорная антенна ETS 3115, подключаемая к генератору через на- правленный ответвитель №05 или мост измери- тельный в зависимости от диапазона частот. В диапазоне частот от 18,0 до 25,86 ГГц к генера- тору через направленный ответвитель №03 под- ключается рупорная антенна П6-63, в диапазоне частот от 25,86 до 39,65 ГГц – рупорная антенна П6-64 через направленный ответвитель №01. В целях контроля и обеспечения стабильности уровня мощности эталонного электромагнитного поля во вторичное плечо направленного ответви- теля подключается измеритель мощности РМ 2 с термоэлектрическим преобразователем. В состав измерительного блока входят иден- тичные излучающим эталонные измерительные антенны, к выходу которых подключаются к термоэлектрические преобразователи измерителя мощности РМ2. Крепление антенн осуществля- ется в устройствах юстировки и перемещения излучающих и измерительных модулей внутри экранированной безэховой камеры с помощью комплекта адаптеров для крепежа измеритель- ных и излучающих антенн. Устройство юсти- ровки и перемещения измерительных модулей, изготовленное из диэлектрического материала, позволяет в автоматическом режиме выполнять изменение расстояния между антеннами, осуще- ствлять поперечное перемещение, вращение ан- тенны по азимуту и вокруг своей оси. В состав эталона входят две безэховые ка- меры, предназначенные для исключения переот- ражений электромагнитных волн от стен и кон- структивных неоднородностей, а также защиты обслуживающего персонала от электромагнит- ного излучения [2]. Эталон функционирует следующим образом. Эталонные излучающие и измерительные ан- тенны соответствующего диапазона устанавли- ваются в экранированной безэховой камере на расстоянии l, м, друг от друга. На эталонную излучающую антенну с генератора сигналов че- рез направленный ответвитель подается сигнал требуемой частоты и мощности Рг. Эталонное значение ППЭ этП , Вт/м 2, создаваемого излу- чающей антенной, определяется эталонной изме- рительной антенной с подключенным к ней из- мерителем мощности по формуле эт эт эт S Р П = , (1) где этР – мощность сигнала на выходе эталон- ной измерительной антенны, Вт; этS – эффективная площадь эталонной измери- тельной антенны, м2. Затем эталонная измерительная антенна за- меняется на исследуемую антенну или измери- тель ППЭ. Измеритель ППЭ подключается непо- средственно к ПЭВМ через интерфейс Ethernet, RS-232 или USB в зависимости от типа интер- фейса, используемого измерителем ППЭ для передачи данных. С генератора на излучающую антенну подается сигнал мощности Рг, при этом стабильность мощности сигнала контролируется Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 161 измерителем мощности РМ2, включенным во вторичный канал направленного ответвителя излучающего тракта. В случае изменения уровня выходной мощности генератора выполняется его корректировка. Далее производится регистрация показаний исследуемого измерителя ППЭ либо измерителя мощности, подключенного к выходу исследуемой измерительной антенны. Если исследуемым средством измерений яв- ляется измеритель ППЭ, относительная погреш- ность измерения δ определяется по формуле %100⋅ − = эт этизм П ППδ , (2) где измП - значение ППЭ, измеренное исследуе- мым измерителем ППЭ, Вт/м2. Если объектом исследования является изме- рительная антенна, эффективная площадь иссле- дуемой антенны эфS , м2,рассчитывается по фор- муле эт этизм эф Р SР S ⋅ = , (3) где измР - мощность сигнала на выходе исследуемой антенны, измеренный измерителем мощности, Вт; этР - мощность сигнала на выходе эталон- ной антенны, Вт; этS - эффективная площадь эталонной ан- тенны, м2. Эталон обеспечивает воспроизведение еди- ницы плотности потока энергии со среднеквад- ратическим отклонением результатов измерений не более 10 % при числе измерений n=5 и неис- ключенной систематической погрешностью от ±10 % до ±30 % в зависимости от диапазона час- тот и значения плотности потока энергии [3]. При оценке неисключенной систематической составляющей погрешности учтены следующие составляющие: погрешность измерения мощно- сти измерителем мощности РМ на выходе эта- лонной измерительной антенны, погрешность эффективной площади эталонной измерительной антенны; погрешность за счёт рассогласования в тракте между измерительной антенной и измери- телем мощности; погрешность за счёт переотра- жений между излучающей и измерительной ан- теннами; погрешность из-за неплоскостности электромагнитного поля в месте сличения ан- тенн; погрешность замещения измерительной антенны на эталонную антенну; погрешность из- за непостоянства электромагнитного поля за время измерений; погрешность из-за переотра- жений электромагнитных полей от стен безэхо- вой камеры и др. Заключение Эталон обеспечивает потребности респуб- лики при проведении метрологического кон- троля средств измерений ППЭ и измерительных антенн, эксплуатируемых отечественными пред- приятиями, используется в научных и исследова- тельских работах. В перспективе совершенство- вание эталона связано с исследованиями харак- теристик эталона с целью снижения неисключенной систематической погрешности, расширением динамического диапазона единицы плотности потока энергии, проведением между- народных сличений. 1. Создание и совершенствование эталонной базы в области радиочастотных электро- магнитных измерений. В.А. Тишенко, М.В. Балаханов, В.И. Лукьянов. – Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2013. – 198 с. 2. Правила хранения и применения нацио- нального эталона единицы плотности потока энергии электромагнитного поля. 3. Паспорт национального эталона единицы плотности потока энергии электромагнитного поля. УДК 658 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СМК СТРОИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ Врублевская Е.А., Спесивцева Ю.Б. Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь КПД-1 ОАО «МАПИД» является одним из основных поставщиков услуг в строительстве нашей страны. В настоящее время перед пред- приятием поставлена задача актуализации и со- вершенствования СМК, которая должна соответ- ствовать требованиям СТБ ISO 9001 с учетом изменений новой версии. Одним из основных инструментов совершен- ствования СМК является оценка результативно- сти, поскольку она позволяет принимать реше- ния на основе фактов. Имеющаяся на предпри- ятии методика имела ряд недостатков, поэтому была разработана новая версия, учитывающая лучшие стороны разных подходов. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 162 Комплексная оценка результативности СМК (𝑅СМК) рассчитывается из полученных оценок результативности процессов, удовлетворенности потребителей и совершенствования СМК: 𝑅СМК = 𝑦потр + 𝑅проц + 𝑅общ3 , где 𝑦потр – оценка удовлетворенности потре- бителя, %; 𝑅проц – общая оценка результативности процессов СМК, %; 𝑅общ – общая оценка совершенствования СМК, %. При определении удовлетворенности потре- бителя, предлагается выставить оценку по каж- дому из влияющих факторов. Первым шагом осуществляется построение матрицы частот предпочтений, с использованием сгруппирован- ных ответов потребителей по графе «Значи- мость». Результаты оценок значимости критериев и группирование их по значимости: - наиболее значимые факторы: качество ока- занных услуг, уровень обслуживания (коэффи- циент значимости 𝑘𝑖 уд=0,4), наличие квалифицированного обслуживающего персо- нала, конкурентоспособные цены, соблюдение выполнения установленных требований (𝑘𝑖 уд=0,3); - факторы средней значимости: приемлемое время исполнения заказа, оперативность реаги- рования на запросы (𝑘𝑖 уд =0,2); - наименее значимые факторы: простота пер- воначального заказа (𝑘𝑖 уд=0,1). Полученные значения представляют собой весовые коэффициенты для факторов с точки зрения предпочтений потребителей. Следующим шагом в оценке удовлетворенно- сти потребителя является выставление клиентом оценки каждому фактору согласно предложен- ной шкале удовлетворенности: - 5 – результат превзошел ожидания потреби- теля; - 4 – потребитель удовлетворен услугой; - 3 – потребитель частично удовлетворён ус- лугой; - 2 – потребитель больше не удовлетворен, чем удовлетворен услугой; - 1 – потребитель полностью не удовлетворен услугой. После анкетирования, которое должно прово- диться раз в год проводится анализ полученных оценок. Для каждого фактора рассчитывается среднее значение удовлетворенности 𝑢ср𝑖: 𝑢ср𝑖 = ∑𝑢𝑖𝑗𝑛 , где uij – значение балльной оценки i-го фак- тора j-м потребителем; n – количество опрошенных потребителей. Используя полученные коэффициенты зна- чимости факторов и среднее арифметическое значение удовлетворенности по каждому фак- тору, получим оценку удовлетворенности потре- бителей: 𝑦потр = �15 ∙�𝑘𝑖уд ∙ 𝑢ср𝑖� ∙ 100 %, где 𝑘𝑖 уд – весовой коэффициент значимости фактора; 𝑢ср𝑖 – среднее значение удовлетворенности по каждому фактору; 1 5 – переводной коэффициент. Результативность СМК зависит от результа- тивности каждого из процессов, входящих в со- став СМК. Критерий оценки показателя содер- жит плановое значение показателя процесса, выраженное в измеримых единицах, а также тре- бование по условиям оценки фактического зна- чения показателя. В расчетах использованы имеющиеся в отче- тах о функционировании СМК показатели ре- зультативности процессов. Общий показатель результативности рассчи- тывается как среднее арифметическое показате- лей результативности всех процессов ОАО «МАПИД»: 𝑅проц = �𝑘𝑖пр ∙ 𝑅𝑖𝑚 𝑖=1 , где 𝑅𝑖 – оценка результативности функции- онирования i-го процесса; 𝑘𝑖 пр – весовой коэффициент оценки процесса; 𝑚 – количество процессов в организации. Коэффициенты весомости i-го процесса (𝑘𝑖 пр) СМК рассчитывается как соотношение числа корректирующих мероприятий для i-го процесса (КМ𝑖) на общее число корректирующих мероприятий для всех процессов: 𝑘𝑖 пр = 1 − КМ𝑖 ∑ КМ𝑖 𝑚 𝑖=1 . Подход позволяет оценить те процессы СМК, на которые необходимо выделить наибольшее количество ресурсов для достижения поставлен- ных целей. Процессы, в отношении которых не определены корректирующие мероприятия, имеют коэффициент весомости равный 1. Расчет результативности каждого процесса СМК осуществляется исходя из запланирован- ных и реализованных целей каждого процесса: 𝑅𝑖 = ЦреалЦзапл ∙ 100%, где 𝑅𝑖 – результативность i-го процесса; Цреал – количество реализованных целей по i-ому процессу; Цзапл – количество запланированных целей по i-ому процессу. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 163 Потенциально возможно, что значение ре- зультативности одного из рассматриваемых про- цессов превышает 100%. В этом случае необхо- димо использовать значение 100%. Повышение результативности – один из принципов совершенствования СМК, и это не- маловажный пункт для анализа результативности СМК. Оценку выполнения корректирующих и пре- дупреждающих мероприятий по результатам аудитов определяем из соотношения 𝑅КиПМ = 𝑁выпол𝑁общ ∙ 100%, где 𝑅КиПМ – оценка результативности выпол- нения корректирующих и предупреждающих действий, %; 𝑁выпол – количество выполненных мероприя- тий; 𝑁общ – общее количество запланированных мероприятий. Помимо корректирующих и предупреждаю- щих мероприятий, проведенных по результатам аудиторских проверок, второй составляющей оценки результативности совершенствования СМК является выполнение предложений по со- вершенствованию СМК: 𝑅соверш = 𝑘реал𝑘предл ∙ 100%, где 𝑅соверш – оценка результативности реали- зации предложений по совершенствованию СМК, %; 𝑘реал и 𝑘предл – количество реализованных и предложенных мероприятий соответственно. Третьей составляющей является оценка ре- зультативности СМК за предыдущий отчетный период – 𝑅СМК ′ . Общая оценка совершенствования СМК бу- дет выглядеть как среднее арифметическое по- лученных трех составляющих: 𝑅общ = 𝑅КиПМ + 𝑅соверш + 𝑅СМК′3 . Для оценки результативности используется шкала: - СМК функционирует результативно и не требует разработки каких-либо действий, если 𝑃СМК = 100 %; - СМК функционирует результативно, но тре- бует разработки предупреждающих действий, если 𝑥1 < 𝑃СМК < 100 %; - СМК функционирует результативно, но тре- бует разработки незначительных корректирую- щих действий, если 𝑥2 < 𝑃СМК < 𝑥1; - СМК функционирует недостаточно резуль- тативно и требует разработки значительных кор- ректирующих действий, если 𝑥3 < 𝑃СМК < 𝑥2; - СМК функционирует нерезультативно и требует вмешательства высшего руководства, если 0% < 𝑃СМК < 𝑥3. Величины 𝑥1, 𝑥2, 𝑥3 устанавливаются при раз- работке СМК и должны находится в диапазоне от 0 до 100%. В рамках деятельности ОАО «МАПИД» были установлены для величин 𝑥1, 𝑥2, 𝑥3 значения 93%, 80%, 53% соответственно. Применение рекомендуемых оценок результа- тивности для СМК позволяет определить степень воздействия, необходимого для корректировки. Сравнительный анализ двух методик показал, что старая версия методики не корректно отра- жала результативность СМК ОАО «МАПИД» – каждый год наблюдался рост результативности. Такая тенденция отражает политику на мотиви- рование сотрудников для достижение целей про- цессов. Однако, такой подход не учитывал удов- летворенность потребителя, а данный показатель для организации, предоставляющей строитель- ные услуги, является очень важным. Также по- литика постоянного улучшения, проводимая высшим руководством, не находила отражения в результатах оценки результативности, что не позволяло корректно судить о тенденции совер- шенствования СМК ОАО «МАПИД». УДК 664 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ Габец В.Л.1, Зубеня А.А.2 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2ОАО «Скидельский сахарный комбинат» Скидель, Республика Беларусь Республика Беларусь является страной с раз- витым аграрным сектором и обладает большим потенциалом для увеличения производства сельскохозяйственной продукции для перерабатывающей отрасли, высокое качество которой обеспечивает ей конкуренто- способность на внутреннем рынке и рынках соседних государств. В Беларуси функционирует сложившаяся система обеспечения качества и безопасности продуктов питания. Для реализации мероприятий по гармонизации национальных норм с ре- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 164 комендациями Всемирной организации здраво- охранения (ВОЗ), Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) необходимо знать и учитывать основные прин- ципы их формирования в странах-участниках Всемирной торговой организации (ВТО). Это позволит создать эффективный механизм регу- лирования качества и безопасности сельскохо- зяйственной продукции и продукции перераба- тывающих отраслей, что обеспечит необходимое высокое качество продуктов питания, облегчит процедуру вступления Республики Беларусь в ВТО. Кроме того, производители ставят задачи по расширению сбыта продукции на внешнем рынке в странах ближнего и дальнего зарубежья, поэтому требования стран-импортеров к такой продукции обязаны учитываться при производ- стве. Законы, ориентированные на внутренний рынок страны, могут также непреднамеренно повлиять на практику ведения бизнеса, принятую в компаниях, действующих за пределами государственных границ страны. Во многих случаях компании, продукция которых предназначена для реализации на внешнем рынке, вносят изменения в технологию производства, чтобы привести эту продукцию в соответствие с нормативами импортирующих стран, даже если операции, выполняемые компанией, полностью соответствуют отечественному законодательству. Мировое сообщество при устранении техни- ческих барьеров в торговле стремится к реализа- ции принципа «один стандарт, одно испытание, одна оценка соответствия или испытаний одна- жды принимается везде». Данный принцип во многом отражен в ряде положений ЕС, сущность которых заключается в четком разделении обязательных и добровольных требований к показателям качества продукции, гармонизации требований стандартов, технических регламентов и т. д. Законодательство по контролю продуктов пита- ния в странах ЕС имеет трехуровневую струк- туру: европейские регулирующие положения (решения, директивы); национальные регули- рующие положения (законы, положения); регио- нальное законодательство (законы, положения, служебные предписания). В ЕС наиболее важные показатели безопасности сельскохозяйственной продукции и продукции перерабатывающих отраслей определены в постановлениях и директивах и направлены на охрану здоровья населения, интересов потребителя (предотвращение фальсификаций и мошенничества при реализации продуктов питания), защиту животных, растений и окружающей среды. Регулирующие положения европейского законодательства определяют кон- кретные рамки применения национального и регионального законодательства. Они доста- точно гибки и позволяют осуществлять собст- венное толкование национальных регулирующих положений в любой стране, являющейся членом ЕС, не противореча при этом европейскому законодательству. В странах ЕС постоянно разрабатываются новые директивы, дорабатываются перечни контролируемых веществ, устанавливаются максимально допустимые уровни (МДУ) их содержания в тех или иных продуктах питания или в сырье. В ЕС получила развитие и продолжает со- вершенствоваться система сертификации произ- водств сельхозпродукции. Сегодня невозможна реализация сельскохозяйственной и пищевой продукции на рынке ЕС без наличия на предприятии подтвержденной системы управления качеством и безопасностью на основе принципов НАССР (Hazard Analysis and Critical Control Point, что в переводе означает анализ рисков и критические точки контроля), которые являются ключевым элементом семейства международных стандартов ISO 22000. Предприятия по производству пищевых продуктов обеспечивают безопасность своей продукции и проводят собственный контроль. Функционирование системы самоконтроля предприятий проверяется государственным органом. Автоматизация технологического процесса для комплексной оценки качества экстракта са- харной свеклы при производстве сахара на заво- дах республики должна способствовать обеспе- чению безопасности выпускаемой проукции. В производственной лаборатории ОАО «Скидельский сахарный комбинат» установлена автоматизированная система для оптимизации лабораторных анализов, который работает по актуальным стандартам Международной Комиссии по Единым Методам Анализа Сахара (ICUMSA). Система осуществляет весь спектр анализов (сырье, промежуточные и конечные продукты) для сахарного производства, а именно - анализ сырых, промежуточных и конечных продуктов сахарной промышленности на поляризацию; Brix; кажущуюся чистоту; опционально на pH; проводимость золы; цвет раствора, влажность сахара и отражённый цвет. Автоматизированная система включает ком- плекс с вычислительным устройством для авто- матического анализа сахарной свеклы на саха- розу (Z), калий (К), натрий (Na) и альфа-амино- кислотный азот. Автоматизированная система представляет собой компьютеризированную лабораторную Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 165 систему для контроля качества и анализа сахар- ной свеклы в соответствии с официальными ме- тодами ICUMSA. Содержание сахара, оценённое по измерениям на поляриметре, не отражает реальный выход сахара, поскольку такие образующие мелассу ингредиенты свеклы, как калий, натрий и альфа-амино азот не учитываются в расчётах. Сахарные заводы могут использовать данную систему и дополнительные системы для оценки стоимости сырья, для улучшения качества поставляемой сахарной и, таким образом, увеличивать прибыльность производства из года в год. Материалом проб является масса-экстракт сахарной свеклы, произведенной по методу «хо- лодной дигестации»: Масса сахарной свеклы разбавляется в соотношении 26 гр / 177 мл с ба- зисным раствором ацетата свинца. Смесь разме- шивается для экстрагирования растворимых со- ставных частей и дальнейшей фильтрации. Фильтрат должен быть свободным от веществ, обусловливающих помутнение. Для достижения хорошей точности замера, базисный раствор ацетата свинца не должен со- держать мешающие концентрации калия и на- трия. Осветляющее средство должно быть достаточно чистым и растворенным в дистиллированной или деминерализированной воде. Основные технические характеристики к са- харной свекле как к сырью для выработки сахара должны характеризовать не только ее пригодность к переработке, но и для хранения. Введение в стандарт на свеклу требований к показателям физического состояния обусловлены тем, что примеси подвяленных, цветушных, подмороженных и сильно механически поврежденных корнеплодов вызывают не только ослабление к устойчивости ее к хранению, но и приводят к затруднениям в технологическом процессе переработки. Абсолютное большинство сахарных заводов работает на сахарной свекле. И даже при выборе оптимального режима переработки и рациональ- ной организации производства технологические качества свеклы определяют характер и размеры потерь сахарозы – и, как следствие, выход кри- сталлического сахара. Выход сахара (и хранимость свеклы) зависит от количественного элементного состава: сколько в сырье содержится калия (К), натрия (Na) и альфа-амино-азота, являющихся силь- ными мелассообразователями. Большая концен- трация альфа-амино-азота приводит к термиче- скому разложению сахарозы, нарастанию цвет- ности, повышению кислотности соков и продуктов – а значит, к уменьшению сроков хранения свеклы и снижению количества готового продукта. Аналитическое исследование свеклы при приеме ее в переработку и закладке на хранение помогает определить эффективность технологии производства на различных стадиях. Используя эти данные специалисты завода могут вырабо- тать технико-экономическую модель производ- ства и сформировать комплекс рекомендаций по оптимизации режимов хранения и переработки. Сахарные заводы могут использовать автоматизированную систему для улучшения качества поступающего для переработки сырья. Если платить за свеклу не по весу брутто, а в зависимости от содержания сахарозы и редуцирующих веществ, то хозяйствам, производящим сахарную свеклу хорошего качества, дается дополнительный стимул. И появляется объективная причина отказать в поставках тем, кто снабжает свеклой низкого качества – или хотя бы платить по спра- ведливости меньше. А агротехнические пред- приятия, занимающиеся выращиванием семян, могут использовать автоматизированную сис- тему для создания лучших сортов сахарной свеклы с высоким содержанием сахарозы. УДК 625.7.08 МЕТОД КОМПЕНСАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГЕОРАДАРНОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ Громыко А.В., Романов А.Ф., Ходасевич А.И., Чернобай И.А. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь Разработанный авторами георадарно- акустический метод измерений прочности дорожных покрытий основан на измерении модуля упругости E слоев дорожного покрытия путем измерения скоростей распространения 1υ , 2υ , …, nυ акустических колебаний в каждом слое покрытия по параметрам распространения радиолокационных сигналов, отраженных от 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 166 границ слоев дорожных покрытий [1-4]. Модуль nE определяется с учетом плотности nρ контролируемого покрытия, также определяемой по скорости акустических колебаний: 2 nnnE υρ ⋅= . (1) Измерения скорости распространения акустических колебаний реализуется по временам распространения 1PT , 2PT , …, PnT акустических волн, определяемым по моментам выделения фазоамплитудных флуктуаций отраженных радиолокационных сигналов от каждой границы между слоями, вибрирующей в соответствии со сдвигом фаз, вызванным распространением акустических волн от излучателя через контролируемые покрытия. На основании полученных результатов для времен распространения вычисляются скорости распространения акустических волн в первом, втором, третьем … и n-м слоях: 1P 1 1 T l =υ ; 1P2P 2 2 TT l − =υ ;…; 1PnPn n n TT l −− =υ , (2) где 1l , 2l ,…, nl - толщины каждого слоя, измеряемые посредством отраженных радиолокационных сигналов по следующим формулам: 1 10 1 2 tc l ξ = ; 2 120 2 2 )tt(c l ξ − = ;…; n 1nn0 n 2 )tt(c l ξ −−= , (3) где 0c – скорость распространения электромагнитной волны в вакууме; 1t , 2t , …, nt – отметки времени в наносекундах, измеряемые радиолокационным сигналом от момента времени излучения радиолокационного импульса до момента его приема при отражении от каждой границы между слоями дорожной одежды; 1ξ , 2ξ , …, nξ – величины диэлектрической проницаемости слоев. Однако проведенные испытания показали, что метод наряду с его перспективностью имеет определенные ограничения за счет внешних помех, связанных со скоростью сканирования автомобильной дороги. Поэтому предложен эффективный метод компенсации динамических погрешностей георадарноакустических измере- ний, дающий возможность компенсировать влияния случайных и повторных отражений радиолокационных сигналов от любых конструктивных элементов, случайных и систематических неоднородностей, вариации диэлектрических проницаемостей от разных элементов конструкций и т.п., находящихся в слоях автомобильной дороги. Компенсация базируется на адаптивном принципе обработки сигналов, позволяющем измерять, накапливать и сдвигать во времени информацию об изменя- ющихся характеристиках объекта контроля на величину автоматически регулируемой задержки с целью постоянной поддержки в измерительной системе наивысшей эффектив- ности компенсации для получения максимально возможной точности измерения [5]. Компенсация динамических погрешностей измерений и обеспечение высокой помехоустойчивости при достаточно большой скорости сканирования автомобильной дороги достигается применением опорного, радиолока- ционного сигнала. Это осуществляется следующим образом. Адаптивная обработка сигналов георадарноа- кустических измерений является основой метода компенсации динамических погрешностей. Су- щественным методическим приемом реализации метода является то, что осуществляют предвари- тельное опорное зондирование покрытий авто- мобильной дороги импульсными радиолокаци- онными сигналами и по разности между момен- тами формирования шумовых фазоамплитудных флуктуаций отраженных радиолокационных сигналов от каждой границы между слоями, формируют и запоминают комплексный опор- ный (шумовой) георадарноакустический про- филь, который представляется в виде ш ni 1i ш )j(G)t(P ϖ∑ = = = , (4) где ni = – количество границ между слоями дорожных одежд; G – функция интенсивности сигнала; ϖj – комплексный спектр частот, перекрывающий диапазон резонансных частот дорожных покрытий от 1i = до ni = . Измерение и запоминание шумового георадарноакустического профиля )t(Pш осуществляют по ходу сканирования перед основным зондированием покрытий автомобильной дороги импульсными радиолокационными сигналами. В процессе основного зондирования по разности моментов формирования фазоамплитудных флуктуаций, отраженных радиолокационных сигналов от каждой границы между слоями, находящихся под воздействием акустических волн, формируют основной георадарноакустический профиль )t(Po : o ni 1i o )j(G)t(P ϖ∑ = = = , (5) Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 167 где o)j(G ϖ – функция интенсивности основного сигнала в диапазоне частот ϖ . Затем опорный (шумовой) георадарно- акустический профиль )t(Pш , соответствующий выражению (4), преобразуют в цифровой вид с оптимизированными весовыми коэффициентами. Этот профиль )t(Pш по логике определения весового вектора с минимизацией погрешности измерений задерживают на время )n(τ в соответствии с выражением (3), причем время задержки )n(τ равно времени движения мобильного транспортного средства от центра опорного зондирования до центра основного зондирования. Параллельно формируют основной георадарноакустический профиль )t(Po , соответствующий выражению (5), причем его также преобразуют в цифровой вид с теми же весовыми коэффициентами, затем из профиля )t(Po непрерывно вычитают опорный шумовой георадарноакустический профиль )t(Pш , причем полученный разностный геора- дарноакустический профиль является искомым измерительным профилем )t(Pи : ∑∑∑ = = = = = = =−= ni 1i и ni 1i ш ni 1i oи )(G)(G)j(G)t(P ϖϖϖ . (6) Полученный измерительный профиль, соответствующий выражению (6), обрабаты- вается согласно методики, позволяющей определять скорости распространения акустических волн в слоях дорожных покрытий.. Для этого из )t(Pи с учетом полученной по формулам (3) толщины 1l , 2l ,…, nl каждого слоя, измеренного посредством определения разности времен 1PT , 2PT , …, PnT распространения отраженных от границ слоев радиолокационных сигналов с поправкой на диэлектрическую проницаемость слоя, вычисляют и определяют по формулам (2) скорости 1υ , 2υ , …, nυ распространения акустических волн в каждом слое дорожной одежды. По полученным величинам скорости распространения акустических волн уточняют плотность материала слоев и вычисляют по формулам (1) модуль 1E , 2E , …, nE в каждом из этих слоев, по которым оценивают и определяют их прочности. 1. Чернобай, И.А. Совершенствование геора- дарной технологии для определения качества ав- томобильных дорог / А.В. Громыко, А.Ф. Ро- манов, А.И. Ходасевич, И.А. Чернобай // Ма- териалы 4-й Международной научно-техниче- ской конференции «Приборострое-ние-2011». – Минск, 2011. – С.295-296. 2. Чернобай, И.А. Георадарноакустическая аппаратура экспресс-контроля качества покрытий автомобильных дорог / А.Ф. Романов, А.И. Ходасевич, И.А. Чернобай // Достижения физики неразрушающего контроля: сб. научн. тр. / Под ред. Н.П. Мигуна. – Минск, 2013. – 380 с. С. 296-304. 3. Чернобай, И.А. Функционирование геора- дарноакустического комплекса по определению прочности слоев автомобильных дорог / А.Ф. Романов, А.И. Ходасевич, И.А. Чернобай // Достижения физики неразрушающего контроля: сб.научн.тр. / Под ред. Н.П.Мигуна. – Минск, 2013. – 380 с. С. 305-311. 4. Чернобай, И.А. Исследование точности функционирования георадарноакустического аппаратурного комплекса по определению проч- ности дорожных покрытий / А.В. Громыко, А.Ф. Романов, А.И. Ходасевич, И.А. Чернобай // Материалы третьей Международной научно- практической конференции «Прикладные проблемы оптики, информатики, радиофизики и физики конденсированного состояния». – Минск, 28-29 апреля 2015. – С. 208-213. 5. Теоретическое обоснование и реализация метода компенсации динамических погрешно- стей георадарноакустических измерений с разра- боткой аппаратурного комплекса для монито- ринга покрытий автомобильных дорог: отчет о НИР (заключ.) / НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» БГУ; рук. И.А. Чернобай; исполн.: Ходасевич А.И., Романов А.Ф., Громыко А.В., Лисименко И.Ф., Позняк Н.К. [и др.]. – Минск, 2015. – 82 с. – № ГР 20143701. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 168 УДК 681.785.554 РАЗРАБОТКА ПРОЦЕДУРЫ СПЕКТРАЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ МОНОХРОМАТОРА ИЗОБРАЖЕНИЯ С ВЫЧИТАНИЕМ ДИСПЕРСИИ Гулис И.М., Купреев А.Г., Демидов И.Д. Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь Подход к получению мультиспектральных изображений пространственной области, пред- ложенный в работе [1], основывается на вычита- нии дисперсии при обратном прохождении через ту же оптическую систему. Спектральная фильт- рация обеспечивается пространственным выде- лением части дисперсионного изображения про- тяженного входного окна и устранением посред- ством вычитания дисперсии суперпозиции пространственно-спектральной информации. Преимуществами подхода являются взаимная независимость пространственного и спектраль- ного разрешения, повышенный спектральный контраст [2], при разработке схемных решений могут быть использованы простые оптические элементы (сферические и плоские зеркала, пло- ская отражательная дифракционная решетка), разработан малоаберрационный вариант оптиче- ской системы. Как показано в [2], границы спектрального интервала, в котором точка объекта изобража- ется системой, зависят от положения этой точки в проекции на направление дисперсии, причем смещение интервала является линейной функ- цией координаты. Для полного охвата спек- трального интервала может потребоваться серия измерений при различных положениях (углах наклона) дифракционной решетки. Таким обра- зом, в результате будет зарегистрирован массив данных вида ( '', '', )A x y α , где x′′, y′′ – коорди- наты точки на детекторе, α – угол поворота ди- фракционной решетки. Для практических целей необходимо иметь возможность получить из этого массива спектральную информацию для набора точек (x0, y0) входного окна 0 0( , , )I x y λ . При этом спектральное разрешение не будет превышать 0cos cam b d kf β λ∆ = ∆ , (1) где b – постоянная решетки, k – порядок дифракции, Δd – ширина отверстия в маске в направлении дисперсии, fcam – фокусное рас- стояние камерного объектива монохроматора. Отсчет координат в плоскости объекта и изо- бражения проводится от осевого луча, который проходит через центры объективов, падает на дифракционную решетку под углом α0, а дифрагирует под углом β0. В первом приближении можно считать, что при регистрации сигнала 0 ( , , )I x y λ на детекторе он модулируется функцией про- пускания системы ,( '', '', , , )x y x yψ λ α и функцией пропускания детектора ( , , )x yξ λ . , 0 ( '', '', , , ) ( , , ) ( , , ) ( '', '', ) x y x y x y I x y A x y ψ λ α ξ λ λ α ⋅ ⋅ = . (2) Чтобы из этого массива данных получить оценку оригинальной пространственно-спек- тральной информации, необходимо использовать калибровочную функцию κ, которая отображает каждую точку куба данных ( '', '', )A x y α в точку куба данных 0 0( , , )I x y λ 0 0: ( '', '', ) ( , , )x y x yκ α λ→ . (3) В пренебрежении искажениями изображения входного окна на детектор функция κ учитывает только описанное выше соотношение между положением спектральной полосы и координа- той точки на детекторе ( '', )xλ κ α= . (4) При существенной величине аберраций (в том числе, дисторсии) необходимо использовать более общий вид (3), включающий вторую пространственную координату. Для построения калибровочной функции можно воспользоваться полученными в [2] со- отношениями для границ выделяемой спек- тральной полосы: 1 2 ' '' ' '' b q x x qC kq p b q x x qC qk p λ λ    ≥ + +         ≤ + +    , (5) где 0cos colfp α = , 0cos camfq β = , C = sinα0+sinβ0, fcol – фокусное расстояние коллиматорного объектива монохроматора. Отсюда следует, что калибровочная функция может быть представлена в виде Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 169 ( )( )0 0 0 sin 1 cos sin cos ' ''cos ,m cam col b k b b x x kf kf λ α ψ ψ α α = + − + + (6) где x′m – координата центра отверстия маски в промежуточной плоскости изображения, также для удобства вместо угла β0 введен угол 0 0ψ α β= − . Этот угол является параметром сис- темы (угол между оптической осью системы пе- ред падением на дифракционную решетку и по- сле дифракции), поэтому более предпочтителен для использования в калибровочных расчетах. Формула получена при рассмотрении в качестве длины волны λ центральной длины волны спек- тральной полосы. При калибровке определить положение центра спектральной полосы воз- можно только для полос, которые целиком по- мещаются на детекторе, то есть при достаточно узкой щели в промежуточной плоскости изобра- жения. К примеру, при численном моделирова- нии процедуры калибровки использована ре- шетка с b = 1200 штр./мм, ширина маски состав- ляет 0.33 мм, при этом ширина изображения на детекторе при монохроматическом излучении с λ = 500 нм составляет 0.9 мм. В первом приближе- нии можно считать, что расширение отверстия в маске не приведет к искажениям калибровочной функции, так что можно использовать получен- ные результаты для измерений при другой ши- рине. При проведении реальных измерений углы и координаты в формуле (6) могут быть измерены с ограниченной точностью. Поэтому представ- ляет интерес возможность их приблизительного задания с последующей корректировкой посред- ством процедур нелинейной аппроксимации. В таком случае можно ввести следующие пара- метры: αp – базовый угол падения на дифракци- онную решетку, x′′p – базовая координата в плос- кости детектора, 'm cam b B x kf = , так что формула (6) примет вид (sin( )(1 cos ) sin cos( )) cos( )( '' ). p p p p col b k B b x x kf λ α α ψ ψ α α α α = + + − − + + + + + + (7) Представляет интерес получение величин параметров αp, ψ, x′′p, B при проведении калиб- ровки, включение их в калибровочную функ- цию и дальнейшее использование при обра- ботке результатов измерений. При таком под- ходе устраняется необходимость точного измерения углов α (фактически, угла поворота дифракционной решетки) и ψ в системе, что представляет собой достаточно трудоемкую за- дачу при массовом изготовлении спектральных приборов. Получение величин указанных параметров может быть проведено посредством построения нелинейной регрессии с оценкой разброса ре- зультатов при помощи МНК. В общем виде для данной процедуры желательно использование весовых коэффициентов или параметризации для уравнивания вкладов отдельных парамет- ров в общий результат. На первом этапе была проведена оценка вклада слагаемых в формуле (6) и влияния оши- бок измерения угловых величин и линейных ко- ординат на результат оценки длины волны. Вклад первого слагаемого существенно прева- лирует, что будет учтено при построении рег- рессии. Была построена нелинейная регрессия, позволяющая восстановить только параметры x′′p, B при фиксированных параметрах αp, ψ. 1. Гулис, И. М. Двойной монохроматор изображения с вычитанием дисперсии / И. М. Гулис, А. Г. Купреев, А. Г. Костюке- вич // Вестник Белорусского государст- венного университета. Серия 1. – 2011. – № 2. – С. 19–23. 2. Гулис, И. М. Спектральная селекция в мо- нохроматоре изображения с вычитанием дисперсии / И. М. Гулис, А. Г. Купреев // Вестник Белорусского государственного университета. Серия 1. – 2014. – № 3. – С. 3–7 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 170 УДК 621.373.826:535.54 Nd3+:Ca10Li(VO4)7 ЛАЗЕР С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ Демеш М.П., Гусакова Н.В., Кисель В.Э., Ясюкевич А.С., Кулешов Н.В. НИЦ Оптических материалов и технологий, Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Одной из важных проблем лазерной физики является генерация лазерного излучения в виде импульсов предельно малой длительности. Ре- шение этой проблемы открывает пути создания лазеров, обладающих высокой интенсивностью излучения. Другим обстоятельством, мотиви- рующим развитие лазеров ультракоротких им- пульсов, является необходимость измерения предельно коротких интервалов времени, что позволяет исследовать различные быстропроте- кающие процессы и создавать лазерные стан- дарты частоты. Также перспективно применение таких лазеров в медицине (оптическая когерент- ная томография) и прецизионной обработке ме- таллов. Кристаллы твердых растворов на основе ва- надата кальция Ca9Ln(VO4)7 (Ln = La 3+, Y3+, Gd3+, Lu3+, Bi3+) и Сa10A(VO4)7 (A = Li, K) [1] с ионами РЗЭ привлекательны как активные среды для получения импульсов ультракороткой длитель- ности, что связано с уширением их спектральных линий и, соответственно, полос усиления. Пер- воначально интерес к данным кристаллам был обусловлен их нелинейно-оптическими свойст- вами. Однако, исследование спектроскопических свойств данных кристаллов показало их перспек- тивность как активных сред твердотельных лазе- ров [1-3]. Кристалл Nd:Ca10Li(VO4)7 относится к триго- нальной сингонии, пространственная группа симметрии – R3с. В оптическом отношении эти кристаллы являются одноосными, причем опти- ческая ось совпадает с осью симметрии третьего порядка (ось с). Концентрация ионов неодима составляет 9,2·1019 см-3. В докладе представлены основные спектро- скопические характеристики новой активной среды – кристалла Nd:Ca10Li(VO4)7 и первые ре- зультаты экспериментального получения лазер- ной генерации на этом материале. С точки зрения получения лазерной генера- ции наибольший интерес представляет переход 4F3/2 → 4I11/2 в области 1 мкм. На рис. 1 представ- лены спектры сечений поглощения σabs и стиму- лированного испускания σem кристалла Nd:Ca10Li(VO4)7 для σ – поляризации, так как они имеют более высокие значения чем для π поля- ризации. Значение сечения поглощения в макси- муме полосы составляет 8,2·10-20 см2, а стимули- рованного испускания – 6,4·10-20 см2. Измеренное время жизни верхнего лазерного уровня 4F3/2 равняется 140 мкс. Близкое к этому значение имеет и радиационное время жизни, рассчитанное по методу Джадда-Офельта [1]. Это свидетельствует о том, что квантовый выход люминесценции близок к единице. 780 795 810 825 840 0 2 4 6 8 σ a bs , 1 0-2 0 c м2 Длина волны, нм 1040 1060 1080 1100 1120 0 2 4 6 σ e m , 1 0- 20 c м2 Длина волны, нм Рис. 1 Спектры сечений поглощения и стиму- лированного испускания кристалла Nd:Ca10Li(VO4)7 (σ – поляризация) Для проведения эксперимента была собрана экспериментальная установка лазера с полусфе- рическим резонатором, расчет которого проводился методом ABCD матриц. Мощность усиленного спонтанного излучения на длине волны ≈ 1 мкм, регистрировалась при помощи фотоприемника G5851 (HAMAMATSU) с усилителем за выход- ным зеркалом резонатора. Выходная мощность регистрировалась измерителем мощности 3А-Р (Ophir). Для накачки использовался 25 Вт лазер- ный диод FocusLigth с длиной волны 802 нм, излучение которого фокусировалось в перетяжку диаметром 450 мкм. В схеме лазера входное зеркало с радиусом кривизны 1000 мм имело диэлектрическое покрытие, обеспечи- вающее высокое пропускание для излучения на длине волны накачки (≈ 802 нм) и высокое отра- жение (> 99,9%) на длине волны генерации 1065 нм. В качестве выходных использовались плоскопараллельные зеркала с коэффициентами пропускания 1,5% и 5% на длине волны генера- ции. Активный элемент представлял собой плос- копараллельную пластину толщиной 0,7 мм и был закреплен на медном теплоотводе. Темпера- тура активного элемента поддерживалась на уровне 15°С с помощью элемента Пельтье. На рабочие поверхности элемента были нанесены Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 171 просветляющие покрытия как на длине волны накачки, так и на длине волны генерации. В ходе экспериментов был реализован режим свободной генерации. При этом длительность импульса накачки равнялась 2 мс, а частота следования импульсов – 1 Гц. Наибольшая выходная мощ- ность лазера 0,75 Вт была получена при пропус- кании выходного зеркала 1,5%. Эксперимен- тально определенные выходные характеристики лазера представлены на рисунке 2. Дифференци- альная эффективность составила при этом 40,7%. 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 P o ut , W Pabs, W OC = 1,5 % η = 38,6 % OC = 5 % η = 40,7 % Рис. 2. Выходные характеристики лазера на кристалле Nd:Ca10Li(VO4)7 Спектр лазерного излучения представлен на рисунке 3 для Тос = 5 %. Длина волны, соответст- вующая максимуму спектра генерации, соста- вила 1065,2нм. 1060 1062 1064 1066 1068 1070 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 И нт ен си вн ос ть , о тн .е д Длина волны, нм ∆λ = 1,66 nm λmax= 1065,2 nm Рис. 3. Спектр генерации лазера в режиме свободной генерации На рисунке 4 представлено распределение энергии в пятне излучения. Качество пучка со- ставляло М2 ≈ 1,1. Рис. 4. Пространственный профиль излучения на длине волны 1065 нм При переходе к непрерывному режиму ра- боты лазера уменьшалась эффективность генера- ции с последующим ее срывом. Такое поведение мы связываем с влиянием термолинзы на устой- чивость резонатора. При увеличении мощности накачки происходило разрушение активного элемента. Это можно объяснить остаточными послеростовыми напряжениями в кристалле. В дальнейшем планируется проведение экспери- ментов после высокотемпературного отжига вы- ращенных кристаллов для снятия механических напряжений. Таким образом, исследованы основные ла- зерные спектроскопические характеристики но- вого лазерного материала Ca10Li(VO4)7:Nd и впервые на этом кристалле был реализован ре- жим генерации. Определены направления даль- нейших исследований лазерных характеристик данного кристалла. 1. Loiko P.A., Yasukevich A .S., Gulevich A. E. at al. Growth, spectroscopic and thermal proper- ties of Nd-doped disordered Ca9(La/Y)(VO4)7 and Ca10(Li/K)(VO4)7 crystals // Journal of Luminescence, 2013, vol. 137, pp. 252-258. 2. M.B. Kosmyna, B.P. Nazarenko, et al. Ca10Li(VO4)7:Nd 3+, a promising laser material: growth, structure and spectral characteristics of a czochralski-grown single crystal // Journal of Crystal Growth, 2016, vol. 445 pp. 101-107. 3. M.B. Kosmyna, B.P. Nazarenko, et al. Growth and spectroscopy of new laser crystals Ca10Yb0,3K0,1(VO4)7 // Functional Materials, 2012, vol. 19, pp. 552-554. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 172 УДК 621.317.39:536.53 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ Джежора А.А.1, Рубаник В.В.2 1Витебский государственный технологический университет 2 ГНУ «ИТА» НАН Беларуси, Витебск, Республика Беларусь Нетканые материалы широко используются в повседневной жизни, медицине, легкой про- мышленности. Им присущ целый ряд уникаль- ных свойств по сравнению с традиционными тканями из хлопка и льна. Они обладают более высокими барьерными свойствами для микроор- ганизмов, имеют более высокий коэффициент воздухопроницаемости, и т.д. Структура нетка- ных материалов характеризуется сложным ие- рархическим строением и представляет собой статистический ансамбль микро и макроэлемен- тов, различных по своим физико-химическим свойствам, размерам и форме расположения во- локон. Задачей является не только создание тех- нологий получения волокнисто-пористых не- тканых материалов с прогнозируемыми свойст- вами, но и разработка неразрушающих не инвазивных методов и средств диагностирова- ния структуры нетканых материалов, контроль ее на различных стадиях создания изделий из них. Наиболее важными показателями качества материалов являются упругие и деформацион- ные показатели, такие как разрывная нагрузка образца Рр, напряжение при разрыве рσ , относительное удлинение при разрыве рε . Сравнивая эффективность и технические воз- можности различных методов и средств нераз- рушающего контроля, можно констатировать, что среди большого многообразия методов и средств контроля: электромагнитного, микрора- диоволнового, ультразвукового, теплового, оп- тического наиболее эффективным и экономич- ным является электроемкостный метод контроля [1]. Он характеризуется высокой чувствительно- стью, точностью, малым уровнем мощности, быстродействием, низкой себестоимостью. Элек- троемкостной метод контроля позволяет осуще- ствлять диагностику прочностных и деформаци- онных свойств материалов и изделий, изучать структуру контролируемых объектов в широком частотном диапазоне. Разнообразие конструктивных и схемотехни- ческих решений, применяемых в электроемкост- ном методе контроля, вызвано многообразием объектов контроля, функционально техническим назначением средств измерения и требованиями, предъявляемыми к метрологическим, эксплуата- ционно-техническим характеристикам. Непре- рывное повышение этих требований: точности, разрешающей способности, воспроизводимости, стабильности обуславливает необходимость дальнейшего совершенствования конструкций емкостных датчиков, схем их подключения и технологий изготовления с учетом успехов в области микроэлектроники, компьютерных тех- нологий. В настоящее время проектирование электро- емкостных датчиков полностью полагается на численные методы. В ГНУ «ИТА» НАН Беларуси был создан па- кет программ, не уступающих их зарубежным аналогам, а часто и превосходящий их по точно- сти результатов расчета, по требованиям к ма- шинному ресурсу, по длительности расчета. Численный метод расчета полей электроемкост- ных датчиков основан на использовании инте- гральных уравнений Фредгольма первого рода совместно с методом зеркальных отображений [2]. Новый концептуальный подход в теории рас- чета электроемкостных датчиков позволил улучшить чувствительность датчиков к контро- лируемым параметрам, поднять силу сигнала (рабочей емкости датчика). С помощью меанд- рового экранированного накладного измеритель- ного конденсатора в плоскости контролируемых образцов создавалось плоскопараллельное поле. Расчетная картина электрического поля пред- ставлена на рисунке 1. Датчик был выполнен на подложке из теф- лона (ε = 2,1) толщиной 2 мм, его металлизация составила 0,5, ширина электродов 2 мм, их тол- Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 173 щина 30 μм, погонная длина электродов соста- вила l =140 мм. К датчику подключался измери- тель иммитанса Е7-20 с возможностью подклю- чения через интерфейс RS-232С и математиче- ской обработки результатов измерений. Это средство измерений имеет широкий диапазоном рабочих частот (25 Гц ÷ 1 МГц), класс точности 0,1 и высокую скоростью измерений. Исследованиям подвергались образцы искус- ственной кожи «NUBUK». Они представляет собой нетканый армированный материал с по- лиуретановым покрытием. В состав нитей входят полиэфирные волокна - лавсан. Механические свойства ИК NUBUK изучались с помощью разрывной машины ИП 5158-5 на образцах прямоугольной формы 180х20 мм с рабочей ча- стью 100х20 мм со скоростью перемещения нижнего зажима 70 мм/мин. Образцы выкраива- лись в двух направлениях вдоль (В) и поперек (П) основы. Линейные размеры образцов опре- делялись по ГОСТ 17073-71 [3] с помощью ме- таллической измерительной линейки (ГОСТ 427- 75) с ценой деления 1 мм и толщиномера типа ТР 10-60 (ГОСТ 11358-7) с точностью 0,01 мм при давлении измерительной площадки на образец 4,9-14,8 кПа. Масса элементарных проб измерялась на весах Nagema тип 34.003 с по- грешностью не более 0,01 г. За результат опре- деления поверхностной плотности образца при- нимали значение округленное до 1 г/м2. Поверх- ностная плотность образца, но не материала в целом, позволяет косвенно оценить однород- ность ИК вдоль и поперек рулона. Все образцы сканировались меандровым эк- ранированным накладным измерительным кон- денсатором в направлении основы материала и поперек. В качестве измеряемого параметра бралась емкость накладного измерительного конденсатора, так как она является интегральной характеристикой и наиболее полно отражает прочностные и деформационные свойства кон- тролируемых образцов. Было установлено: - материал NUBUK практически не обладает дисперсией диэлектрических свойств в частот- ном диапазоне 10 кГц ÷ 1 МГц; - ему присуща слабая анизотропия диэлек- трической проницаемости в плоскости мате- риала. Коэффициент анизотропии диэлектриче- ской проницаемости не превышает 1,07; - нетканый слой вносит в структуру мате- риала беспорядок. Результаты предварительных исследований физико-механических свойств образцов ИК NUBUK приведены в таблице 1. Таблица 1 – Показатели физико- механических свойств материала NUBUK № Т ол щ ин а, м м П ов ер хн ос тн ая п ло тн ос ть , г/ м 2 Ра зр ы вн ая н аг ру зк а Р Р , Н О тн ос ит ел ьн ое у дл ин ен ие пр и ра зр ы ве ε р, % Зн ач ен ие е м ко ст и, п ф Зн ач ен ие е ко ст и, п ф в п в п в п в п 1 1,38 614 634 321 444 25 32 0,604 0,600 2 1,35 593 555 376 273 19 26 0,638 0,634 3 1,37 593 586 329 263 25 24 0,620 0,598 4 1,36 579 603 288 252 24 27 0,601 0,600 5 1,40 559 559 372 406 25 28 0,623 0,602 6 1,54 631 634 414 337 35 28 0,647 0,626 Ее анализ позволяет сделать следующие выводы: 1) несмотря на архаичный характер строения материала NUBUK между емкостью датчика и разрывной нагрузкой Pp в направлении основы существует взаимосвязь: Pp= 9418,6Cв 2 - 9510,1Cв + 2619,9; R2 ≈ 0,86; 2) определение деформационных свойств нетка- ных материалов требует дополнительных иссле- дований с накоплением статистических данных об электрических параметрах на более предста- вительной выборке образцов материала. 1. Xiaobei B. Li, Sam D. Larson, Alexei S. Zyuzin, and Alexander V. Mamishev “Design Principles for Multichannel Fringing Electric Field Sensors,” IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 6. № 2 , 2006. pp. 434 – 440 2. А. А. Джежора Модель накладного измери- тельного конденсатора / А.А. Джежора, В.В. Рубаник // Весцi НАН Беларусi. Серыя фiзiка-тэхнiчных навук. – 2010, N 3. – С. 99-103 4. ГОСТ 17073-71 Кожа искусственная. Метод определения толщины и массы 1 м2. – введ. 01.07.72. – Минск: Белстандарт, 1996. – 15 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 174 УДК: 621.317.39.084.2 ДАТЧИК КОНТРОЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ Джежора А.А.1, Чернов Е.А.1, Свистунов Б.Л.3, Царенко Ю.В.2 1Витебский государственный технологический университет 2ГНУ «Институт технической акустики» НАН Беларуси Витебск, Республика Беларусь 3Пензенский государственный технологический университет Пенза, Российская Федерация Для контроля уровня нефтепродуктов широко используют однопараметровые датчики уровня топлива (ДУТ) [1] различных модификаций. Принцип их работы основан на линейной зави- симости емкости коаксиального конденсатора от высоты уровня жидкого диэлектрика. Емкость ДУТ определяется целым рядом параметров: диэлектрической проницаемостью топлива, ди- электрической проницаемостью паров над уров- нем топлива, высотой уровня топлива, геометри- ческими параметрами самого конденсатора. Так как диэлектрическая проницаемость топлива определяется сортностью топлива, температурой топлива, наличием присадок, сторонних добавок, абсорбированной влаги, то погрешность опреде- ления уровня топлива посредством однопарамет- рового ДУТ велика и может достигать десятка процентов. Этого недостатка лишен двухпараметровый датчик уровня жидких сред [2, 3]. Конструктивно датчик представляет собой составной коаксиаль- ных цилиндрический конденсатор рис.1. При создании математической модели дат- чика каждый из четырех электродов рассматри- вался в виде соосных бесконечно тонких цилин- рических эквипотенциальных поверхностей с различной плотностью заряда σs(Rs,t). Такой подход позволил учесть реальные геометриче- ские размеры электродов, их толщину и исследо- вать характер распределения поля вне межэлек- тродного зазора. В силу этого, поверхностная плотность заряда для каждой из эквипотенци- альных поверхностей электродов цилиндриче- ского датчика является функцией одной пере- менной t вдоль оси OZ σs(Rs,t). В качестве исход- ного выражения при составлении интегральных уравнений использовалась зависимость для потенциала: 0 1 1 1 σ( ) 4πε εM MNs V s ds r = ∫ , (1) где σ(s) – поверхностная плотность заряда на электродах, s – поверхность интегрирования. С учетом того, что расстояние в цилиндриче- ской системе координат между точкой наблюде- ния ( ,α , )M MM r z и переменной точкой ( ,α , )N NN r t определяется: 2 2 2 2 1( ) 2 cos(α α )MN M N M Nr t z r r r r= − + + − − , (2) для электродов цилиндрического датчика, расположенного в двухслойной среде, 1 2 ε , 1, ε(z) ε , 2, при z h q при z h q > = =  < = (3) система интегральных уравнений примет вид 2π 0 0 0 α σ ( , ) 4πε ε m s L s s s q m MN d R t R dt V r =∫ ∫ , (4) где Rs – радиусы внутренних и внешних по- верхностей цилиндрических электродов, εq– ди- электрическая проницаемость среды, в которой находятся электроды либо часть электродов, Vm - потенциалы на электродах, s = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8; m=1,2 Решение системы интегральных уравнений осуществлялось метод Крылова–Боголюбова. Для дискретизации функций σ ( , )s sR t цилиндри- ческие поверхности электродов разбивались на кольца, в пределах которых поверхностная плот- Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 175 ность заряда принимала постоянные значения. Исходя из найденных дискретных значений σi рассчитывалась емкость датчика. Ошибка рас- чета емкостей датчика численным методом не превосходила 1%. Несколько выше ошибка рас- чета емкостей с помощью классического анали- тического выражения. Но и эта ошибка не пре- вышала 1%. Этот факт говорит о том, что в слу- чаях, когда межэлектродные зазоры датчика R3– R2, R5–R4 и R7–R6 на порядок меньше длин ци- линдрических электродов 1 l и 2 l , с достаточно высокой степенью точности для решения прямых и обратных задач может быть использовано ана- литическое выражение емкости цилиндриче- ского конденсатора πε ε0 1 12 (ln )s sl R R . Емкость датчика C1 определяется глубиной погружения электродов в жидкость h – (l2 – l1), емкость C2 определяется глубиной погружения – h . Различия в глубинах погружения позволяет определять диэлектрическую проницаемость контролируемой жидкости через разность нормированных емкостей C1(h)/C1(0), C2(h)/C2(0), а затем определить глубину погружения электродов h в контролируемую жидкость. Глубина погружения электродов h зависит только от дного неизмеряемого параметра – диэлектрической проницаемости газообразной среды ε1. Колебания ε1 незначительны и могут быть усредненным (ε1≈1,0006). Так как глубина погружения электродов в жидкость описывается аналитическими выра- жениями, то рассмотреный датчик может выполнять калибровку самостоятельно, в независимости от диэлектрической прони- цаемости жидкости. Для всех исследуемых жидкостей (дизельное топливо, подсолнечное и рапсовое масла) ошибка расчета уровня не превышала 1,5 мм. В зоне краевого эффекта, когда h = l2 – l1 = 100мм, ошибка определения уровня составила 2,0 мм. Аналитические выражения, связывающие показатели детонационной стойкости с электрическими параметрами топлив [4], позволяют определять детонационную стойкость топлив. Конструкция двухпараметрового датчика уровня топлива имеет ряд преимуществ: - двухпараметровый датчик содержит в себе два датчика с различгой глубиной погружения электродов в жидкость h и h – (l2 – l1); - датчик позволяет контролировать диэлектрические свойства жидких сред, а значит позволяет проводить оценку сортности топлива; - датчик не требует калибровки, он осушествлет ее самостоятельно; - он имеет такие же размеры как и однопараметровый датчик уровня топлива. 1. Боднер, В.А. Авиационные приборы. - М.: Машиностроение, 1969. - 467 С. 2. Джежора, А. А. Двухпарметровый датчик уровня жидкости / А.А. Джежора, В.В. Рубаник // Приборы и методы измерений. – 2012. – № 1(4). – С. 56-61. 3. Мастепаненко М.А. Информационно- измерительная система непрерывного контроля уровня топлива в емкостях: автореф. дис. … канд. техн. наук / М.А. Мастепаненко. – Волгоград, 2014. –20 С. 4. Силов Е. А. Приборы и методы импедансных измерений детонационной стойкости углеводородных топлив: автореф. дис. … канд. техн. наук / Е.А. Силов. – Самара, 2011. – 16 c. УДК 006.032.531.7 НОРМАТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ Дмитерчук Е.А., Соколовский С.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Поскольку первые методики измерения ше- роховатости появились в начале 1930-х годов, измерение текстуры поверхностей было осно- вано на профильных методах измерения, т.е. по сути на 2D-профилометрии и использовании главным образом контактных измерительных приборов, по крайней мере, до двух последних десятилетий. И лишь в начале 1980-х годов на- чали появляться более совершенные приборы для измерения шероховатости топографическим методом, такие как 3D-профилометры [1]. Первая важная работа по методологии 3D-из- мерения текстуры поверхности была проведена в рамках европейской программы под руково- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 176 дством профессора Стаута из Бирмингемского университета. Эта программа, которая выполня- лась в период с 1990 по 1993 год, закончилась публикацией известного издания «BlueBook», и определением так называемых 14 бирмингем- ских параметров [2]. Окончательный доклад по- служил в качестве справочного материала для почти всех производителей измерительных при- боров, предназначенных для контроля парамет- ров текстуры поверхностей, в течение 90-х годов. Результаты данной научно-исследовательской работы были, затем, транспонированы для даль- нейшего изучения в другую европейскую про- грамму, называемую программой SurfStand. Она выполнялась в период с 1998 по 2001 год кон- сорциумом университетов и промышленных партнеров во главе с профессором Л. Блантом. Последняя программа закончилась публикацией «GreenBook», её итоги кроме всего прочего со- держали предлагаемую структуру для будущих стандартов ИСО. Результаты программы были представлены ISO в январе 2002 года в ходе Мадридской встречи и официально переданы в технический комитет TC213, чтобы начать про- цесс стандартизации. В июне 2002 года TC213 проголосовал за соз- дание новой рабочей группы [TC213/ N499] и поставил перед ней задачу разработки будущих международных стандартов, регламентирующих вопросы измерения параметров текстуры по- верхностей. К концу 2005 года группой был раз- работан первый стандарт этой серии, которому был присвоен номер ISO 25178. Сегодня параметры профиля и топографиче- ские параметры поверхностей определены в не- скольких международных стандартах, а боль- шинство национальных или отраслевых стандар- тов практически полностью им соответствуют в главном, за исключением некоторых локальных частных отличий. В течение долгого времени был известен и широко использовался только один параметр профиля, обозначаемый как Ra (среднее арифме- тическое отклонения профиля) или CLA (среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии) или даже AA (среднеарифметическое). Потом появились параметры RMS или Rq, Rz и Rmax, а позже многие другие параметры [3]. На сегодняшний момент параметры профиля разделены на три группы в зависимости от типа профиля, для которого они вычисляются: 1) па- раметры P вычисляются для основного профиля; 2) параметры R рассчитываются для профиля шероховатости; 3) параметры W рассчитываются для профиля волнистости. ISO 4287 - Термины, определения и пара- метры текстуры поверхности Это основной стандарт для параметров про- филя в системе ISO GPS. Он определяет условия и содержит определения общих параметров. Амплитудные параметры Rt, полная высота профиля: высота между самой глубокой впадиной и самым высоким пи- ком на длине оценки. Этот параметр соответст- вует параметру Rmax из ГОСТ 2789. Rp, максимальная высота пика профиля: вы- сота самого высокого пика от средней линии, определяется на длине выборки. Rv, максимальная глубина впадины на про- филе: глубина самой глубокой впадины от сред- ней линии, определенной на длине выборки. Rz, максимальная высота профиля. Эквива- лента данному параметру в ГОСТ 2789 нет, этот параметр не соответствует параметру Rz (высота неровностей профиля, определяемая по 10 точ- кам) из ГОСТ 2789. Ra, среднее арифметическое отклонение оце- ночного профиля: определяемый по длине вы- борки Rа используется в качестве глобальной оценки амплитуды шероховатости на профиле. Параметр идентичен параметру Rа из ГОСТ 2789. Rq, среднеквадратичное отклонение оценоч- ного профиля: соответствует стандартному от- клонению распределения высоты, определенной на длине выборки. Rq обеспечивает ту же ин- формацию, что и Ra. Rsk, асимметричность оцениваемого про- филя: асимметрия распределения высот, опреде- ляется на длине выборки. Этот параметр имеет важное значение, поскольку он дает информа- цию о морфологии поверхности текстуры. Тем не менее, этот параметр не дает никакой инфор- мации об абсолютной высоте профиля, в отличие от Ra. Эквивалента данному параметру в ГОСТ 2789 нет. Rku, островершинность оцениваемого про- филя: распределение остроты высот, определя- ется на длине выборки. Эквивалента данному параметру в ГОСТ 2789 нет. Rc, средняя высота профиля: определяется на длине оценки. Он аналогичен параметру геомет- рических узоров R в ISO 12085 и в этом смысле его следует рассматривать в качестве параметров отличительных признаков (ISO 25178). Эквива- лента данному параметру в ГОСТ 2789 нет. Шаговые параметры Rsm, средняя ширина элемента профиля, оп- ределяемая на длине оценки. Этот параметр со- ответствует параметру Sm из ГОСТ 2789. Гибридные параметры R∆q, среднеквадратичное наклон оценочного профиля, определяемый на длине выборки. Rpc, количество пиков на единицу длины. Данный параметр характеризует плотность пи- ков на единицу длины. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 177 Функциональные параметры Rmr, относительный коэффициент смятия. Этот параметр в определенной степени соответ- ствует параметру tp – относительной длине профиля (опорная) по ГОСТ 2789. ISO 12085 - Параметры геометрических узоров Этот стандарт является международной вер- сией французского стандарта, установленного CNOMO, консорциумом с участием PSAPeugeotCitroen и Renault, в течение 80-х и 90- х годов. Метод нормирования текстуры основан на графической сегментации профиля в геомет- рические узоры, которые затем рассчитываются по параметрам высоты и ширины. Оригинально- стью и преимуществом этого метода является то, что была установлена корреляция между значе- ниями параметров и функциональными требова- ниями. Это обычно называют французским ме- тодом геометрических узоров или R&W пара- метрами. Недостатком этого подхода является его не- стабильность, поскольку он основан на харак- терных признаках поверхности вместо матема- тической модели. ISO 13565-2 и ISO 13565-3 - Поверхности с послойным распределением функциональных свойств. Эта серия стандартов специально направлена на стратифицированную структуру поверхности, получаемую постадийно. Первая часть этой се- рии, ISO 13565-1, определяет специальный фильтр двойного прохода, который обеспечивает своего рода устойчивость к глубоким искаже- ниям, которые являются общими в стратифици- рованных слоях. Рассматриваемые стандарты определяют набор параметров, называемых Rk параметрами, которые являются производными от графического построения на кривой Аббота- Фаерсторма. Параметры Rk должны рассчиты- ваться только тогда, когда кривая Аббота имеет S-образную форму, в противном случае графиче- ское построение может дать сбой и значения параметров не будут информативными. ASMEB46.1 Этот американский стандарт сегодня соответ- ствует стандартам ISO в большей мере, чем пре- дыдущие версии, за исключением некоторых отличий. Основное различие состоит в длине выборки и усредненных параметрах. В соответ- ствии с требованиями ASME, все параметры профиля определяются и рассчитываются по длине оценки. VDA 2006 Этот стандарт немецкой автомобильной про- мышленности объединяет параметры, опреде- ленные в ISO 4287 и ISO 13565 и вводит не- сколько правил, которые отличаются от ISO. Ос- новное различие касается использования фильтров микронеровностей λs, которые здесь исключены. Он также вновь вводит параметр Rmax который когда-то был частью ISO 4287 и является хорошим дополнением к Rz. VDA 2007 Этот стандарт определяет специальные пара- метры для оценки периодических поверхностей, особенно в области сопрягаемых поверхностей. Их, как правило, называют доминантами волни- стости. Он определяет три параметра, вычисляе- мых после применения специального нулевого полосового фильтра: 1) WDSm, горизонтальная волнистость. 2) WDC, средняя высота волнистости элементов профиля. 3) WDT, общая высота волнистости про- филя. 1. Стаут K. et al., The development of methods for the characterization of roughness in three dimensions /европейскийдокладEUR 15178N, 1993. 2. Вайтхаус, Д.Дж. Handbook of surface metrology//Институтфизическихизданий, Бристоль, 1994. 3. Ф. Блатэйрон New 3D Parameters and Filtration Techniques for Surface Metrology // Digital Surf, France, 2006. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 178 УДК 621.791 ВОПРОСЫ ПСИХОФИЗИЧЕСКОГО ВОСПРИЯТИЯ ОБЪЕКТОВ В ОБЛАСТИ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ Иванова Н.Н. Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь На практике существуют два закона зависимости интенсивности раздражителя от силы ощущений при экспертном оценивании: - закон Фехнера: интенсивность ощущения прямо пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя; - закон Стивенсона: интенсивность ощущения прямо пропорциональна степенной зависимости от интенсивности раздражителя Интенсивность раздражителя есть ни что иное, как степень выраженности оцениваемого свойства объекта, и проявляется через изменение величины оцениваемого свойства, а сила ощущений выражается оценкой эксперта этого свойства. Подробный анализ данной предметной области показал, что Фехнер использовал шкалу разности (вопрос «на сколько свойство одного объекта отливается от свойства другого?», а Стивенсон – шкалу разности и отношений («на сколько/во сколько?»), таким образом можно предположить, что при комбинации различных методов экспертного оценивания на выходе могут получаться различные законы восприятия экспертом оцениваемого объекта (как логарифмические, так и степенные). Особый интерес также представляет исследование относительных методов экспертного оценивания, так как данные методы находят широкое применение в области экспертного оценивания объектов, как например метод анализа иерархий (метод Саати). Эксперимент был проведен по методике, описанной в [1] и включал в себя опрос экспертов 4 методами УКСП, РКСП, УКСО, РКСО. На рисунках 1-2 представлены некоторые результаты эксперимента: по оси ОХ нормализованные средние значение экспертных оценок по каждой фигуре и по ОY – нормализованные действительные значения оцениваемых параметров. Можно сделать вывод, что при оценке разно- сти свойств объектов (вопрос: «на сколько свой- ство одного объекта больше свойства другого?»), оценки будут изменяться по логарифмической зависимости (закон Фехнера). При оценке отно- шения свойств объектов (вопрос: «во сколько свойство одного объекта больше свойства дру- гого?») оценки будут изменяться при изменении уровня качества объектов по степенной зависи- мости (закон Стивенсона). Рисунок 1 – Результаты оценивания по методу РКСП (оценка разности) Рисунок 2 – Результаты оценивания по методу РКСП (оценка отношения) Кроме того, зная функциональную связь ме- жду интенсивностью ощущения и вызвающего его раздражителя, можно учитывать это как ме- тодическую составляющую в комплексной оценке неопределенности методов экспертного оценивания. Для более детального исследования гипотезы о законе психофизического восприятия в экс- пертном оценивании и определения степени до- верия к экспертным оценкам определялась через значение рассеяния результатов экспертного оценивания, полученных в процессе реализации эксперимента. Степень доверия к экспертным оценкам, по- лученным тем или иным методом, определялась через значение среднего квадратического откло- нения (далее – СКО) результатов экспертного оценивания, полученных в процессе реализации модельного эксперимента. Эксперимент для ка- ждого метода (i, i = 1…8) и каждого уровня оце- ниваемой величины (j, j = 1…15) проводился в соответствии с иерархическим планом (рису- нок 3), рекомендуемым СТБ ИСО 5725-2 Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 179 Рисунок 3 – Схема расчета СКО методов экспертного оценивания СТБ ИСО 5725–3 допускает использование методики дисперсионного анализа ANOVA для определения оценок составляющих суммарной дисперсии воспроизводимости метода. В нашем случае дисперсионный анализ был проведен при помощи программного обеспечения Excel. Для каждого фигуры (в нашем случае круг) была составлена матрица с нормализованными оценки пло- щади фигуры каждым экспертом в 2-ух турах. С помощью надстройки Excel «Анализ данных» нами был проведен дисперсионный анализ значений матрицы (таблица 1). Таблица 1 – Матрица оценок площади первого круга Эксперты № тура Эксперт 1 Эксперт 2 Тур 1 0,0011 0,0019 Тур 2 0,0014 0,0015 Результаты дисперсионного анализа значений матрицы представлены в таблице 2. Таблица 2 – Результаты дисперсионного анализа оценок экспертов для первого круга Источник вариации Значение среднего квадрата MS Между группами, MSэффект 0,000020 Внутри групп MSошибка 0,000023 В данной таблице представлены компоненты дисперсии, вызванной межгрупповым разбросом (средним квадратом эффекта или MSэффект) и компоненты дисперсии, обусловленной внутригрупповым разбросом (средним квадратом ошибки или MSошибка). В нашем случае значения MSэффект и MSошибка соответственно являются аналогами межгрупповой и внутригрупповой дисперсии. На основании проведенного анализа методов попарного сравнения типа «на сколько?» и «во сколько?» составлен рейтинг методов экспертного оценивания, представленный на рисунках 4-5. Рисунок 4 – Рейтинг методов парного сравнения типа «на сколько?» Рисунок 5 – Рейтинг методов парного сравнения типа «во сколько?» Можно сделать вывод, что более «бедная» информативно шкала разности (интервалов) дает более достоверные результаты, чем информативно «богатая» шкала отношений. По результатам расчетов внутригрупповой и межгрупповой дисперсий можно сделать выводы: - вклад внутригрупповой составляющей дисперсии (дисперсии каждого эксперта (тур 1 – тур 2)) в СКО метода, в целом больше чем вклад межгрупповой составляющей дисперсии при случайном предъявлении объектов, т.е. в рандомизированных методах (дисперсии группы экспертов (эксперт 1 – эксперт 2)); - в методах парного сравнения типа «во сколько?» дисперсия резко возрастает на этапах оценки последних фигур, в связи с тем, что в «относительных» методах оценки экспертов подчиняются закону геометрической прогрессии. Используемые источники 1.Серенков П.С., Романчак В.М., Гиль Н.Н. Повышение достоверности методов экспертного оценивания в рамках системы менеджмента качества. Метрология и приборостроение №6 – Минск, 2015. – 18 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 180 УДК 621.791 ВОПРОСЫ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ СООТВЕТСТВИЯ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ В СТРАНАХ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА Иванова Н.Н., Чувашева Е.В., Якушик Е.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Согласно Директиве 93/42/ЕЕС медицинское оборудование — изделия медицинской техники, назначение которых — обеспечить оптималь- ные условия для больного, а также для меди- цинского персонала при проведении мероприя- тий лечебно-диагностического характера и по уходу за больными. Медицинское оборудование включает в себя медицинские столы, кресла, средства транспор- тировки больных, стерилизационное оборудова- ние, тележки, подъемники, столики, кровати, медицинские шкафы, светильники, моечное и дезинфекционное оборудование. Авторами была рассмотрена классификация медицинского оборудования согласно Дирек- тиве 93/42/ЕЕС и выделены следующие класси- фикационные группы: - кратковременное (непрерывно использу- ется в течение не более 60 минут). - краткосрочное (непрерывно используется в течение не более 30 дней). - долгосрочное (непрерывно используется в течение более 30 дней). - инвазивное (которые полностью или час- тично вводятся внутрь тела человека либо через естественное отверстие в теле, либо через по- верхность тела). - хирургическое (которые вводятся в тело через поверхность тела с помощью или при хи- рургической операции). - имплантируемое (которое предназначено для полного ввода в тело человека или замены любой эпителиальной поверхности или поверх- ности глаза посредством хирургического вме- шательства, и которое должно оставаться на месте после завершения процедуры). - активное (которое использует для своей работы источники электроэнергии). Все медицинские изделия подразделяют в зависимости от степени потенциального риска их применения в медицинских целях на четыре класса. Классы имеют обозначения 1, 2а, 2б и 3. Каждое медицинское изделие может быть отнесено только к одному классу: 1) к классу 1 - медицинские изделия с низ- кой степенью риска; 2) к классу 2а - медицинские изделия со средней степенью риска; 3) к классу 2б - медицинские изделия с по- вышенной степенью; 4) к классу 3 - медицинские изделия с высо- кой степенью риска. Медицинские изделия для диагностики (in vitro) могут быть отнесены к классам 1, 2а, 2б или 3 в зависимости от потенциального риска результатов их использования. В зависимости от присеваемого медицин- скому изделию класса риска, отличаются воз- можные для применения схемы подтверждения соответствия согласно Приложениям (Annex) Директивы. Неправильный выбор схемы под- тверждения соответствия, а также класса риска медицинского изделия значительно усложняет процедуру подтверждения соответствия. При классификации медицинских изделий учитывают их функциональное назначение и условия применения. При классификации медицинских изделий учитывают следующие критерии: 1) длительность применения медицинские изделия; 2) инвазивность медицинские изделия; 3) наличие контакта с человеческим телом или взаимосвязи с ним; 4) способ введения медицинские изделия в тело человека (через анатомические полости или хирургическим путем); 5) применение для жизненно важных орга- нов и систем (сердце, центральная система кро- вообращения, центральная нервная система); 6) применение источников энергии. Кроме того, с Директивой 93/42/ЕЕС связано порядка 1500 гармонизированных Европейских стандартов, что усложняет понимание требова- ний и составления классификации медицинских изделий. Также, необходимо учитывать, что медицинское оборудование, как правило, попа- дает под несколько Директив, как минимум три - Директива по медицинскому оборудованию, Директива по низковольтным системам, Дирек- тива по электромагнитной совместимости. В организации, выпускающей медицинское обо- рудование, в обязательном порядке должна быть внедрена система менеджмента каче- ства ISO 13485. Внедрение данной системы качества позволяет уже на стадии проектирова- ния продукции избежать ошибок, которые мо- гут повлечь к выпуску продукции, с не соответствующими заявленными параметрами и могут причинить вред здоровью и окружающей среде. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 181 Для первоначальной (предварительной) оценки процедуры сертификации СЕ по медицинскому оборудованию, необходимо предоставить следую- щую информацию: -подробное описание изделия, -чертежи, схемы изделия, -копии протоколов испытаний, -перечень применявшихся гармонизированных стандартов (европейские стандарты) Европейского Союза, если применялись, -контактные данные ответственного лица В рамках работы над данной темой был со- ставлен алгоритм, позволяющий путем ответов на простые вопросы выйти на класс риска меди- цинского изделия. Часть алгоритма представлена в таблице 1. Таблица 1 – Алгоритм определения класса риска медицинского изделия № пункта № правила Вопрос Ответ Вывод обозна- чение класса переход к пункту 1 1 Является ли медицинское изделие (далее – МИ) инвазив- ным? Да Нет - - 9 2 2 2 Предназначено ли МИ для хра- нения органов, частей органов или хранения или введения в организм паци- ента крови, других жидко- стей, газов, паров или тканей? Да Нет - - 3 4 3 2 Используют ли МИ совместно с МИ класса 2а и более высокого класса? Да Нет 2а 2а 32 32 4 3 Предназначено ли МИ для изме- нения биологи- ческого или физико-химиче- ского состава и свойств крови, других физиоло- гических жидко- стей или жидкостей, кото- рые должны поступать в организм? Да Нет - - 5 6 Окончание таблицы 1 5 3 Заключается ли действие МИ только в фильт- рации, обработке на центрифуге или газо- или теплообмене? Да Нет 2а 2б 32 32 6 4 Соприкасается ли МИ с повреж- денной кожей? Да Нет - 1 7 32 7 4а Используют ли МИ как механи- ческий барьер, для компрессии или для аб- сорбции эксуда- тов? Да Нет 1 - 32 8 8 4б 4в Используют ли МИ преимуще- ственно для ран, которые можно вылечить только посредством вторичного заживления? Да Нет 2б 2а 32 32 9 5 Является ли инвазивное МИ хирургическим? Да Нет - - 15 10 10 5 Предназначено ли МИ для при- соединения к активному МИ класса 2а и более высокого класса? Да Нет 2а - 32 11 11 5а Предназначено ли инвазивное МИ для кратко- временного применения? Да Нет 1 - 32 12 … Таким образом, в рамках работы над данной те- мой была изучена классификация медицинских из- делий, требования Директивы 93/42/ЕЕС, а также предложен алгоритм, помогающий определить класс риска медицинского изделия, классификационное правило и схему подтверждения соответствия. Дан- ный алгоритм необходим для организаций, которые сбираются экспортировать производимые медицин- ские изделия в Европейский союз. 1. 93/42/EEC Medical Devices Directive 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 182 УДК 535 СОЛНЕЧНЫЙ СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТР ССП-600 Катковский Л.В., Мартинов А.О., Крот Ю.А., Бручковская С.И., Ломако А.А., Силюк О.О., Станчик В.В., Хомицевич А.Д. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь В ходе работы по проекту «Мониторинг-СГ» союзного государства «Россия-Беларусь» отде- лом аэрокосмических исследований НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ был изготовлен экспе- риментальный образец Аппаратно-программного комплекса (АПК) «Калибровка» [1], предназна- ченного для наземных и авиационных измере- ний. Задача АПК «Калибровка» состоит в одно- временном использовании различных способов спектрометрии: комплексирование спектрора- диометров различных спектральных диапазо- нов; регистрация изображений спектрометри- руемого объекта с пространственной привязкой поля зрения спектрорадиометра к изображению; географическая привязка снимаемых объектов; одновременная съемка спектров отражения под- стилающей поверхности и освещающего излучения с высоким спектральным разрешением; возможность измерения коэффициентов спектральной яркости (КСЯ) и спектрального альбедо; регистрация спектрально-угловых зависимостей рассеянного в атмосфере излучения Солнца в большом числе спектральных каналов [2]. АПК «Калибровка» объединяет в своем составе пять спектральных приборов, покрывающих в совокупности спек- тральный диапазон 0,4 – 2,5 мкм и позволяющих измерять угловые зависимости спектров отраже- ния подстилающих поверхностей, прямого и рас- сеянного атмосферой солнечного излучения. В докладе представлен входящий в АПК солнеч- ный спектрополяриметр ССП-600. Рисунок 1 – ССП-600 ССП-600 предназначен для измерения пря- мого солнечного и рассеянного атмосферой под различными углами излучения в диапазоне 350- 650 нм. Изготовленный макет ССП-600 (рисунки 1-2) включает в себя полихроматор с приемни- ком излучения на ПЗС линейке с 3648 элемен- тами. Перед проекционным объективом разме- щена бленда, уменьшающая в 1000 раз уровень паразитной засветки. ССП-600 снабжен визиром для наведения поля зрения на соответствующие участки неба с помощью поворотного крон- штейна треноги. Рисунок 2 – Сборный чертеж ССП-600 Технические характеристики ССП-600: Проекционный объектив «МС Гелиос 44– 3М» Фокусное расстояние, мм 58,0 Угол поля зрения, ° 40 Диспергирующий элемент вогнутая голографическая дифракционная решетка Число штрихов, штр/мм 315 Рабочий спектральный диапазон, нм 330 – 1050 Спектральное разрешение, нм 1,2 – 2,0 Приемник излучения ПЗС линейка фирмы Toshiba TCD 1304DG Число рабочих элементов приемника 3648 Была проведена калибровка ССП-600 по спектральной плотности энергетической яркости и калибровка по длинам волн на метрологиче- ском комплексе «Камея-М» (рисунки 3-4). В це- лях верификации проведенных калибровок, ап- робации аппаратуры, а также получения атмо- сферных данных проводились измерения спектров атмосферы по следующей схеме (рису- нок 5). В безоблачный день установленный на крыше здания на высоте 30 м над уровнем земли ССП регистрировал спектры (рисунок 6) с опре- деленным шагом по углу в альмукантарате Солнца и в плоскости солнечного вертикала. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 183 Рисунок 3 – Градации яркости фотометрической сферы Рисунок 4 – Отклик ССП-600 в отсчетах АЦП для одной из градаций яркости фотометрической сферы Рисунок 5 – Методика проведенного эксперимента AB – направление на Солнце; круглые маркеры – точки регистрации спектров в плоскости альмукантарата; квадратные маркеры – точки регистрации спектров в плоскости солнечного вертикала. Рисунок 6 – Спектр АЦП неба Проведены сравнения измеренных спектров и рассчитанных для условий измерений по извест- ным программам расчета переноса излучения. Измеренные спектры будут использованы для решения обратной задачи для определения пара- метров аэрозольной атмосферы над г. Минском. Наряду с измерениями отраженного подсти- лающей поверхностью излучения другими спек- трорадиометрами АПК «Калибровка» эти данные обеспечивают наземную информацию для по- летных калибровок спутниковых сенсоров. 1. Разработка комплекса наземной спектральной аппаратуры для обеспечения полетных калибровок спутниковых съемочных систем / Б.И. Беляев [и др.] // Шестой Белорусский космический конгресс: Материалы конгресса. В 2 т. (28-30 октября 2014 года, Минск). – Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2014. – Т.1. – С. 234-237. 2. Беляев, Б.И. Анализ спектральных данных дистанционного зондирования водных поверхностей / Б.И. Беляев [и др.] // Тринадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Сборник тезисов докладов конференции. Москва, ИКИ РАН, 16-20 ноября 2015. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 184 УДК 006.91.015.5(045)(476) ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ПРИГОДНОСТИ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ Крышнев М. М. Белорусский государственный институт метрологии Минск, Республика Беларусь На сегодняшний день практически на каждом предприятии измерения являются неотъемлемой составляющей производства, контроля и оценки продукции. Для этих целей, большинство пред- приятий прибегают к созданию собственных лабораторий, и стремятся повысить уровень до- верия к результатам испытаний со стороны по- требителя. Для этого лаборатория не может обойтись без утвержденной в установленном порядке методик выполнения измерений (далее - МВИ). В связи с этим, все большее внимание уделяется процедурам и методам подтверждения пригодности МВИ. Для практически всех количественных МВИ при подтверждении пригодности проводится эксперимент по оцениванию показателей точно- сти. При оценке показателей точности данных МВИ необходимо установить значения оценки смещения и стандартного отклонения в различ- ных условиях прецизионности, которая достига- ется посредствам изменения факторов, вносящих изменчивость в результат измерения. Поэтому при подтверждении пригодности МВИ лабора- ториям приходится проводить значительное ко- личество измерений в рамках эксперимента по оцениванию показателей точности. Из этого сле- дует, что весомый вклад в стоимость данного эксперимента вносят затраты, связанные с ис- пользованием образцов при измерениях и амор- тизацией оборудования, поэтому у лабораторий существует потребность в обоснованном и целе- сообразном сокращении количества измерений при проведении эксперимента по оцениванию показателей точности, что повлечет за собой снижение стоимости самого эксперимента, уменьшение трудоемкости и времени на выпол- нение работ по подтверждению пригодности МВИ. При оценке показателей точности МВИ в об- щем случае используется серия стандартов СТБ ИСО 5725. При оценке показателей прецизион- ности наиболее часто используются иерархиче- ские планы: план с полной группировкой и план со ступенчатой группировкой. Согласно СТБ ИСО 5725-3 n-факторный эксперимент с полной группировкой требует получения 2n-1 результа- тов измерений от каждой лаборатории, что мо- жет оказаться чрезмерным требованием для ла- бораторий. Это главный аргумент в пользу плана со ступенчатой группировкой. Этот план требует меньшего количества результатов, чтобы полу- чить такое же количество стандартных отклоне- ний, хотя анализ является более сложным и име- ется большая неопределенность в оценках стан- дартных отклонений из-за меньшего количества результатов измерений. Алгоритм повышения эффективности метро- логического подтверждения пригодности МВИ путем обоснованного сокращения количества измерений в плане эксперимента по оценке пока- зателей точности МВИ состоит из восьми этапов: этап 1: Планирование эксперимента путем составление полного иерархического плана экс- перимента по оценке показателей точности; этап 2: Проведение эксперимента по оценке показателей точности по полному иерархиче- скому плану; этап 3: Обработка экспериментальных дан- ных по полному иерархическому плану; этап 4: Составление иерархического плана со ступенчатой группировкой, используя данные полученные в ходе математической обработки результатов эксперимента по полному иерархи- ческому плану; этап 5: Проведение эксперимента по оценке показателей точности, используя план со ступен- чатой группировкой; этап 6: Обработка экспериментальных дан- ных для иерархического плана со ступенчатой группировкой; этап 7: Сравнение показателей точности двух планов; этап 8: Использование иерархического плана со ступенчатой группировкой для оценивания показателей точности других аналогичных МВИ. Данный метод может применяться в строго указанных пределах, так как значение дисперсии повторяемости и воспроизводимости увеличива- ется при использовании плана со ступенчатой группировкой. Осуществление оценки метрологических ха- рактеристик методик, проверку приемлемости и контроль стабильности результатов измерений является трудоемким и сложным процессом, который требует от сотрудников лаборатории соответствующей квалификации и знания в об- ласти математической статистики и теории веро- ятности. Помимо сложных статистических рас- четов, при которых необходимо использовать табличные значения статистических функций и приписанных характеристик методик, необхо- димо вести множество контрольных карт, при Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 185 этом отслеживая состояние каждой из них, и по- стоянно уточнять нанесенные на карты кон- трольные пределы. С этой целью многие лабора- тории применяют специализированные компью- терные программы, основными недостатками которых является их высокая стоимость и огра- ниченность в применении, и поэтому возникает необходимость создания программного прило- жения которое: - при создании не требовала знаний в области программирования; - имело бы возможность максимального рас- пространения на рабочих местах операторов; - создавалось по рекомендациям пользо- вателей. Решением данной задачи стало создание про- граммного приложения в пакете Microsoft Office, который широко используется при работе с элек- тронными документами. Программное приложение представляет со- бой электронную книгу с поддержкой макросов (формат .xlsm) в программе MS Excel. В ячейках записаны формулы, которые позво- ляют обработать информацию и построить ло- гику вычислений. Также предоставляется воз- можность экспортировать полученные резуль- таты в текстовый документ, который впоследствии можно редактировать. На рисунке 1 представлены модули приложения по обра- ботке экспериментальных данных. М од ул и пр ил ож ен ия п о об ра бо тк е эк сп ер им ен та ль ны х да нн ы х 1 "Оценивание наличия статистических разбросов и выбросов" 2 "Определение показателей точности МВИ" 3 "Оценивание устойчивости МВИ к воздействию влияющих факторов" 4 "Оценивание стабильности СКО в повседневных измерениях" 5 "Оценивание стабильности правильности в повседневных измерениях" 6 "Оценивание неопределенности результатов измерений" 7 "Определение аналитических характеристик МВИ" Рисунок 1 - Модули приложения по обработке экспериментальных данных Первый модуль приложения по обработке экспериментальных данных разработан для оценки наличия разбросов и выбросов в выборке по критерию Кохрена и Граббса согласно СТБ ИСО 5725-2-2002. Второй модуль приложения по обработке экспериментальных данных позволяет определя- ять показатели точности: правильность (оценку смещения) и прецизионность (оценки дисперсии в условиях повторяемости, воспроизводимости и в промежуточных условиях прецизионности) для полного и ступенчатого иерархического плана согласно СТБ ИСО 5725-3-2002 и СТБ ИСО 5725-4-2002. Третий модуль приложения по обработке экспериментальных данных используется для оценки значимости влияния факторов и проверки устойчивости (робастности) метода к изменению факторов с помощью метода дисперсионного анализа и метода регрессионного анализа. Четвертый и пятый модуль приложения по обработке экспериментальных данных представ- ляет собой контрольные карты с рассчитывае- мыми границами, применяемые для оценивания стабильности среднеквадратического отклонения результата измерений в условиях прецизионно- сти, и правильности. Данные карты разработаны согласно рекомендациям СТБ ИСО 5725-6-2002. Шестой модуль приложения по обработке экспериментальных данных разработан для оценки неопределенности результатов измере- ний. При разработке данного модуля использо- валось "Руководство по выражению неопреде- ленности измерения". Седьмой модуль приложения по обработке экспериментальных данных применяется для определения аналитических характеристик таких как: предел обнаружения, предел количествен- ного определения, линейность и чувствитель- ность метода. Данное приложение позволяет графически интерпретировать результаты, редактировать и печать отчеты, обеспечивает гибкость (возмож- ность переналадки под себя, для удовлетворения потребностей лаборатории), простоту в исполь- зовании. Таким образом, в связи с всеобщим внедре- нием компьютеризации практически во все об- ласти человеческой деятельности, организации, занимающейся проведением измерений, испыта- ний и контроля, необходимо постоянно повы- шать эффективность своей работы, для того чтобы обеспечить непрерывное развитие и фи- нансовую стабильность, что, в свою очередь, является подтверждением актуальности данной темы. 1. Серия стандартов СТБ ИСО 5725-2002 Точ- ность (правильность и прецизионность) мето- дов и результатов измерений. Часть 2, 3, 4, 6. 2 Руководство по выражению неопределенно- сти измерения: Перевод с англ. под науч. ред. проф. Слаева В.А. – ГП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, С.-Петербург, 1999. - 134 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 186 УДК 542.61 ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ СЛИЧИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ С ЦЕЛЬЮ ОЦЕНКИ КВАЛИФИКАЦИИ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ Матюш И.И.1, Савкова Е.Н.1, Гайдаш Е.А.2 1Белорусский национальный технический университет 2Частное предприятие «ЛабГарант» Минск, Беларусь Межлабораторные сличения как инструмент подтверждения компетентности (проверки ква- лификации) аккредитованных испытательных лабораторий приобретают все большую актуаль- ность, поскольку позволяют оценить характери- стики функционирования участников по заранее установленным критериям. В настоящее время в Республике Беларусь более трех тысяч аккредитованных испытатель- ных лабораторий. Для обеспечения регулярных межлабораторных сличений создаются провай- деры проверки квалификации - организации, которые несут ответственность за все задачи по разработке и выполнению программы проверки квалификации. Одно из таких предприятий – ЧП «ЛабГарант», на базе которого осуществлялись работы по организации межлабораторных сличи- тельных испытаний грунтов. Были привлечены 17 аккредитованных лабораторий. В ходе испы- таний определялись параметры грунтов – влаж- ность, плотность, коэффициент фильтрации, грансостав. По результатам нескольких туров межлабора- торных сличений в достаточной степени верно можно судить о стабильности функционирова- ния системы измерений того или иного участ- ника (лаборатории). В случае выявления выбро- совых значений критериев оценки в ходе про- верки участникам могут быть предложены корректирующие действия. Нормативные доку- менты, действующие в этой области также пред- лагают различные способы графической интер- претации результатов расчетов, что упрощает понимание положения того или иного участника по отношению к другим (рисунок 1). Как видно из рисунка 1 значения количест- венного показателя z участников I и L выходят за границы интервала значений [-2;+2]. Согласно СТБ ISO 13528 данные результаты следует ин- терпретировать как предупреждающий сигнал. Выбросовыми считаются значения количествен- ного показателя z’ выходящие за границы интер- вала значений [-3;+3]. Выбор статистик функционирования, значе- ния которых будут использоваться в выводах, зависит от того, какие данные были предостав- лены участниками в ходе проверки квалифика- ции. Рисунок 1. Столбиковая диаграмма количественного показателя z, рассчитанного для участников A,B,C,D,G,H,I,J,L в ходе первого тура межлабораторных сличений (измеряемая величина – удельное сопротивление грунта) Исходя из блок-схемы алгоритма действий по применению статистических методов при реали- зации программы проверки квалификации при- веденной в СТБ ISO 13528 в случае с участни- ками A,B,C,D,G,H,I,J,L из восьми предлагаемых для вычисления статистик функционирования были рассчитаны количественные показатели z. Количественный показатель z вычисляется по формуле: z = (x − X)/𝜎�, где x – результат заявленный участником; X – приписанное значение; 𝜎� − стандартное отклонение для оценки квалификации. В качестве приписанного в данном случае было использовано согласованное значение от экспертных лабораторий. CТБ ISO 13528 предла- гается также вариант, когда приписанное значе- ние определяется как робастное среднее. Его можно использовать в расчетах и в дальнейшем считать их корректными только в случае, когда количество участников достаточно велико. Стандартное отклонение для оценки квалифика- ции может быть также получено разными спосо- бами до или после проведения проверки квали- фикации. Так, стандартное отклонение для оценки квалификации 𝜎� при оценке характери- стик функционирования участников на основа- нии обработки результатов измерения удельного сопротивления грунта не было определено до проведения проверки квалификации, было рас- -Основной -Основной -Основной -Основной -Основной -Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной A B C D G H I J L Y Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 187 считать робастное стандартное отклонение ре- зультатов s∗ (пункт 6.6 СТБ ISO 13528) по алго- ритму А приложения С СТБ ISO 13528 которое в дальнейшем было использовано в качестве 𝜎�. Учитывая, что в качестве стандартного отклоне- ния для оценки квалификации 𝜎� используются робастное стандартное отклонение результатов s∗, формула для расчета количественных показа- телей изменяется следующим образом: z = (x − X)/s∗, где x – результат заявленный участником; X – приписанное значение; s∗ − робастное стандартное отклонение результатов. Расчет стандартного отклонения для оценки квалификации 𝜎� на примере первого тура межла- бораторных сличений (измеряемая величина – удельное сопротивление грунта) осуществлялся следующим образом. Расчет значений робаст- ного среднего x∗ и робастного стандартного от- клонения s∗ в соответствие с СТБ ISO 13528. Начальные значения x∗ и s∗ как: x∗ = медиана xi ; s∗ = 1,483 ∙ медиана |xi − x∗| , i = 1, 2, … , p где xi − результат i-го участника; p – количество всех участников; Значения медианы совокупности результатов xi(i = 1, 2, … , p) и медианы разностей |xi −x∗| (i = 1, 2, … , p) представлены в таблице 1 Таблица 1 – Значения медиан совокупности результатов xi и разностей |xi − x∗| код участника xi медиана xi (x*) |xi-x*| медиана |xi-x*| A 52,75 52,75 2,75 1,25 B 51,00 1,85 C 50,00 1,75 D 52,75 0 G 53,38 0 H 50,90 0,05 I 55,26 0,63 J 52,80 1,25 L 54,00 2,51 Таким образом получаем: x∗ = 52,750; s∗ = 1,483 ∙ 1,25 = 1,854. Далее полученные значения x∗ и s∗ необхо- димо откорректировать, вычислив их новые зна- чения: x∗ = ∑ xi∗/p; s∗ = 1,134 ∙ ��(xi∗ − x∗)2/(p − 1), где xi − результат i-го участника; p – количество всех участников; xi∗ − расчетные значения для каждого xi (таблица 2) Для каждого xi вычисляют xi∗ следующим образом: xi∗=�x∗ − δ, если xi < x∗ − δx∗ + δ, если xi > x∗ + δxi, в других случаях �, где x∗– начальное значение робастного среднего, δ вычисляют по формуле δ=1,5∙ s∗, где s∗– начальное значение робастного среднего отклонения. Таблица 2 – Расчетные значения для нахождения откорректированных x∗ и s∗ код участника xi x∗ (нач.) s∗ (нач.) xi∗ (xi∗− x∗)2 A 52,75 52 ,7 5 1, 85 4 52,75 0,00 B 51,00 51,00 3,06 C 50,00 50,00 7,56 D 52,75 52,75 0,00 G 53,38 53,38 0,40 H 50,90 50,90 3,42 I 55,26 55,26 6,30 J 52,80 52,80 0,00 L 54,00 54,00 1,56 Σ 472,84 22,31 Таким образом получаем новые (откорректированные) значения: x∗ = 472,849 = 52,54; s∗ = 1,134 ∙ �22,31 8 = 1,893708. Опыт планирования и организации межлабо- раторных сличительных испытаний показал, что значительными факторами изменчивости могут являться субъективная составляющая (начиная от отбора, упаковки и транспортировки образ- цов и заканчивая обработкой результатов), а также неоднородность образцов для испытаний. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 188 УДК 006.91:620.1.08 (045)(476) ПРОВЕРКА КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРОЧНЫХ И КАЛИБРОВОЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ КАК ИНСТРУМЕНТ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Миранович-Качур С.А., Пастухова С.А. Республиканское унитарное предприятие «Белорусский государственный институт метрологии» Минск, Республика Беларусь Уже ни одну лабораторию не удивляет требо- вание Органа по аккредитации подтверждать свою компетентность через постоянное участие в программах проверки квалификации. Соблюде- ние требований СТБ ИСО/МЭК 17025 (п.5.9) по обеспечению качества результатов измерений на сегодняшний день является правилом «хорошего тона». И хотя у многих лабораторий еще не сформировалось четкое понятие, что такое «про- верка квалификации» и «с чем ее едят», между- народные требования к деятельности провайде- ров проверки квалификации, а также к разра- ботке и реализации программ проверки квалификации представлены на национальном уровне в виде ГОСТ ISO/IEC 17043 и СТБ ISO 13528. Именно положениями этих документов и ру- ководствуется БелГИМ при выполнении возло- женных на него функций Провайдера проверки квалификации поверочных, калибровочных и испытательных лабораторий. Проверки квалификации поверочных и ка- либровочных лабораторий имеют ряд отличи- тельных признаков, по сравнению, например, с проверками квалификации испытательных лабо- раторий. 1 Метрологическая прослеживаемость из- мерений Одной из важных особенностей при проведе- нии программ проверки квалификации в поверочных и калибровочных лабораториях, позволяющих обеспечить требования ГОСТ ISO/IEC 17043 (п.4.4.5.1), является возможность четкого подтверждения метрологической прослеживаемости измерений приписанного значения. Только в таком случае приписанное значение, установленное в эталонной лабора- тории, является надежной основой для оценивания лабораторных смещений участников. БелГИМ, выступая в качестве эталонной лабора- тории, устанавливает приписанные значения измеряемых в программах проверки квалифика- ции величин с использованием эталонов, кото- рые воспроизводят единицы измерений величин, прослеживаемые до национальных и междуна- родных эталонов единиц величин с точностью, подтверждаемой результатами участия в регио- нальных и международных ключевых сличениях с размещением наилучших измерительных воз- можностей на официальном сайте Международ- ного бюро мер и весов (BIPM). 2 Количество участников Программы проверки квалификации пове- рочных и калибровочных лабораторий отлича- ются небольшим количеством участников. Как правило, в турах проверки квалификации участ- вует от 6 до 15 лабораторий. Однако, небольшое количество участников мало влияет на стати- стики функционирования и выводы по результа- там участия в проверках квалификации, по- скольку они основываются на приписанном зна- чении, установленном независимо от результатов измерений участников. 3 Образец для проверки квалификации При проведении проверок квалификации в поверочных и калибровочных лабораториях ис- пользуется программа проверки квалификации типа «последовательная». Образец для проверки квалификации передается от одного участника другому. При таком типе программы очень важны вопросы обеспечения сохранности об- разца для проверки квалификации и стабильно- сти измеряемых при поверке/ калибровке харак- теристик. Для того чтобы сделать правильные выводы о функционировании участников при конкретной реализации программы проверки квалификации, провайдер проверки квалифика- ции должен периодически проверять в эталонной лаборатории с документальным оформлением результатов стабильность измеряемых при по- верке/калибровке характеристик. Еще одной особенностью программ проверки квалификации поверочных и калибровочных лабораторий является длительность их реализа- ции (от нескольких месяцев до пару лет): дос- тавка образца для проверки квалификации уча- стнику, который может находиться в другой стране, и возврат образца провайдеру, периоди- ческие исследования на стабильность измеряе- мых характеристик. 4 Соответствие назначению Поверка и калибровка, в отличие, например, от области испытаний, всегда имеют четко уста- новленные требования к точности измерений, законодательно закрепленные, например, в пове- рочных схемах или иерархиях калибровки. Всем известно основное правило метрологии, касаю- щееся точности измерений при поверке: � 1 3 … 1 5 � ∆≤ 𝑇, (1) где T – допуск на измеряемый параметр (измеряемую величину); Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 189 Δ – предел допускаемой погрешности измерений (или, если говорить на языке концепции неопре- деленности, целевая неопределенность – макси- мальная расширенная неопределенность измере- ния). Только при выполнении неравенства (1) можно с заданной вероятностью (известным уровнем доверия) сделать заключение о соответ- ствии установленным требованиям на измеряе- мый параметр и использовать средства измере- ний по назначению. На основании заданных требований к точно- сти измерений (например, ГОСТ 8.461, ГОСТ OIML R 111-1) можно обоснованно уста- навливать значение стандартного отклонения для оценки квалификации и по характеристикам функционирования делать выводы о соответст- вии точности измерений, выполненных лабора- торией, заданным требованиям. 5 Неопределенность измерения Неопределенность измерения является важ- ной характеристикой качества измерений, вы- полняемых при калибровке. Требование о пред- ставлении результатов измерений калибровки с неопределенностью измерения прописано в СТБ ИСО/МЭК 17025 (пп.5.4.6, 5.10.4). Хотя при проведении поверки эта характеристика качества также присутствует, только в неявном виде. При проверках квалификации калибровочных лабораторий кроме оценивания характеристик функционирования решается задача подтвер- ждения заявленной участниками неопределенно- сти измерения. 6 Характеристики функционирования Основная задача проверки квалификации – оценивание характеристик функционирования участников. Если для поверочных лабораторий, как и для испытательных лабораторий, использу- ется широко распространенная характеристика функционирования – количественный показатель z, основанная на соответствии назначению, то смысл характеристик функционирования для калибровочных лабораторий немного отлича- ется. Для калибровочных лабораторий характе- ристики функционирования – показатель En и количественный показатель ξ, основаны на той оценки точности измерений, которую заявляет сам участник в виде расширенной или стандарт- ной неопределенности, а не на принятом провай- дером соответствии назначению. В этом случае возможные причины получения неудовлетвори- тельной характеристики функционирования мо- гут заключаться не только в технических ошиб- ках реализации процедуры калибровки, но и в неправильной оценке участником своего уровня точности, выраженного количественно в виде неопределенности измерения. Заключение Проверки квалификации играют важную роль при подтверждении компетентности поверочных и калибровочных лабораторий. При качествен- ной реализации они позволяют решить сразу несколько метрологических задач: - оценивание лабораторного смещения (под- тверждение метрологической прослеживаемости измерений); - соответствие установленным требованиям по точности измерений; - подтверждение заявленной участниками не- определенности измерения. Качественная реализация проверки квалифи- кации поверочных и калибровочных лаборато- рий требует наличия соответствующей техниче- ской базы и квалификации Провайдера. БелГИМ как Национальный метрологический институт является хранителем национальных и исходных эталонов единиц величин, имеет высококвали- фицированных специалистов в соответствующих видах метрологического подтверждения пригод- ности средств измерений и теоретической мет- рологии, участвует в ключевых сличениях и мо- жет предоставить надежные приписанные значе- ния величин, что позволяет качественно и в соответствии с международными требованиями организовывать проверки квалификации в об- ласти поверки и калибровки. 1. ГОСТ 8.461-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Термопре- образователи сопротивления из платины, меди и никеля. Методика поверки. 2. ГОСТ OIML R 111-1-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Гири классов точности E (индекса 1), E (ин- декса 2), F (индекса 1), F (индекса 2), M (ин- декса 1), M (индекса 1-2), M (индекса 2), M (индекса 2-3) и M (индекса 3). Часть 1. Мет- рологические и технические требования. 3. СТБ ИСО/МЭК 17025-2007 Общие требова- ния к компетентности испытательных и ка- либровочных лабораторий. 4. СТБ ISO/IEC 17043-2013 Оценка соответст- вия. Основные требования к проведению проверки квалификации. 5. СТБ ISO 13528-2011 Статистические методы, применяемые при проверке квалификации лабораторий посредством межлабораторных сличений. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 190 УДК 621.873 ТЕХНИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБЛАСТЯХ ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫХ ПОЛЕЙ Павленко Д.В., Сидоренко М.В., Лятуринский В.А. Запорожский национальный технический университет Запорожье, Украина Остаточные напряжения оказывают сущест- венное влияние на надежность и долговечность изделий и конструкций. Поэтому разработка методов их измерения является важной и акту- альной задачей. На сегодняшний день более других распро- странены механические методы измерения, ос- нованные на измерении деформаций при удале- нии некоторого объема напряженной детали, а так же метод рентгеновской дифракции. Для разработки был выбран метод сверления глухого отверстия, как наиболее методически обеспеченный и стандартизованный ASTM E837- 08 [1]. К его временным несовершенствам можно отнести отсутствие методических рекомендаций для измерения напряжений в областях высоко- градиентных полей (например, таких как зона термического влияния вблизи сварного шва), а так же относительно высокая стоимость реко- мендуемых расходных материалов. Внедрение магнитных методов, кроме чувст- вительности магнитных параметров к различным факторам (структуре, шероховатости и т.д.), сдерживает так же малое количество сравни- тельных исследований, при которых остаточные напряжения уже определены одним из доступ- ных методов. Как правило, сравнительные ис- следования выполнены в лабораторных условиях при растяжении или изгибе образца, то есть мало отличаются от градуировки рабочего датчика. Таким образом, развитие метода сверления глухого отверстия, то есть малоразрушающего метода, измерения остаточных напряжений кроме прямого назначения выбрано нами так же для дальнейшего развития магнитного метода неразрушающего контроля. Установка (рис. 1) создана на базе системы SINT RESTAN MTS 3000 (Италия). Выбран тен- зометрический метод определения деформаций, как более подходящий для полевых условий. Использовались высокочастотные режимы свер- ления (300000 об / мин), что согласно [2] позво- ляет пренебречь влиянием процесса сверления на результаты тензометрирования. Последовательность проведения экспери- мента достаточно подробно описана в [1, 3 и др.]. Для упрощения математической обработки результатов эксперимента и получения отвер- стий цилиндрической формы, использовались сверла обратной конусности. Для обеспечения высокой точности подачи в механическом уст- ройстве системы используется шаговый двига- тель и микрометрическая винтовая передача. С достаточной для практики точности обосновано применение сверл от высокоскоростных борма- шин. Износ сверла после испытания оценивался путем его осмотра и измерения геометрических параметров на инструментальном микроскопе. Кроме того периодически производился кон- троль глубины сверления пошагово бесконтакт- ной системой Keyence LC-2400A. Рис. 1. Схема системы измерения остаточных напряжений Так же, с целью снижения стоимости расход- ных материалов, были применены отличные от предложенных трехкомпонентные тензорозетки. Для анализа влияния габаритов решетки на рас- четные напряжения были созданы трехмерные конечно-элементные модели напряженных пла- стин с траекторией витков тензорешеток при разной ориентации решетки относительно 1-го главного напряжения (0°, 45°, 90°). Сверления отверстий различных диаметров моделировалось путем деактивации конечных элементов. Расчет проводился по методике [1]. Были рас- считаны погрешности в определении первого главного напряжения и 2-го главного напряже- ния (фиктивного). Установлено что для устранения ошибки, вы- званной отличием габаритов решетки от реко- мендуемых в [1], независимо от соотношения диаметров розетки и отверстия Dроз / Dотв, доста- точным есть внесение поправочного коэффици- ента k к радиусу тензорозетки при расчете оста- Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 191 точных напряжений. Внесение k = 1,04 для ори- гинальной тензорозетки, использованной в экспериментах, позволило уменьшить погреш- ность с 7,5 до ≤ 0,5% при любых типовых диа- метрах отверстий (Dотв = 1,2…2,5 мм). Известны исследования [4 и др.] в которых определялись геометрические ограничения, на- лагаемые на образцы при использовании метода глухого отверстия. Согласно [1], с использова- нием предложенного типа тензорозеток, рас- стояние от центра отверстия до препятствия должна составлять не менее 0,5Dроз, минималь- ное расстояние до края детали по рекомендациям [4] составляет 5Dотв, по [1] – 1,5Dроз. Близость валика углового шва до точки измерений в лите- ратуре отдельно не рассматривалась. Методом конечных элементов проводилось моделирование деформаций при состоянии ти- пичном для сварных соединений (растяжение вдоль шва, сжатие - поперек [5]). Установлено, что с использованием имеющихся тензорозеток, отверстие можно выполнять на минимальном расстоянии Δкр = 1,2 мм (рис. 2), при условии, что Вреш < 2Rотв (рис. 2). Доказано, что даже вы- полнение отверстия вплотную (Δкр = 0) приведет к погрешности показаний ближайшей к шва ре- шетки (показано на рис. 2) в пределах 5%. На показания других решеток тензорозетки близость валика не влияет. Недостатком метода сверления отверстия, с позиции анализа остаточных напряжений свар- ных соединений, является снижение его точно- сти при появлении пластической деформации контура отверстия. Известно, что для глухого отверстия с Н = Dотв (рис. 2) при остаточных на- пряжениях, превышающих σт/3, на контуре от- верстия уже появляются пластические деформа- ции [5]. Согласно [1] результаты эксперимента можно считать численно верными если расчет- ные остаточные напряжения не превышают 60% от предела текучести σт материала. Моделировалось сверления отверстия с Dотв = 2 мм в образце с одноосными остаточными на- пряжениями, приближающимся к σт. Пластиче- ское поведение материала описывалась экспери- ментально определенной кривой дилатометриче- ские теста Стали 20. Использовался критерий пластичности Мизеса. Была обнаружена значи- тельная неравномерность распределения дефор- маций в витках тензорешетки приближенных к участкам пластического деформирования, в этих резисторах Δɛ/ɛ достигает 25%. Установлено, что использование предполо- жений упругого деформирования в методике расчета напряжений [1] приводит к существен- ной погрешности (> 5%) их определения только при σmax> 0,8σт. Проведенный на тензобалочке ряд экспери- ментов подтвердил корректность выводов ко- нечно-элементных расчетов касающихся попра- вочного коэффициента k, усреднения деформа- ций на базе резистора, а также по анализу высоких остаточных напряжений. Таким образом, получил дальнейшее разви- тие метод сверления глухого отверстия с тензо- метрированием для анализа остаточного либо действительного напряженного состояния изде- лий с высоким уровнем и градиентами напряже- ний, что характерно для сварных соединений. Рис. 2. Перемещение тензорешетки вблизи шва 1. ASTM E837-08. Standard Test Method for De- termining Residual Stresses by the HoleDrilling Strain-Gage Method. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2008. 2. Nau A., Scholtes B. Evaluation of the High- Speed Drilling Technique for the Incremental Hole-Drilling Method / Experimental Mechanics, 2012, Vol. 53, PP. 531-542. 3. Schajer G.S. Relaxation Methods for Measur- ing Residual Stresses: Techniques and Opportu- nities // Experimental Mechanics, No 10, 2010; pp. 1117-1127. 4. Preckel U. Erweiterung der Verfahrensgrenzen beim Bohrlochverfahren zur Ermittlung von Eigenspannungen // Industrie Anzeiger, Kurzberichte der Hochschulgruppe Fertigungstechnik 108, Nr. 8, 1986, PP. 18-26. 5. Чернышев Г.Н. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах / Г.Н. Черны- шев, А.Л. Попов, В.М. Козинцев, И.И. Поно- марев. – М.: Наука. Физматлит, 1996. – 240 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 192 УДК 658.5 ОЦЕНКА КОМПЕТЕНТНОСТИ ВНУТРЕННИХ АУДИТОРОВ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА Павлов К.А., Охрименко Е.О. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Система менеджмента качества (далее – СМК) является важной частью общей системы управления организацией. Предприятие должно определить свои системы и процессы, содержащиеся внутри них, чтобы давать возможность системе быть управляемой и улучшенной. [1] Для ряда организаций сертификация СМК не является обязательным условием, к примеру, для деятельности аккредитованных испытательных лаборатории (СМК рассматривается как одно из условия прохождения аккредитации). Поэтому в данном случае высокое доверие к результа- тивности самой СМК лаборатории опирается на доверии к работе внутренних аудиторов. Для того чтобы процедура внутренних аудитов осуществлялась результативно и эффективно для организации необходимо учитывать следующие факторы: - компетентность внутренних аудиторов; - остаточность внутренних аудиторов для проведения необходимого количество аудитов в запланированные интервалы времени. [2] Так как эффективность и результативность внутренних аудиторов СМК аккредитованных лабораторий напрямую зависит от компе- тентности самих аудиторов, а также ввиду того, что в СТБ ISO 9001 и СТБ ISO 19011 не регламентируется процедура оценивания компетентности и результативности деятель- ности внутренних аудиторов, то появляется необходимость разработки универсальной методики, позволяющей производить регуляр- ный мониторинг компетентности внутренних аудиторов, и создавать основы для фор- мирования кадрового резерва внутренних аудиторов из числа сотрудников лаборатории и для формирования системы мотивации внутрен- них аудиторов, коррелирующую с результатами оценки и мониторинга компетентности ауди- торов. В рамках дипломного проекта для одного из аккредитованных испытательных центров Республики Беларусь – ВСУ «Могилёвской облветлаборатории», была разработана по- этапная методика оценивания компетентности внутренних аудиторов: - 1 этап – Оценка соответствия кандидата на должность внутреннего аудитора; - 2 этап – Оценка результативности работы внутреннего аудитора. В рамках первого этапа производится оценивания уровня профессионализма аудиторов, а также их личностные качества. Для этого были определены критерии соответствия лиц на должность внутреннего аудитора, а также методы их оценки. Требования к уровню профессионализма лиц, претендующих на должность внутреннего аудитора, в Республике Беларусь регла- ментируются правилами аудиторской деятель- ности «Образование аудитора». [3] Данные правила устанавливает следующие элементы образования аудитора: - базовое образование; - практический опыт; - профессиональное образование; - свободное владение одним из государственных языков. Базовое образование в соответствии с действующим законодательством включает в себя высшее техническое или экономическое образование, полученное в учебном учреждении Республики Беларусь, имеющем государствен- ную аккредитацию, либо в учебном учреждении иностранного государства, дипломы которого имеют юридическую силу в Республики Беларусь. Практический опыт работы определяется стажем работы не менее трех лет по специаль- ности, соответствующей техническому и (или) экономическому образованию. Профессиональное образование основывается на базовом образовании и включает в себя: - специальное профессиональное образование физических лиц, претендующих на должность внутреннего аудитора полученное по специаль- ности «Эксперт по внутренним аудиторам СМК»; - образование, полученное аудиторами в процессе повышения квалификации. Важным элементом профессионального образования аудитора является самостоятельное обучение (самообразование). В процессе трудовой деятельности претен- дент на должность аудитора должен приобретать навыки (интеллектуальные, коммуникативные и навыки общения), которые являются совокуп- ным результатом обучения и профессионального опыта. Свободное владение одним из государствен- ных языков Республики Беларусь подразумевает Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 193 владение русским и (или) белорусским языками в объеме, необходимом для изучения норма- тивных правовых актов Республики Беларусь, обеспечения оказания аудиторских услуг, соблю- дения порядка осуществления аудиторской деятельности, а также делового общения с заказчиками. Кандидат на должность внутреннего аудитора должен обладать личными качествами (этич- ность, честность, дипломатичность, наблюю- дательность, проницательность, гибкость, настойчивость, самостоятельность и т.д.), которые помогут ему действовать в соответствии с принципами аудита, приведенными в СТБ ISO 19011. Для оценки выделенных требований к компетентности внутренних аудиторов стандарт СТБ ISO 19011 предлагает следующие методы: - анализ документов (записей); - положительная и отрицательная обратная связь; - собеседование; - наблюдение; - тестирование; - анализ деятельности после аудита. Для каждой группы критериев и соответствующих оценок предлагаются шкалы оценки (пятибалльные или семибалльные). Итоговая оценка компетентности кандидатов выражается в относительных единицах (процен- тах). По итоговой оценке принимается решение по кандидату: - до 40 % – кандидатура отклоняется; - от 40 % до 80 % – кандидату на должность предлагают пройти стажировку; - от 80 % до 100 % – по решению высшего руководства назначается на должность внутреннего аудитора. Данные границы могут изменяться с учетом требований организации к внутренним аудиторам. На втором этапе осуществляется оценка компетентности действующих внутренних аудиторов лаборатории. При оценке проводится анализ отчетов по внутренним аудитам за отчетный период. В результате экспертного оценивания был разработан перечень возможных события при проведении внутренних аудиторов, которые мог допустить аудитор: S1 – случай ошибочной классификации не- соответствия; S2 – случай нарушения процедуры про- ведения внутреннего аудита; S3 – случай нарушение при оформлении доку- ментации по внутреннему аудиту; S4 – случай неопределенности результатов аудита; S5 – случай неполного проведения аудита. Тогда оценка компетентности внутренних аудиторов вычисляется в относительном выра- жении (%) по следующей формуле Kауд = (ΣKi×Si)×100 %, где Ki – коэффициент значимости события. Si – одно из пяти вышеописанных событий, оценки которых определяется по формуле Si = 1 - Ni/ΣN, где Ni – количество событий Si, N – количество всех событий Si. Коэффициенты значимости Ki событий Si определяются экспертным методом. Принятие решений о результативности рабо- ты внутренних аудиторов принимается на основании критериев: а) для действующих внутренних аудиторов - до 65 % – исключение аудитора из реестра; - от 65 % до 85 % – аудитор должен пройти переаттестацию; - от 85 % до 100 % – по решению высшего руководства выделение поощрения аудитору; б) для стажеров - до 80 % – продолжение стажировки; - свыше 80 % – при наличии в реестре вакансии, стажер проходит первичную ат- тестацию. Данные границы могут изменяться с учетом требований организации к внутренним аудиторам. Оценку действующих внутренних аудиторов и стажеров осуществляет главный внутренний аудитор (главный инженер по качеству), а его оценку проводит представитель органа по сертификации на договорной основе. 1 . Никифоров, А.Д. «Управление качеством»: учеб. пособие для вузов/А.Д. Никифоров. М.: Дрофа, 2004. - 720 с. 2 . СТБ ISO 19011-2013 «Руководящие указания по аудиту систем менеджмента качества и/или систем экологического менеджмента». 3 . Правила аудиторской деятельности «Образование аудитора», утвержденные постановлением Министерства финансов Республики Беларусь от 28.03.2003 № 45. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 194 УДК 006.83 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫХ ОСНОВ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ И ТУРКМЕНИСТАНА В ОБЛАСТИ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Павлов К.А., Хемракулыев Д. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Основные направления современной внешней политики Туркменистана определены в «Декларации о внешнеполитическом курсе Туркменистана в XXI веке на принципах постоянного нейтралитета, миролюбства, позитивного добрососедства и демократии», (утверждена 27 декабря 1999 года). По настоящее время официальный Ашхабад сохраняет нейтралитет относительно неформального соперничества Казахстана и Узбекистана за неофициальное региональное первенство, поэтому, развивая двусторонние отношения со многими державами мира, официальны Ашхабад руководствуется прежде всего прагматичными интересами – укрепить свои позиции в Центральной Азии, получить максимальную выгоду как от имеющихся в Туркменистане огромных по запасам природных ресурсов (углеводородов), так и от его удобного геополитического положения на пересечении транзитных путей. Положения по развитию политических, экономических и торговых отношений Туркменистана с другими странами обязывает вести политику в направлении гармонизации требований к продукции и услугам, которыми экономически обмениваются эти страны. На сегодняшний день правовая база Туркменистана и стран, с которым ведется сотрудничество, составляет более 1000 договоров и соглашений, в том числе и о взаимном признании результатов испытаний и сертификации продукции или услуг. Сотрудничая со многими высокоразвитыми партнерами, предприятия Туркменистана обязаны соответствовать требованиям нынешнего рынка. В настоящее время вопросы оценки соответствия, стандартизации и метрологии в Туркменистане находиться на стадии стремительного развития. За последние годы претерпела изменение законодательная база страны по вопросам метрологии, стандартизации и сертификации. Руководство страны совместно с институтом по метрологии, стандартизации и сертификации постоянно совершенствует положения, реагируя, тем самым, на новые требования торговых и политических соглашений, но и защищая свой внутренний рынок и отечественных производителей. Одной из важной особенностью политики Туркменистана в области оценки соответствия является наличие одной процедуры подтверждения соответствия продукции – это обязательная сертификация. Стоит также заметить, что в стране пару последний лет проходит «жесткая» политика по сертификации систем менеджмента (СМК, СОУТ, СОУС, НАССР и др.) государственных организаций. Выделяется материальная поддержка организациям на реализацию этой программы. [1] В рамках развития политики в области стандартизации, метрологии и сертификации руководство Туркменистана совместно с государственной структурой в сфере образования осуществляет следующие программы [2]: - привлечение квалифицированных кадров для обучения персонала государственных организаций по вопросам сертификации, метрологии и стандартизации; - направление на обучение граждан Туркменистана в другие страны, в которых данные направления государственного регулирования находятся на более высоком уровне (Российская Федерация, Республика Беларусь и страны ЕС); - привлечение научных сотрудников для преподавания в государственных высших учебных заведениях Туркменистана. Программа по обучению граждан за рубежом функционирует уже более 6 лет, и уже сегодня обученный персонал, получивший образование по специальностям – инженер, технолог, оператор и т.д., возвращается в страну для работы на отечественных предприятиях. Анализ их работы показал, что существует ряд проблем, главными из которых являют: - различие законодательных основ Туркменистана и стран, в которых проводилось обучение; - обучение граждан Туркменистана в других странах проходят по учебным программам самих стран, без учета специфики развития Туркменистана по ряду научно-практических и промышленных задач и др. Решением данных задач является гармонизация законодательных, нормативно- правовых основ Туркменистана и стран, где проводится обучение. Результат гармонизации позволит обученным специалистам быстрее и без Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 195 особых трудностей применять полученные навыки для совершенствования деятельности отечественных организаций, что в свою очередь позволит Туркменистану уверенно и стабильной определить свое место на мировом рынке. Для достижения этих целей необходимо реализовать следующие задачи: - осуществить перевод Законов Туркменистана о стандартизации, метрологии и сертификации на русский язык, что позволит более корректно понять различия требований законодательства между этими странами (Закон Туркменистана «О стандартизации» имеется на русском языке); - провести сравнительный анализ законодательных основ Республики Беларусь и Туркменистана в области стандартизации, метрологии и сертификации, что позволит понять в отношении какой продукции или услуг могут возникать спорные вопросы при импорте или экспорте для Туркменистана. Ходе анализа были выявлены различия в законодательных основах в области стандартизации, метрологии и сертификации между странами, а также определены общие положения по некоторым вопросам – к примеру, в вопросах формирования и управления национальными эталонными база стран, в вопросах проведения метрологического контроля средств измерений, в вопросах основополагающих принципов стандартизации и т. д. Одним из отличий в Законодательстве стран по вопросам признания соответствия требованиям технических нормативных правовых актов (для Республики Беларусь) и нормативных документов (для Туркменистана) [3], является то, что в Туркменистане принята единая форма признания – обязательная сертификация, в то время как в Республике Беларусь существуют две формы – сертификация и декларирование соответствия. Данное различие имеет важное значения для налаживания торговых отношений между странами на государственном уровне, а также для предпринимателей двух стран, занимающихся экспортированием или импортированием товаров на внутренние рынки. Это касается и систем менеджмента организации – для всех государственных и частных предприятий, не зависимо от вида деятельности, в Туркменистане под обязательную сертификацию попадают: СМК, СУОТ, СУОС, НАССР, а также система энергетического менеджмента (на соответствие требованиям международных стандартов ISO серии 50000) и др. В свою очередь, для многих организаций Республики Беларусь данные системы под обязательную сертификацию не попадают, а относительно вопросов энергетического менеджмента – только в начале 2016 года вышло постановление о необходимости разработки, внедрения и сертификации этой системы. Еще одним существенным отличием в законодательных основах является отсутствие в Законе «О стандартизации» Туркменистана понятия «технических регламент». Обязательными для применения в стране являются международные стандарты. В Республике Беларусь согласно законодательству технические регламенты являются обязательными как внутри страны, а также и согласно положению о Таможенном Союзе данный вид документа является обязательным к применению для всех участников этого сотрудничества стран. Относительно вопросов присоединения Туркменистана к Таможенному союзу, а следовательно и изменения положений относительно применения технических регламентов, официальный Ашхабад имеет четкую позицию – присоединения не будут. С этой позиции, данное различие в рамках торговых отношений между странами не столь важно. Таким образом, в ходе анализа было выявлено более 40 различий в законодательных основах Республики Беларусь и Туркменистане по вопросам метрологии, стандартизации и сертификации. Многие из них носят принципиальный характер (как по вопросам сертификации продукции, услуг и систем), остальные – определяют специфику законодательства двух стран. Данные результаты должны быть использованы при проведении обучения по дисциплинам метрология, стандартизации и сертификация, а также внесены в учебные программы вузов стран, в которые направлены для получения соответствующей квалификации граждане Туркменистана. 1. http://www.gosstandart.gov.by/txt/Actual- info/docs/garluk-poryadoc.pdf 2. Национальная Программа "Стратегия экономического, политического и культур- ного развития Туркменистана на период до 2020 года" (Одобрена и принята решением совместного заседания XIV Государст- венного Совета старейшин Туркменистана, Халк Маслахаты и Общенационального движения "Галкыныш" 15 августа 2003 года). 3. Закон Туркменистана «О сертификации продукции и услуг. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 196 УДК 681.61 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБОК Петрусенко П.А., Шумская А.П. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Стеклянные трубки используются в электро- технической, радиотехнической, фармацевтиче- ской, приборостроительной, пищевой промыш- ленности. Современные требования к качеству продукции вызывают необходимость уменьше- ния допусков параметров на всех этапах техно- логического процесса. В работе приведен анализ техпроцесса изготовления стеклотрубок на Бре- стском электроламповом заводе и предложены мероприятия по совершенствованию контроль- ных операций техпроцесса и снижению уровня брака. В настоящее время на большинстве пред- приятий, производящих стеклотрубки использу- ется технология горизонтального вытягивания - способ Даннера. Он обеспечивает наибольшую производительность по сравнению с другими технологиями, позволяет механизировать про- цесс производства, обеспечивает возможность получать трубки с наружным диаметром 2…60 мм и толщиной стенок 0,2...5 мм. Основными технологическими единицами этого способа яв- ляются участок подготовки шихты, стекловарен- ная печь, участок вытягивания, участок резки и окончательной обработки заготовки. Основные элементы технологического процесса производ- ства стеклянных трубок представлены на ри- сунке 1 Рисунок 1 – Основные элементы технологического процесса Устройство 1 предназначено для создания формовочного воздуха, давление которого опре- деляет внутренний диаметр трубки. В загрузоч- ный бункер 2 помещается шихта для стеклова- рочной печи 3. На выходе печи расположен вра- щающийся мундштук 4, выходное отверстие которого формирует наружный диаметр трубки. Далее трубка поступает на рольганг, состоящий из транспортирующих роликов 5, выполненных из графита. Перемещение сформированной трубки производится транспортирующим эле- ментом машины вытягивания 7, который опре- деляет линейную скорость перемещения трубки. После этого трубка подается на резательную машину, снабженную твердосплавными ножами 8. Лазерный датчик 6 предназначен для контроля величины наружного диаметра трубки. Управле- ние производством ведется в условиях недоста- точной информации о текущих параметрах тех- нологического процесса. Контроль качества из- готовленных трубок производится выборочным методом путем ручного замера готовых отрезан- ных трубок спустя минуту или более после фор- мирования. В существующей технологической линии на центральном пульте управления отсут- ствует информация о давлении воздуха, пода- ваемого на раздув трубки, скорости вытягивания, температуре стекломассы в зоне формирования и других параметрах процесса, определяющих качество готовой продукции. Управление технологическим процессом в таких условиях производится в основном на ос- новании опыта и интуиции операторов. В настоящее время разработаны датчики на основе лазерных технологий, позволяющие кон- тролировать непосредственно на технологиче- ской линии толщину стенок и внутренний диа- метр стеклянных трубок. Это позволяет внедрить в существующий техпроцесс дополнительные элементы контроля параметров и тем самым по- высить эффективность управления и качество выпускаемой продукции. В связи с этим появилась необходимость мо- дернизации существующей технологической линии с использованием современных методов контроля и управления технологическим процес- сом. На первом этапе работы произведена иден- тификация объекта управления, составлена ма- тематическая модель динамической системы, рассмотрена возможность использования эле- ментов автоматизированного управления эта- пами технологического процесса. Структура технологического процесса показана на рис. 2. Рисунок 2 – Структура технологического процесса Сложность составления математической модели заключается в том, что на выходной Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 197 параметр влияет большое количество факторов xi, которые для упрощения моделирования необходимо разделить на существенные и несущественные. В литературе отсутствует информация об аналитических связях между входными и выходными параметрами технологического процесса в стекольной промышленности. Алгоритмы обработки информации в существующих линиях горизон- тального вытягивания производителями не раскрываются, поэтому при математическом моделировании процесса основные влияющие факторы в основном выбирались на основе опыта работы операторов линии. На основе анализа влияния этих факторов на конечные параметры трубок, нормированные техни- ческими условиями, установлено, что технологическая линия представляет из себя двухмерный объект с перекрестными связями, коэффициенты передач которых являются функциями управляющих параметров. Объект управления является колебательным элементом, имеющим значительные транспортные запаз- дывания τi. Период основных колебаний зависит от: -времени транспортирования трубки от начала формования до конца линии вытяжки; -времени реакции системы на изменение давления формовочного воздуха; -времени реакции системы на изменение скорости вытягивания. Для уменьшения амплитуды этих колебаний предложено использовать дополнительный датчик измерения наружного и внутреннего диаметра трубок, расположенный вблизи начала рольганга, а также введение управляемой системы регули- ровки давления формовочного воздуха. Одним из нормируемых параметров качества является наличие посторонних включений и воздушных пузырей в стекле. Контроль этого параметра производится визуально перед загрузкой трубок в упаковочную тару. При этом количество отбракованных трубок не учитывается, что не позволяет вести точный учет количества произведенной продукции. Для устранения этого недостатка предложено использовать специализированную систему тех- нического зрения, видеокамера которой расположена рядом с датчиком контроля наружного диаметра. Это позволяет отбраковы- вать трубки на ранней стадии техпроцесса, а также увеличивает точность учета готовой продукции. Для реализации разработанной системы предложена элементная база фирмы «OMRON», приборы которой надежно работают в цеховых условиях при значительных перепадах температуры на всех этапах технологического процесса. Структурно предлагаемая система контроля и управления будет состоять из центрального диспетчерского пункта, в который будет поступать информация о текущих значениях параметров технологического процес- са, а также накапливаться для учета произведен- ной продукции за отчетный период времени. На информационном табло на схеме технологи- ческой линии будут отображаться текущие и предельные значения контролируемых парамет- ров, а также их изменения в течение задаваемого оператором промежутка времени. Кроме этого на каждом технологическом участке будут установлены отдельные информ- ационные панели, позволяющие оперативно оценивать результаты управления техпроцессом. Для обмена информацией в системе предлагается использовать протокол ProfiSafe, имеющий функции диагностики, защиты информации, обнаружения ошибок и самокор- рекции. На основании проведенной работы составлено техническое предложение по модернизации технологической линии произ- водства стеклянных трубок на Брестском электроламповом заводе. 1. Теория систем автоматического управле- ния / В. А. Бесекерский, Е. П. Попон. — Изд. 4-е, перераб. и доп. — СПб, Изд-во «Профессия», 2003. - 752 с. 2. Полляк В.В. и др. Технология строитель- ного и технического стекла и шлакоситталов. М.: Стройиздат.1983. 3. Технология стекла. Под ред. И.И. Китайгородского. М.: Стройиздат,1967. 4. Химическая технология стекла и ситталов. /Под ред. Павлушкина Н.Н. М.: Стройиздат,1983. 5. Зайков Ю.Б. Проекционный способ измерения линейных размеров стеклянной трубки. А.с. № 5I064I /СССР/. Опубл. в Б.И.,1976, № 14. 6. Мацкевич О.И. и др. Устройство для измерения геометрических размеров стеклянной трубки. А.с. № 5II5I9 /СССР/, Опубл. в Б.И., 1976, № 15. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 198 УДК681 МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ БУМАЖНО-КАРТОННОЙ ПРОДУКЦИИ Письменский П.И., Сальников Ю.А., Новосельская О.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В настоящее время, несмотря на интенсивное развитие цифровой техники, выпуск различных ви- дов бумаги и картона постоянно увеличивается, как в Республике Беларусь, так и в мире. При этом по- стоянно разрабатываются новые виды бумажно- картонной продукции, которая подвергается испытаниям с применением общепринятых методов и средств, а также разрабатываются новые виды физико-механических испытаний с использованием различного оборудования и средств контроля, которые затем применяются лабораториями на предприятиях и других организаций. Основной проблемой в нашей стране является отсутствие единой нормативной базой методик проведения физико-механических испытаний бумажно-картонной продукции. При этом производство новых видов продукции предусматривает проведение испытаний не только стандартными разрушающими методами, но и с использованием новых специализированных методов. Необходимость создания единой базы, которая будет в себя включать перечень современных средств измерений, а также международных, госу- дарственных и отраслевых стандартов на каждый конкретный вид физико-механических испытаний бумажно-картонной продукции, весьма актуальна, так как это позволит сотрудничать со всеми миро- выми производителями бумажно-картонной про- дукции. А также позволит решить основную задачу единства измерений. В таблице представлена информация о некото- рых видах физико-механических испытаниях бу- мажной продукции. Виды физико-механических испытаний бумажно-картонной продукции Тип испытания Стандарт Вид материала 1 2 3 Сопротивление продавливанию ISO 2758; ISO 2759; ГОСТ 13525.8; TAPPI T 403; TAPPI T 807; TAPPI T 810 Писчие и печатные виды бумаги; бумага для гофрирования, гофракартон, картон и изделия из них Определение жесткости при сгибании статическими методами ISO 5628; ISO 11093; ISO 11093-6 Многослойные виды бумаги; гофракартон, картон и изделия из них; писчие и печатные виды бумаги Измерение толщины ISO 534; EN 20534; ГОСТ 27015; ISO 3034; TAPPI T 411 Писчие и печатные виды бумаги; картон и изделия из него; многослойные виды бумаги; гофрокартон и изделия из него Испытание гофрированных материалов ISO 7263; TAPPI T 809; TAPPI T 9582; TAPPI T 20682; ГОСТ 7263; ГОСТ 13648.2 Бумага для гофрирования Определение сопротивления проколу (по PET) ISO 3036; TAPPI T 803 Картон и изделия из него; гофрокартон и изделия из него Испытание на продавливание (по LPET) – Картон и изделия из него; гофрокартон и изделия из него; писчие и печатные виды бумаги Определение сопротивления раздиранию (методом Элмендорфа) ISO 1974; ГОСТ 13525.3; EN 21974; TAPPI T 414 Писчие и печатные виды бумаги; бумага для гофрирования. гофрокартон и изделия из него Испытание на плоскостное сжатие ISO 3035; EN 23035; TAPPI T 825; ГОСТ 20681; ГОСТ 20682; ГОСТ 20683 Картон и изделия из него Определение сопротивления расслаиванию (метод Скотта) TAPPI 569 Картон и изделия из него; многослойные виды бумаги Прочность внутренних связей (растяжение по оси z) TAPPI T 541 Картон и изделия из него Определение сопротивления торцевому сжатию EN ISO 3037; TAPPI T 811 ГОСТ 20683 Гофрокартон и изделия из него Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 199 Окончание таблицы 1 2 3 Определение коэффициента трения ISO 15359 ;TAPPI T 549; TAPPI T 816 Писчие и печатные виды бумаги; картон и изделия из него; многослойные виды бумаги Определение прочности при сжатии по кольцу ISO 12192; TAPPI T 822; ГОСТ 10711 Бумага для гофрирования Испытание тары ISO 12048; EN 22872; TAPPI T 804; ГОСТ 18211 Гофрокартон и изделия из него Испытание на устойчивость к образованию трещин DIN 54516 Писчие и печатные виды бумаги; картон и изделия из него Испытание на штабелирование с использованием динамометра EN 22874 Гофрокартон и изделия из него Испытание полосы на сжатие ISO 9895; TAPPI T826 Бумага для гофрирования Испытание на водопоглощение (метод Кобба) ISO 535; TAPPI T 441; EN 20535; ГОСТ 12605 Бумага для гофрирования Распространение разрыва на кромочных сгибах ISO 11897 Многослойные виды бумаги Определение прочности растяжения(Zero span test) TAPPI T 231; TAPPI T 273 Писчие и печатные виды бумаги Испытание на растяжение (во влажном состоянии) ISO 3781; TAPPI T 456 Санитарно гигиенические виды бумаги Испытание на растяжение (в сухом состоянии) EN ISO 1924; TAPPI T 494 Писчие и печатные виды бумаги; бумага для гофрирования В таблице представлены наиболее распро- странённые виды испытаний, которым подвер- гаются различные виды бумаги и картона, а также изделия из них. При этом как видно из таблицы подавляющее большинство испытаний производится в соответствии с международными стандартами, однако представлены методы ис- пытаний, которые выполняются в соответствии с TAPPI, DIN, EN. В настоящее время производители испытатель- ного оборудования тесно сотрудничают с произво- дителями бумаги и картона, а также крупными по- лиграфическими предприятиями. Это сотрудниче- ство позволяет разрабатывать более совершенные методы испытания продукции и испытательного оборудования. Наиболее известными мировыми марками являются: TMI Group (Testing Machines, Inc.), Testometric, IGT Testing Systems, Konica Mi- nolta, MOCON, Emtec и др. при этом каждый произ- водитель производит узко-специализированное ис- пытательное оборудование. На современном этапе развития целлюлозно- бумажного производства Республики Беларусь, происходит активная модернизация действую- щих и строительство новых предприятий, кото- рые часто покупают уникальное оборудование, которое позволяет проводить комплексную оценку показателей качества бумаги или кар- тона, при этом на предприятиях упускается из виду вопрос о наличии в комплекте методики проведения того или иного вида испытаний. Для минимизации затрат на предприятиях осу- ществляют подбор оптимальных параметров прове- дения испытаний в соответствии с особенностью собственного производства и в связи с этим на на- чальных этапах работы возникают различные труд- ности, так как при проведении испытаний в аккре- дитованных лабораториях очень часто результаты не совпадают. Также при покупке нового испыта- тельного оборудования часто возникают трудности с проведением его поверки, так как оно является уни- кальным для нашей страны. В связи со всем выше сказанным необходимо проведение тщательного анализа всех существую- щих методов проведения физико-механических ис- пытаний бумаги и картона с целью разработки об- щих рекомендаций для отечественных предприятий. Данные рекомендации позволят реализовать прин- цип единства измерений, а также расширить воз- можности отечественных предприятий по реализа- ции продукции в ближнем и дальнем зарубежье. 1. Махотина, Л. Г. Современные тенденции втехнологии бумаги для печати. / Л.Г. Махотина // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2008. – № 3. – С. 52-55. 2. Технология целлюлозно-бумажного производства: справочные материалы : в 3 т. Т.3. Наилучшие доступные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности, ч.3. / Всерос. науч.-исслед. ин-т целлюлоз.-бум. пром-сти; [редкол.: Осипов П. С. (отв. ред.) и др.]. – Санкт-Петербург: Политехника, 2012. – 294 с. 3. http://www.zwick.ru 4. http://www.sigma-micron.ru 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 200 УДК681 ПРИМЕНЕНИЕ ШКАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ В ОЦЕНКЕ СВОЙСТВ ПЕЧАТНЫХ ВИДОВ БУМАГИ Письменский П.И., Новосельская О.А., Сальников Ю.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Любое измерение или количественное оцени- вание чего-либо осуществляется, используя со- ответствующие шкалы. Из всех известных типов шкал: наименований, порядка, интервалов, от- ношений для оценки качества таких сложных объектов, как бумага и ее печатные свойства, подходят только шкалы интервалов и отноше- ний. Шкала интервалов – порядковая шкала с известными расстояниями между двумя любыми числами на шкале. Нулевая точка шкалы и оце- ночная единица выбираются произвольно. При- годна для количественных признаков. Шкала отношений – интервальная шкала с фиксирован- ной нулевой точкой. Отношение любых двух точек шкалы не зависит от оценочной единицы [1]. В полиграфии приняты разновидности шкал интервалов и отношений, которые представляют собой тест-объекты контроля печатания, состоя- щие из отдельных элементов различного назна- чения. Сигнальные элементы служат для визу- ального контроля нарушения нормального про- текания процесса печатания, измерительные – для контроля качества печати с помощью прибо- ров, например денситометров [2]. Так для стан- дартизации офсетного процесса по ISO 12647- 2:2013 или ГОСТ Р 54766-2011 служат шкалы Ugra Fogra-MediaWedge V3.0, ECI/bvdm TVI 10 v1, DuPont EuroStandard Cromalin Digital, ОКП-1 – разработана ВНИИ полиграфии. Однако все разработанные тестовые шкалы применяются только на сертифицированных для данных печа- тающих устройств бумагах и не могут в полной мере охарактеризовать их печатные свойства. В связи с этим была разработана комплексная тестовая шкала (рисунок 1), которая имеет более высокую чувствительность к изменению свойств поверхности за счет минимального шага кон- трольных элементов с учетом технологических особенностей изготовления бумаги для печати. Так были введены элементы оперативного кон- троля разрешающей способности и скольжения (кольцевая мира), выделяющей способности (гильош, а также позитивный и негативный мик- ротекст), красковосприятия и пыления (плашка), деформации бумаги вследствие увлажнения (приводные кресты), контраста печати и растис- кивания (ступенчатый градационный переход), контроля равномерности подачи увлажняющего раствора (плавный градиент, плашка). Дополнительно в тестовую шкалу включили элементы контроля бинарных наложений красок, а также изображение лошади, содержащее труд- новоспроизводимые цвета, позволяющие кон- тролировать нарушения в самом печатном про- цессе. Рисунок 1 – Вид комплексной тестовой шкалы Для того, чтобы проверить, работает ли эта шкала на бумаге с неизменным и изменяю- щимся композиционным составом, осуществляли запечатывание стоп бумаги, вырабатываемой по стандартной технологии, и с изменяющимся композиционным составом по волокну, виду наполнителя и типу поверхностной проклейки. Результаты изменения оптической плотности по полям шкалы представлены на рисунке 2 и 3. Рисунок 2 – Изменение оптической плотности по полям шкалы для неизменного композиционного состава бумаги а 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112 Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 201 Рисунок 3 – Изменение оптической плотности по полям шкалы для бумаги с изменяющимся композиционным составом Как видно из рисунков 2 и 3 на полях шкалы заметно увеличение плотности по краям оттиска (красные области) как при печати на стандартной бумаге, так и бумаге с разным композиционным составом. Это объясняется изменением влажно- сти бумаги либо сложностями в запечатывании крайних ее областей. Оттиски с изменяющимся композиционным составом содержат красные области не только в крайних областях, но и в центральной части изображения, что не допус- тимо для качественной печати и свидетельствует о сильной неоднородности структуры (разброс значений превышает ±0,1 Б, интервал оптиче- ских плотностей составляет 1,10–1,45 Б). Аналогичным образом были изучены и дру- гие показатели, такие как растискивание, кон- траст печати, разрешающая и выделяющая спо- собность поверхности бумаги, воспроизводи- мость шрифтов. Анализ показал, что при воспроизведении комплексной тестовой шкалы на бумаге с изменяющимся композиционным составом разброс показателей увеличивается и их значения снижаются. В связи с возможностью оценки показателей качества одновременно по нескольким крите- риям тестовой шкале и было присвоено название комплексной. Для снижения размерности ана- лиза по показателям качества оттисков было принято решение воспользоваться приемом объ- единения всех критериев в один – на основе рас- чета обобщенной функции желательности. С этой целью была введена оценочная шкала для каждого из показателей отдельно для бумаги офсетной и газетной, так как требования к каче- ству у этих видов печатной бумаги различны. Обработка экспериментальных данных с расчетом обобщенной функции желательности проведена в программе «Решение многокрите- риальных задач», разработанной в УО БГТУ. Расчет велся по формуле [3]: 1 1 1 p u u u p u u D d = δ δ = ∑=       ∏ , где δи – статистический вес (значимость) и-го критерия. Заданы веса для каждого из показателей с учетом важности для воспроизведения изображений поверхностью бумаги. Максимальный вес 1,0 присвоен показателю оптической плотности, минимальный 0,6 для показателя скольжения. Для негативного изображения шрифтов и выделяющей способности вес уменьшен на 0,05 по сравнению с позитивным, поскольку применяется сравнительно редко. Расчет обобщенной функции желательности для композиции бумаги с различным видом и содержанием целлюлозы, видом наполнителя и составов для поверхностного проклеивания показал, что наибольшего значения (0,4–0,5) функция достигает при применении 80% сульфатной и 20% сульфитной целлюлозы, наполнении микрокальцитом, модифицированным катионным крахмалом, и поверхностной проклейкой на основе композиций крахмала и гидрофобизующего полимера. Таким образом применение комплексной тестовой шкалы позволяет не только оценить печатные свойства бумаги. Расчет обобщенной функции желательности снижает размерность задачи прогнозирования печатных свойств бумаги. Результаты анализа позволяют направленно повысить свойства поверхности с получением бумаги с улучшенными показателями качества печатного изображения: оптической плотности оттиска, однородности печати, воспроизводимости шрифтов, разрешающей и выделяющей способности, величины растискивания и скольжения. 1. Фомин, В. Н. Квалиметрия. Управление качеством. / В. Н. Фомин. — М.: ЭКМОС, 2008. — С. 14. 2. Handbook of print media: technologies and production methods. / H. Kipphan. – Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Singapore; Tokio: Springer, 2001. — 1207 p. 3. Колесников, В.Л. Компьютерное модели- рование и оптимизация химико-техноло- гических систем: учеб. пособие. / В.Л. Колес- ников, И.М. Жарский, П.П. Урбанович. — Минск: БГТУ, 2004. — 532 с. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 202 УДК 543.424.4 НЕПРЕРЫВНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ И ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ Проценко С.В.1, Воропай Е.С.1, Белкин В.Г.2 1Белорусский государственный университет 2Общество с ограниченной ответственностью «Аквар-систем» Минск, Республика Беларусь Введение Современный технологический процесс пред- ставляет собой комплекс различных измеритель- ных систем, работающих непрерывно, информа- ция от которых используется для повышения качества выпускаемой продукции. Влажность является одной из важнейших характеристик при производстве сыпучих и порошкообразных ма- териалов. Привычные лабораторные методы из- мерения влажности в силу длительности прове- дения анализа не подходят для решения постав- ленной задачи и используются только для проведения контрольных измерений. Выходом из сложившейся ситуации является использова- ние информации из спектров диффузного отра- жения о величине поглощения воды, что позво- ляет использовать спектроскопию диффузного отражения для построения систем, работающих непрерывно в технологическом процессе для измерения влажности сыпучих и порошкообраз- ных материалов [1]. Кафедра лазерной физики и спектроскопии БГУ совместно с ООО «Аквар-систем» в послед- ние годы осуществляет работы по разработке и проведению испытаний измерителей влажности, работающих по принципу приема отраженного инфракрасного излучения [1, 2, 3]. Определение влажности по спектрам диф- фузного отражения Для определения влажности сыпучих и по- рошкообразных материалов по спектрам диф- фузного отражения в инфракрасной области спектра используют две полосы поглощения воды на длине волны 1445 нм и 1934 нм соответ- ственно. Следует отметить, что получаемый спектр диффузного отражения на указанных длинах волн содержит информацию не только о поглощении воды, но и о других компонентах входящих в состав рассматриваемого материала [1]. В некоторых случаях данный эффект услож- няет определение влажности и требуется предва- рительная математическая обработка спектра диффузного отражения. Измерение влажности торфа Непрерывное измерение влажности торфа в технологическом процессе позволяет регулиро- вать мощности сушильных установок, тем самым оптимизируя энергозатраты, а также осуществ- лять контроль готовой продукции, уменьшая тем самым количество бракованной продукции. Спектры диффузного отражения торфа в диа- пазоне 1000-2700 нм при различных влажностях представлен на рисунке 1. На рисунке 2 приво- дятся градуировочные уравнения на полосах поглощения 1445 и 1934 нм соответственно [2]. Рис. 1 – Спектр диффузного отражения торфа в диапазоне влажности 4-64% Рис. 2 – Градуировочные уравнения для определения влажности торфа на полосах поглощения 1445 и 1934 нм Измерение влажности кормовых сельско- хозяйственных культур Важность непрерывного определения влаж- ности кормовых сельскохозяйственных культур во время их заготовки объясняется необходимо- стью корректировки объемов вносимого консер- ванта, предотвращающего распад питательных веществ в период силосования. Спектры диффузного отражения кормовой кукурузы в диапазоне 1000-2700 нм при различ- ных влажностях представлен на рисунке 3. На y = 625,81x - 0,77 R² = 0,9708 y = 177,32x - 8,33 R² = 0,9551 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 В л аж но ст ь , % Сигнал диффузного отражения, у.ед. 1445нм 1934нм Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 203 рисунке 4 приводятся градуировочные уравнения на полосах поглощения 1445 нм и 1934 нм соот- ветственно [1, 3]. Рис. 3 – Спектр диффузного отражения кормовой кукурузы в диапазоне влажности 15-71% Рис. 4 – Градуировочные уравнения для определения влажности кормовой кукурузы на полосах поглощения 1445 и 1934 нм Построенные градуировочные уравнения для торфа и кормовой кукурузы подтверждают воз- можность использования спектров диффузного отражения для определения влажности без пред- варительной математической обработки. Также наблюдается увеличение коэффициента детер- минации при измерении на длине волны 1445 нм относительно длины волны 1934 нм. Заключение Проведены исследования спектров диффуз- ного отражения торфа и кормовой кукурузы в диапазоне длин волн 1000-2700 нм. Для каждого материала построены градуировочные уравнения для полосы поглощения 1445 нм и 1934 нм. Ре- зультаты исследований могут быть использо- ваны для разработки и последующего внедрения измерителей, работающих непрерывно по спек- трам диффузного отражения. Список литературы 1. Влияние влажности зеленой массы на ее спектры диффузного отражения в ближней инфракрасной области / В.Г. Белкин, С.В. Проценко //Вестник БГУ, серия1: Физ. Мат. Информ. 2014. №3. С.22-25 2. Анализ спектров диффузного отражения торфа / Е.С. Воропай, В.Г. Белкин, С.В. Проценко, К.В. Говорун, Е.А. Колова //Вестник БГУ, серия1: Физ. Мат. Информ. 2016. №1. С.16-20 3. Проценко С.В. Разработка макета инфра- красного датчика влажности зеленой массы / С.В. Проценко, В.Г. Белкин // Физика конденсированного состояния: материалы XXIV международной научно-практической конференции аспирантов, магистрантов и студентов, Гродно, 21 апреля 2016 г., ГрГУ им Я. Купалы – С. 174-176. УДК 542.61 ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРА «ПЕРСОНАЛ» ПРИ ВЕРИФИКАЦИИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА В МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ Савкова Е.Н., Астапчик О.С., Жиженко Е.О. Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь В настоящее время особую актуальность при- обретают вопросы качества поверхностных вод, поскольку их загрязнение приводит к дефициту воды даже в регионах, в достаточной мере обес- печенных водными ресурсами, которые пред- ставлены водоемами, водотоками и родниками [1]. С развитием системы мониторинга поверх- ностных вод существует необходимость в разра- ботке рекомендаций по контролю качества гид- робиологических проб поверхностных вод. Наи- более "проблемным" направлением исследова- ний представляется разработка методов опреде- ления параметров достоверности и надежности результатов в качественном анализе гидробиоло- гических показателей поверхностных вод, их учета при проведении контроля качества про- дукции, а также принятия решения о классе ка- чества водоема, что подтверждает актуальность и важность выбранной тематики доклада. Во всем мире используют три методики определе- ния индексов качества водоемов, но в рамках Национальной системы мониторинга окружаю- y = 178,65x - 29,34 R² = 0,978 y = 206,83x - 6,38 R² = 0,9956 5 15 25 35 45 55 65 75 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 В л аж но ст ь , % Сигнал диффузного отражения, у.ед. 1934 нм 1445 нм 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 204 щей среды Республики Беларусь используют методику определения индекса сапробности, согласно которой водоемы распределяют на 5 классов качества воды с определенным цветовым кодом [2]. Определение классов качества осуще- ствляется путем сравнения величин гидробиоло- гических показателей по сообществам фито- планктона, определенных для исследуемого во- доема с их заданными величинами [3]. Сообщества фитопланктона подразделяются на 5 групп и 1000 видов. Если учесть, что в одной пробе могут наблюдаться все группы, то стано- вится ясно, что процесс действительно трудоем- кий, так как каждый раз сопоставлять изображе- ние, наблюдаемое в окуляре микроскопа, с изо- бражениями из определителя достаточно затруднительно. А это значит, что необходимо перейти от визуального контроля к другой изме- рительной операции, которая позволила бы ис- ключить этот фактор. Учитывая особенности регистрационного контроля, основанного на идентификации, а следовательно на шкале на- именований была разработана документирован- ная процедура планирования и организации внутрилабораторного контроля текущих факто- ров, влияющих на результат в терминологии СТБ ИСО МЭК 17025 применимо к фактору «Персо- нал», включающая четыре этапа и предполагаю- щая создание и утверждение в качестве стан- дартного образца предприятия (СОП) вторичных образцовых веществ – проб воды, характери- зующихся на предварительном этапе различ- ными классами качества водоемов, проведение и обработку результатов. Согласно СТБ ИСО/МЭК 17025 руководство лаборатории должно гарантировать компетент- ность всех сотрудников, которые работают на специальном оборудовании, проводят испыта- ния, оценивают результаты, подписывают прото- колы испытаний. Должна быть проведена оценка квалификации персонала, выполняющего специ- альные задачи (учитывается образование, подго- товка, опыт работы и (или) продемонстрирован- ное мастерство). Персонал, ответственный за заключения специалистов и разъяснения резуль- татов, включенные в протоколы испытаний, кроме соответствующих квалификации, подго- товки, опыта работы и удовлетворительных зна- ний по проводимым испытаниям должен также обладать: необходимыми знаниями технологии, применяемой для изготовления испытываемых изделий, материалов и знаниями о дефектах или ухудшении характеристик, которые могут возни- кать во время, или в процессе эксплуатации; зна- ниями требований, выраженных в законодатель- ных актах и стандартах; пониманием значимости обнаруженных несоответствий требованиям, установленным для изделий, материалов о кото- рых идет речь. В этой связи была разработана документированная процедура внутрилабора- торного контроля, основанная на двухэтапной методике. На первом этапе мы оцениваем всех операторов и дисперсию между ними, т.е. в каче- стве образцов были приняты 3 пробы с извест- ными (аттестованными) характеристиками. Экс- перимент заключался в том, что каждую пробу исследовали и идентифицировали 3 оператора, регистрируя значения. Операторам предлагалось определить линейные размеры микроорганизмов, расписать оценки прецизионности и сравнить с критериями, установленными в отделе для выяв- ления критичного оператора. На втором этапе мы предлагаем критичному оператору выпол- нить всю процедуру исследований в лаборато- рии, а обработка результатов учитывается с ве- совыми коэффициентами (устанавливают в ла- боратории). Оценка фактора влияния "Персонал" проходит в несколько шагов, которые представлены в таблице 1 Таблица 1– Шаги оценки фактора влияния "Персонал" Этап (уровень) оценки Определяемый показатель 1 Качественная оценка (визуальный, регистрационный контроль) Констатация наличия/отсутствия признака (микроорганизмов в пробе) ("да"/ "нет") 2 Количественная оценка (измерительный контроль) 2.1 Измерение размеров объекта Линейные размеры микроорганизмов 3 Качественная оценка (анализ) 3.1 Идентификация и классификация микроорганизмов Определение вида фитопланктона: - диатомовые; - зеленые; - синезеленые; - пирофитовые. 4 Комплексная оценка (анализ) Оценка фактора "Персонал" по шкале: - "очень хорошо"; - "хорошо"; - "допустимо"; - "плохо"; - "очень плохо". Для каждого образца установлен уровень приемлемости Q, т. е. минимальное количество обнаруженных в образце микроорганизмов, при котором оператор считается компетентным. Уровень приемлемости задаётся самой лаборато- рией. Количество объектов обнаруженных в СОП – mj. Для каждого образца находится сред- нее значение 𝑚� . Критерий приемлемости опреде- ляется по формуле: 𝑚𝑗 ≥ 𝑄𝑗, Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 205 где 𝑚𝑗 – количество правильно классифицированных микроорганизмов в СОП; 𝑄𝑗 – уровень приемлемости, устанавливаемый для каждого СОП. При проведении первого уровня контроля для оценки операторов пользуются шкалой, градации в которых определяются в зависимости от по- требностей лаборатории. Каждый последующий шаг оценки оператора строится по схожей схеме, сверяя данные полу- ченные оператором и заранее известные показа- тели заложенные в СОП. Для получения комплексной оценки фактора "Персонал" необходимо провести комплексиро- вание полученных ранее показателей по процен- там. Расчёт выполнять по следующей формуле 𝛿 = 𝑘1𝐴1 + 𝑘2𝐴𝑥,𝑦 + 𝑘3𝐴𝑥,𝑦,𝑧 + 𝑘4𝐴ℎ, где 𝑘1 … 𝑘4 – коэффициенты весомости; 𝐴1 …𝐴ℎ – оценка показателя в процентах. При этом для оценки операторов пользуются шкалой, градации в которых определяются в за- висимости от потребностей лаборатории. Пред- лагаемая шкала представлена в таблице 2. Таблица 2 – Шкала оценивания оператора по комплексному показателю. Градации Комплексная оценка % Очень хорошо а ≤ 𝛿 ≤ b 100 Хорошо b ≤ 𝛿 ≤ c 80 Допустимо c ≤ 𝛿 ≤ Q 60 Плохо Q ≤ 𝛿 ≤ d 40 Очень плохо d ≤ 𝛿 ≤ e 20 Показатели a, b, c, d, e, Q – определяются лабораторией. Если 𝑚𝑗 меньше 𝑄𝑗 , то вводят дополнительную проверку операторов. При дополнительной проверке операторов необходимо выяснить, какой из операторов вно- сит большой вклад в изменчивость результатов. При дополнительной проверке операторов вво- дится дополнительный уровень, на котором про- веряется качество выполнений операций кон- троля и соответствие их требованиям норматив- ной документации на контроль. Оценку фактора влияния "Персонал" можно также проводить по правильности и степени заполнения технологической карты и заключения по контролю. При таком контроле каждое поле в технологической карте имеет свою значимость. Для конечной оценки количество ошибок в каждом поле умножается на коэффициент значимости. Показатели по каждому полю складываются, а комплексный показатель оценивается по шкале, градации которой задаёт сама лаборатория. 1. Водный кодекс Республики Беларусь // Национальный реестр правовых актов Республики Беларусь. — 2014. — № 193, 2/2147. 2. Об установлении нормативов качества воды поверхностных водных объектов: постановление Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 30 марта 2015 г., № 13 // Нац. реестр правовых актов Республики Беларусь. – 2015. – 25 апреля (№ 8/29808). 3. Лурье, Ю.Ю. Унифицированные методы исследования качества вод / Ю.Ю. Лурье // Москва. – 1977. – № 1-3. – С. 16-17. УДК: 535.3 СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ В ПРОГРАММНО- АППАРАТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЭНТРОПИИ Савкова Е.Н., Карпиевич Е.Н. Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь В настоящее время цифровая обработка и по- следующее распознавание изображений – одно из интенсивно развивающихся направлений научных исследований. Так колориметрия высокого разрешения представляет собой методологию определения цветовых характеристик объектов на основе анализа их цифровых изображений. Поэтому для получения достоверных результатов необходимо учитывать все операции преобразо- вания данных в информационном канале: пред- фильтрация, дискретизация, квантование, кодирование, декодирование, постфильтрация, каждая из которых одновременно является источником получения информации и источником ее потерь. Дискретизация и квантование. Для получения цифрового сигнала из непрерывного необходимо произвести дискретизацию по времени и квантование по амплитуде. В результате этих операций возникают потери информации, характеризующие отличие исходного изображения от восстановленного. Для случая дискретизации изображений применима теорема Котельникова [1], которая позволяет осуществить дискретизацию и восстановить изображение без потерь. Для цифровых изображений важнейшей операцией, 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 206 определяющей визуальную избыточность, явля- ется квантование изображения по яркости. Квантование заменяет множество непрерывных входных значений яркости последовательностью дискретных значений, каждое из которых присваивается группе близких к нему значений яркости. Обычно шаг квантования постоянен – равномерное квантование. Чем больше шаг, тем меньше энтропия получаемого изображения [2]. В системах цифровой обработки изображений стремятся уменьшить число уровней и порогов квантования, так как от их количества зависит объем информации, необходимый для кодирования изображения. Однако при относительно небольшом числе уровней на квантованном изображении возможно появление ложных контуров. Они возникают вследствие скачкообразного из- менения яркости проквантованного изображения и особенно заметны на пологих участках ее изменения. Существующие устройства осуществляют обычно равномерное квантование сигналов [1]. Алгоритмы квантования. Вопросы кванто- вания на текущий момент достаточно хорошо проработаны международными организациями по стандартизации кодирования видео и изображений: − ITU-T – Группа экспертов кодирования видео (VCEG) - Телекоммуникационный сектор стандартизации (ITU-T, организация ООН, ранее МККТТ - CCITT), Исследовательская группа 16, Вопрос 6 (Study Group 16, Question 6); − ISO/IEC - Группа экспертов подвижных изображений (MPEG), Объединенный техниче- ский комитет 1, Подкомиссия 29, Рабочая группа 11. Всего на сегодняшний день разработано более 130 НД и ТНПА, касающихся обработки цифровых изображений (подвижных и неподвижных). Основные алгоритмы квантования представлены на рисунке 1 [3]. Рисунок 1 – Алгоритмы квантования цветного пространства Во всех данных алгоритмах задается опреде- ленное количество уровней квантования. Про- блему задания числа уровней квантования ре- шают несколькими способами: 1) заданием числа уровней квантования равным 256 для представ- ления изображения в палитровом формате; 2) определением числа уровней квантования поро- говым способом, проводя экспериментальный подбор пороговых значений на анализе опреде- ленных классов изображений. Взаимосвязь информационной энтропии и неопределенности. Для объективной оценки потерь, будем меру количества информации – энтропию H. Энтропийный интервал неопреде- ленности охватывает ту часть распределения, в которой сосредоточена основная часть возмож- ных значений случайной погрешности, в то время как некоторая их доля остается за грани- цами этого интервала. Поэтому для любого рас- пределения может быть указано такое значение доверительной вероятности, при котором энтро- пийное и доверительное значения погрешности совпадают [4]. Формальным определением эн- тропийного значения случайной величины явля- ется соотношение: 𝐻(𝑋/𝑋𝑁) = ln(2∆) (1) где 𝐻(𝑋/𝑋𝑁) – полная остаточная энтропия, бит; 𝑋,𝑋𝑁 - текущие значения измеряемой величины и результата; ∆ - погрешность, бит. Отсюда энтропийный интервал погрешности: 𝑑 = 2∆= 𝑒𝐻(𝑋/𝑋𝑁), и ∆𝑗= 12 𝑒𝐻(𝑋/𝑋𝑁). Представленные выражения были расширены и адаптированы к понятию «неопределенность». Взаимосвязь энтропии и неопределенности представлена на рисунке 2. АЛГОРИТМЫ КВАНТОВАНИЯ ЦВЕТНОГО ПРОСТРАНСТВА алгоритмы расщепления цветового пространства алгоритмы, основанные на применении кластерного с предварительным разбиением с пост-разбиением алгоритм линейного квантования алгоритм разбиения по частоте вхождения алгоритм медианного сечения алгоритм октетного дерева метод связности графа иерархические методы алгоритм K-средних метод сгущений алгоритм Ллойда – GLA алгоритм нечёткий К-средних алгоритм с обучением на основании соревнования Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 207 Рисунок 2 – Взаимосвязь энтропии и неопределенности Взаимосвязь между энтропией и неопреде- ленностью имеет вид: 𝐻 = 2 ln𝑈 ,𝑈(𝐻) = 𝑒𝐻 2� (2) где H – полная остаточная энтропия, бит; U(H) – энтропийный интервал неопределенности, бит. На основе данных распределений авторами построены зависимости, отражающие взаимо- связь информационной энтропии и неопределен- ности (рисунок 3). Установлено, что наиболее точным является равномерное распределение. Применение теории информации с использованием энтропийного подхода является общим принципом, способом описания и оценки неопределенности результата измерений, пригодным для использования в равной степени как в метрических, так и неметрических шкалах. 1 Ежова К.В. Моделирование и обработка изображений. Учебное пособие. – СПб: НИУ ИТМО, 2011. – 93 с. 2. Немировский В.Б, Стоянов А.К. Предобработка изображений одномерными точечными отображениями. Известия Томского политехнического университета № 5 / том 319 / 2011. 3 Арбузников Е.А., Загребнюк В.И., Кумыш В.Ю. Метод адаптивного определения количества уровней квантования цифровых изображений, основанный на анализе градаций яркости. Восточно-Европейский журнал передовых технологий № 2 (42) / том 6 / 2009. 4 Информационное описание измерения. Режим доступа: http://it.fitib.altstu.ru/neud/toiit/ index.php?doc =teor&module=2. Дата доступа 18.09.2016. Равномерный закон: 𝐻 = ln(2√3𝜎) ,𝑈(𝐻) = 𝑒2√3𝜎 2� Треугольный закон: 𝐻 = ln(√6𝑒 𝜎) ,𝑈(𝐻) = 𝑒√6𝑒 𝜎 2� Нормальный закон: 𝐻 = ln(√2𝜋𝑒 𝜎) ,𝑈(𝐻) = 𝑒√2𝜋𝑒 𝜎 2� Рисунок 3 – Зависимость энтропии и неопределенности от СКО УДК 535.3 ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВЕТОВОЗВРАЩЕНИЯ Савкова Е.Н., Сернов С.П., Клевитская Е.Д. Белорусский национальный технический университет Стремительное увеличение парка транспорт- ных средств в Республике Беларусь обуславли- вает необходимость развития методов обеспече- ния дорожной безопасности и пропускной спо- собности дорог. Светотехническое оборудование элементов транспортных средств и дорожных знаков, а также иные дорожные полотна следует 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 208 сертифицировать на соответствие правилам ЕЭК ООН и др. В настоящее время разработано и внесено в Государственный реестр средств измерений Рес- публики Беларусь около 500 типов ГСО, однако, требуемые для проведения испытаний типы СО отсутствуют и не находятся в стадии разработки у организаций-разработчиков. На базе аккредитованного Центра испытаний светотехнического оборудования автотранспорт- ных средств научно-исследовательской лабора- тории оптико-электронного приборостроения научно-технической части (далее НИР ЦИСО) созданы три единичных экземпляра стандартных образцов разного цвета и структур, необходимых для построения градуировочных характеристик в требуемом диапазоне измерений: №1 – образец желтого цвета «гладкой» структуры; №2 – образец белого цвета «гладкой» структуры; №3 – образец белого цвета «сотовой» структуры. В качестве отдельного СО выступает метал- лическая пластина с наклеенной светоотражаю- щей плёнкой алмазного типа. Данные материалы были выбраны благодаря способности долговре- менно сохранять свои фотометрические характе- ристики неизменными. Прослеживаемость до Национального эталона единицы силы света и освещенности НЭ РБ 8-02 с помощью данного комплекта СО предполага- ется обеспечивать посредством осуществления калибровки установки Гонио-рефлектометра «Gonio 9210», используемой для получения ре- зультатов измерений нормируемых параметров коэффициента силы света (далее КСС) и коэф- фициента светоотражения (далее КС) светотех- нического оборудования автотранспортных средств в рамках испытаний. На данном этапе работы решается вопрос о статусе комплекта СО и дальнейшей разработки и подготовки документов для его признания на- циональными органами Республики Беларусь. Необходимо создание стандартного образца (да- лее СО) государственного уровня для обеспече- ния метрологической прослеживаемости резуль- татов измерений метрологического контроля, проводимых в рамках испытаний светотехниче- ского оборудования на соответствие требова- ниям законодательства Республики Беларусь в аккредитованном испытательном центре. В соответствии с ТКП 8.005 в зависимости от сертифицируемого параметра выделяют СО со- става и СО свойств. По уровню признания (ут- верждения) и области применения СО подразде- ляют на следующие категории: межгосударст- венные стандартные образцы (МСО); стандартные образцы КООМЕТ (СО КООМЕТ); государственные стандартные образцы (ГСО); стандартные образцы организаций (СОП).Был выполнен сравнительный анализ процедур признания СО и построены маршрутные карты утверждения в Республике Беларусь. На организационном уровне основными этапами являются: 1) разработка и согласование ТЗ; 2) проведение исследований и эксперимен- тальных работ по изготовлению СО; 3) разработка технической и нормативной документации на СО, ее метрологическая экс- пертиза; 4) утверждение СО, его регистрация. Сертифицируемые параметры разработан- ных СО - коэффициент силы света, мкд/лк; и коэффициент светоотражения, кд/(лк·м2). Коэффициент силы света, (R) – частное от деления силы света, отраженного в рас- сматриваемом направлении, на освещенность светоотражающего приспособления при данных угла х освещения, расхождения и вращения. 𝑅 = 𝐼 𝐸 , (1) где 𝐼 – сила света, кд; 𝐸- освещенность. Коэффициент светоотражения (R') – частное от деления коэффициента силы света R на плоскости светоотражающей поверхности на ее площадь. 𝑅′ = 𝐼 𝐸∙А , (2) где 𝐼 – сила света, кд; 𝐸- освещенность, лк; А - площадь освещенной поверхности, м2. Данные параметры являются показателями качества светотехнического оборудования автотранспортных средств в соответствии с Правилами ЕЭК ООН, устанавливающими требования по безопасности, техническому уровню к транспортным средствами предметам их оборудования и частям. Предполагается использовать СО в сфере законодательной метрологии, а именно при получении результатов измерений при осуществлении метрологического контроля и проведении испытаний и контроля за соответствием продукции требованиям законодательства Республики Беларусь. При этом основными нормативными документами являются ТКП 8.005, ТКП 8.014, СТБ ISO Guide 35, СТБ ЕН 13356, СТБ 1300, СТБ 1140, СТБ 1231, СТБ 1538, ГОСТ 8769, ISO/IEC Guide 99, Правила ЕЭК ООН № 104. Использование комплекта СО позволяет измерять достаточно широкий диапазон значений КСС и КС обусловленный тем, что параметры светотехнического оборудования варьируются в разных по величине значениях фотометрических характеристик. Сертифицируемые параметры ГСО приведены в таблице 1. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 209 Таблица 1 - Результаты НИР ЦИСО Н аи м ен ов ан ие па ра м ет ра , ед ин иц а из м ер ен ий № э кз . С ер ти ф иц ир уе м ое зн ач ен ие П ог ре ш но ст ь, ∆ 𝑟𝑒𝑓 Р ас ш ир ен на я не оп ре де ле нн ос ть , 𝑈 𝑟𝑒𝑓 С та би ль но ст ь, ∆ 𝑠𝑡 Н ео пр ед ел ен но ст ь од но ро дн ос ти , 𝑢 𝑢𝑛 Коэф- фици- ент силы света 1 445 - 3,9 0,88 % 5,4 5,4 1,2 % 2 485 - 3,7 0,76 % 2,6 2,4 0,50 % 3 2091 - 2,1 0,11 % 3,9 0,22 0,01 % Коэф- фици- ент свето- отра- жения 1 75 - 0,66 0,88 % 0,91 - - 2 82 - 0,62 0,76 % 0,44 - - 3 352 - 0,36 0,11 % 0,66 - - В рамках разработки ГСО планируется под- готовить следующую техническую документа- цию (в соответствии с ТКП 8.005): - техническое задание; - программу сертификации ГСО; - отчет по сертификации ГСО; - сертификат ГСО; - инструкцию по применению ГСО; - этикетку; - проект описания типа ГСО; -методику калибровки Гонио-рефлектометра «Gonio 9210» с расчетом неопределенности; - программу проведения научно- исследовательских и экспериментальных работ по изготовлению ГСО. Требования к метрологическому обеспечению включают методику исследования однородности материала ГСО, а также методику исследования стабильности материала ГСО. Неопределенность однородности определяется как стандартное отклонение каждого экземпляра по формуле: 𝑢𝑘 𝑢𝑛. = s𝑘𝑢𝑛 = �∑ �R𝑝𝑘������−R𝑘���������2𝑓=4𝑝=1 𝑓−1 , (3) где 𝑅𝑘𝑝 – коэффициент силы света, мкд/лк; 𝑅�𝑘 – среднее арифметическое значение коэффициента силы света экземпляра ГСО мкд/лк; 𝑘– идентификатор экземпляра ГСО; 𝑝- идентификатор угла поворота ГСО; f - число углов поворота ГСО. Образец считается однородным, если значение неопределенности однородности не превышает 10 %. Значение стабильности определяется следующим образом ∆𝑠𝑡.𝑘(𝑅) = �𝑅𝑘���� − 𝑅𝑟𝑒𝑓.𝑘�, (4) ∆𝑠𝑡.𝑘(𝑅′) = �𝑅′𝑘���� − 𝑅′𝑟𝑒𝑓.𝑘�, (5) где ∆𝑠𝑡.𝑘(𝑅), ∆𝑠𝑡.𝑘(𝑅′) – стабильность материала k-го экземпляра ГСО, выраженная смещением среднего арифметического значения исследуемого параметра (КСС и КС соответственно) от установленного сертифицированного значения параметра ГСО, мкд/лк или кд/(лк·м2) соответственно; 𝑅𝑘����, 𝑅′𝑘���� – средние арифметические значения исследуемых параметров (КСС и КС соответственно), мкд/лк или кд/(лк·м2), определяются как 𝑅𝚤𝑛𝑑 𝑘�������� = ∑ 𝑅𝑖𝑛𝑑.𝑘𝑛𝑖=1𝑛 , (6) где 𝑗 – наблюдаемое значение в серии; 𝑛– число наблюдений в серии; 𝑅𝑟𝑒𝑓.𝑘,𝑅′𝑟𝑒𝑓.𝑘 – сертифицированные значения параметров ГСО, мкд/лк или кд/(лк·м2) соответственно. Образец считается стабильным, если значения стабильности материалов k-го экземпляра ГСО, рассчитанные по формулам 2 или 3 за рассматриваемый период не превышает 10 % от значения, полученного за предыдущий период. Таким образом, признание СО на национальном уровне позволит лаборатории осуществлять метрологический контроль с наименьшими затратами. УДК 535.3 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОСТРАНСТВА КАК ЭФФЕКТИВНОЕ СРЕДСТВО ИССЛЕДОВАНИЙ КАЧЕСТВЕННЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТОВ Савкова Е.Н.1, Сутковский М.2, Жиженко Е.О.1 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республіка Беларусь 2Варшавский технический университет Варшава, Польша Для исследований свойств объектов исполь- зуют пять основных видов шкал: наименований, порядка, интервальную, отношений и абсолют- ную. В таком перечислении отражено, что каж- дая последующая шкала «поглощает» в себя предыдущую, наращивая новые свойства. Наи- лучшие возможности с точки зрения реализации измерений предоставляют метрические шкалы – 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 210 интервалов и отношений. Согласно [1] измере- ния не применяют в отношении качественных свойств. Качественное свойство - свойство явле- ния, тела или вещества, которое не может быть выражено размером. Качественное свойство имеет значение, которое может быть выражено словами, буквенно-числовым кодом или другим способом [2]. Шкалы наименований широко ис- пользуются в любых операциях по идентифика- ции, классификации объектов и их совокупно- стей. Процесс идентификации качественного свойства объекта по шкале наименований может занимать много времени, как, например, в мик- робиологическом анализе при идентификации микроорганизмов зоо- и фитопланктона в пробе воды. Сообщества фитопланктона подразделя- ются на 5 групп и 1000 видов. Если учесть, что в одной пробе могут наблюдаться все группы, то становится ясно, что процесс действительно тру- доемкий, так как каждый раз сопоставлять изо- бражение, наблюдаемое в окуляре микроскопа, с изображениями из определителя достаточно за- труднительно. Операции идентификации осуще- ствляются визуально с помощью специальных, воспроизведенных на бумажных носителях атла- сов, что вносит в достоверность результатов ис- следований существенную субъективную со- ставляющую, связанную с утомляемостью опе- ратора. Аналогичные операции выполняются в технологиях идентификации объектов при цве- товом визуальном уравнивании, например, в по- лиграфии и лакокрасочном производстве. Не- смотря на то, что в данных областях часто свой- ству приписывается некий числовой код, «значение качественного свойства» не следует путать с номинальным значением величины [3]. В этой связи эффективным средством иссле- дований становится применение технологий об- работки цифровых изображений объектов, осно- ванных на распознавании образов, что позволяет «отстроиться» от субъективной составляющей, связанной с психофизическими восприятиями и утомляемостью. Распознавание может проходить по трем ме- тодам: шаблонный (эталонный), структурный и признаковый. В случае использования шаблон- ного метода просто необходимо ввести некото- рый допуск на расхождение между объектом и шаблоном. Можно вычислить меру соответствия между распознаваемым изображением и этало- ном, хранящимся в памяти компьютера. Такой мерой может быть, например, доля общей пло- щади изображения и эталона при наложении их друг на друга. При использовании структурного метода распознаваемый объект описывается как граф, узлами которого являются элементы вход- ного объекта, а дугами - пространственные от- ношения между ними. Любая система распозна- ния и идентификации образов не может дать точного ответа. Вместо этого она выдает вероят- ность, с которой сравниваемые величины совпа- дают. Данная вероятность сравнивается с поро- говым значением, в результате чего определя- ется, следует ли считать ответ положительным или отрицательным. В связи с этим системы можно сравнивать по следующим параметрам FRR, FAR, ATV. Математически это выражается по следующей формуле 1 𝐴𝑇𝑉 = (1 − 𝐹𝑅𝑅) ∙ (1 − 𝐹𝐴𝑅), (1) где FRR – система не распознает зарегистри- рованный объект; FAR – система ошибочно распознает незаре- гистрированный объект; ATV – вероятность, с которой система может успешно проверить объект. Основная концепция данной методики за- ключается в том, что объект исследований – пробу по сообществам фитопланктона регистри- руют с помощью цифровой камеры, встроенной в микроскоп и на основе обработки полученного изображения осуществляют идентификацию микроорганизмов при использовании шкалы наименований и абсолютной шкалы. Вследствие чего мы получаем трудоемкий процесс с повы- шенной вероятностью возникновения ошибок, так как количество возможных видов фито- планктона достигает 1000, а количество возмож- ных комбинаций 𝑃𝑛 = 𝑛! стремится к бесконечности. Количество идентификационных признаков по размеру и по форме зависит от из- мерительной задачи. Мы их задали квантованием из принципа здравого смысла. Точность и достоверность информации о со- стоянии исследуемого объекта, получаемой на основе обработки его цифрового изображения, могут быть оценены и повышены за счет исполь- зования количественной меры информации – информационной энтропии, поскольку основные элементы измерительной системы – это измери- тельные устройства, осуществляющие обработку информации [4]. При идентификации видов фитопланктона энтропию можно рассматривать как меру уменьшения неопределённости по формуле 2 𝐼 = 𝐻0 − 𝐻, (2) где H0 – априорная энтропия до идентификации видов фитопланктона; H – энтропия после идентификации. Энтропия после идентификации определяется по формуле 3 𝐻 = ∑ 𝐻𝑖𝑛𝑖=1 , (3) где Hi – энтропия на i-м уровне идентификации. Важно на предварительном этапе установить определенную последовательность, которая по- зволяет упорядочить шкалу наименований. На рисунке 1 опираясь на опыт Манселла и других ученых, графически представлена упорядоченная шкала наименований применительно к пробе Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 211 фитопланктона, включающая идентификацию микроорганизмов по цвету, размеру, форме и уровню организации. Рисунок 1 – Упорядоченная шкала наименований по сообществам фитопланктона Масштабирование при использовании интер- поляции нулевого порядка не приводит к каким- либо дополнительным его искажениям, видимое же снижение качества всецело обусловлено из- менившимися условиями наблюдения, при кото- рых ограничения со стороны остроты зрения оказались ослабленными. Этот же результат будет иметь место, если увеличение изображения осуществить оптическим способом. В целях ослабления искажений такого типа были разра- ботаны более совершенные методы интерполя- ции изображений. При выделении объектов не- обходимо исключить влияния шума и точно вы- делить контуры. Для этого возможно применение детектора границ Канни [4]. На этом шаге алгоритма полученная струк- тура связей используется для пересчета средних уровней яркости на этот раз с использованием только связанных на самом низком уровне и продолжается по всем уровням пирамиды вверх [4]. Все системы идентификации работают только по двум сценариям "1:N" и "1:1". Однако, учитывая специфику данной области появляется иная система "N:N", это связано с тем, что на цифровом изображении находится большое ко- личество объектов, каждый из которых должен быто идентифицирован. Но реализовать данную методику можно только при переходе к стан- дартной системе "1:N", для этого необходимо выделить все объекты и выполнять их идентифи- кацию в отдельности. Выполнить этот переход возможно, при комплексном использовании шаблонного и признакового метода распознава- ния образа. На первом этапе будет реализовы- ваться признаковый метод, путем применения 4- х мерного пространства признаков (цвет, размер, форма, уровень организации). А затем, значи- тельно сократив число возможных вариантов, применим шаблонный метод. Выполнение всех этапов идентификации позволяет классифициро- вать организмы в пробе на группы фитопланк- тона. 1 Об установлении нормативов качества воды поверхностных водных объектов: постановление Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 30 марта 2015 г., № 13 // Нац. реестр правовых актов Республики Беларусь. – 2015. – 25 апреля (№ 8/29808). 2 Красильников, Н.Н. Цифровая обработка 2D- и 3D-изображений / Н.Н. Красильников // БХВ-Петербург. – 2011. – № 2. – С. 14-432. 3 Кудряшов, Б.Д. Теория информации: учебник для вузов / Б.Д. Кудряшов // Питер. – 2009. – С. 320. 4 Ясницкий, Л.Н. Введение в искусст- венный интеллект / Л.Н. Ясницкий // Академия. – №1-2. – С. 13-465 УДК 006.063:621.317.725(045)(476) КАЛИБРОВКА ВЫСОКОТОЧНЫХ КАЛИБРАТОРОВ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ НАЦИОНАЛЬНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦЫ НАПРЯЖЕНИЯ – ВОЛЬТА № НЭ РБ 10-02 Сентемова Д. В., Казакова Е.А. Белорусский государственный институт метрологии Минск, Республика Беларусь Не для кого не секрет, что БелГИМ обладает большой эталонной базой и большим спектром проводимых работ по метрологическому обеспе- чению. Для того чтобы белорусским предпри- ятиям оставаться на международной арене лиде- рами по конкурентоспособности продукции при- ходится соответствовать международным стан- дартам, а, следовательно, все чаще и чаще прибе- гать к одному из видов метрологического кон- троля – калибровке средств измерений. Предлагаю вам рассмотреть калибровку вы- сокоточных калибраторов по напряжению посто- янного тока, которая проводится с помощью Национального эталона единицы напряжения – вольта № НЭ РБ 10-02. В качестве конкретного примера возьмем многофункциональный калиб- ратор Fluke 5720A. Внешний вид калибратора представлен на рисунке 1. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 212 Рисунок 1 – Внешний вид многофункционального калибратора Fluke 5720A Калибровка выполняется в два этапа: в диапа- зоне до 10 В с помощью Национального эталона единицы напряжения – вольта № НЭ 10-02, а в диапазоне от 10 В – меры напряжения Fluke 732B, делителя напряжения Fluke 752A, мульти- метра 3458А (используемый в качестве нуль- индикатора). Метод проводимых измерений дифференциальный. Проведение измерений на первом этапе про- исходит на автоматизированном рабочем месте (смотри рисунок 2), что позволяет сразу прово- дить обработку результатов измерений с помо- щью программного пакета MS Exсel. Рисунок 2 – Автоматизированное рабочее место Национального эталона единицы напряжения – вольта № НЭ РБ 10-02 На рисунке 3 изображен пример программ- ного окна supraVOLTcontrol при проведении измерений. Программа позволяет задавать от одной до восьми калибруемых точек. Трехка- нальный переключатель полярности позволяет нам подключать три объекта калибровки и полу- чать результат, измеренный как при положи- тельной, так и отрицательной полярности. Про- грамма рассчитывает среднее значение измеряе- мой величины и стандартное отклонение, а также среднее значение термоэдс. Рисунок 3 – Пример программного окна supraVOLTcontrol При проведении калибровки в диапазоне от 10 В, как уже говорилось ранее нам понадобится мера напряжения Fluke 732B, делитель напряже- ния Fluke 752A, мультиметр 3458А (используе- мый в качестве нуль-индикатора). Следовательно, у нас получается две модели измерения. Модель измерения при калибровке калибратора в диапазоне до 10 В имеет вид Uк = Uизм + δUджз + δUнв + δUэдс, В (1) где Uизм – измеренное значение калибратора, δUджз – точность воспроизведения напряжения Национального эталона напряжения – вольта № НЭ 10-02, δUнв – поправка на погрешность нановольтметра Keithley 2182A, δUэдс – поправка, обусловленная наличием термоэдс. Модель измерения при калибровке калибратора в диапазоне от 10 В имеет вид Uк = (КД + δКкоэфф дел )∙(UД - δUмн + + ∆Uизм -δUнв) + δКни дел, В, (2) где КД – коэффициент деления делителя, δКкоэфф дел – поправка на погрешность коэффициента деления делителя, UД – действительное значение меры напряжения Fluke 732В, δUмн – нестабильность меры напряжения Fluke 732В, ∆Uизм - показания разности потенциалов, снимаемых с мультиметра 3458А, δUнв – погрешность мультиметра 3458А, δКни дел – поправка на погрешность нуль-индикатора делителя. Рассмотрим более подробно первую модель. Тип неопределенности А и нормальный вид распределения характерен для входных величин Uизм и δUджз. Стандартная неопределенность для входной величины Uизм определяется по формуле n/S=)U(u 0измA , В, (3) где So – стандартное отклонение, рассчитываемое программным обеспечением и отображаемое в рабочем окне программы supraVOLTcontrol (столбец «Average Deviation»), n – количество измерений. Стандартная неопределенность для входной величины δUджз будет равна 4 нВ согласно результатов прямых ключевых сличений КООМЕТ №524/RU/11 (COOMET.EM. BIPM- K10b) [1]. Тип неопределенности В и прямоугольный вид распределения характерен для входных величин δUнв и δUэдс. Стандартная неопределенность для входной величины δUнв будет рассчитываться как 3/Δ=)Uδ(u нвнвB , В, (4) где Δнв – погрешность нановольтметра Keithley 2182A на диапазоне измерений 10 мВ в точке 235 мкВ (максимальное значение, на котором измеряется разность напряжений). Стандартная неопределенность для входной величины δUэдс будет равна эдсэдсB )U(u ∆=δ , В, (5) где ∆эдс = 5 нВ (в соответствии с руководством по эксплуатации и рекомендации фирмы- изготовителя [2]). Таким образом, составив бюджет неопреде- ленности оценивания действительного значения выходного напряжения постоянного тока 1 В многофункционального калибратора Fluke 5720A в табличной форме (рисунок 4) получаем сле- дующий результат (0,999997696 ± 0,000000068) В при коэффициенте охвата к=2 при уровне доверия р=95 %. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 213 Рисунок 4 – Бюджет неопределенности 1 В Для второй модели измерений тип неопределенности А и нормальный вид распределения характерен для входной величины ∆Uизм. Стандартная неопределенность для входной величины ∆Uизм вычисляется по формуле )UΔ(u+)UΔ(u 2 1 =)измU(u _изм 2 A+изм 2 AA , В, (6) где )U(u +измA – стандартное отклонение среднего значения измеряемой величины при положительной полярности, )_U(u измA – стандартное отклонение среднего значения измеряемой величины при отрицательной полярности. Для входной величины UД характерен вид распределения В и нормальный закон распределения. Стандартная неопределенность равна 2/U=)Uδ(u ммB , В, (7) где Uм – расширенная неопределенность при уровни доверия р=95 % на меру напряжения Fluke 732B (из свидетельства о калибровке). Тип неопределенности В и прямоугольный вид распределения характерен для всех остальных входных величин. Стандартная неопределенность для входной величины δКкоэфф дел будет определяться по формуле 3/KΔ=)Kδ(u делкоэффB , В, (8) где ΔК – предел допускаемой погрешности коэффициента деления делителя. Стандартная неопределенность входной величины δКни дел рассчитывается 3/KΔ=)Kδ(u ниделниB , В, (9) где ΔКни – предел допускаемой погрешности нуль-индикатора делителя напряжения. Стандартная неопределенность для входной величины δUмн будет равна 3/UΔ=)Uδ(u мнмнB , В, (10) где ΔUмн – значение годовой нестабильности меры напряжения Fluke 732B при выходном напряжении 10 В (в соответствии с эксплуатационной документацией ± 2 млн-1 за один год). Стандартная неопределенность для входной величины δUнв рассчитывается как 3/UΔ=)Uδ(u нвнвB , В, (11) где ΔUнв – погрешность мультиметра 3458A на диапазонах измерений 10 мВ, 100 мВ (диапазоны измерений, на которых измеряется разность напряжений постоянного тока). Составив бюджет неопределенности оцени- вания действительного значения выходного напряжения постоянного тока 100 В многофункционального калибратора Fluke 5720A в табличной форме (рисунок 5) получаем следующий результат (99,99973 ± 0,00004) В при коэффициенте охвата к=2 при уровне доверия р=95 %. Рисунок 5 – Бюджет неопределенности 100 В Таким образом, происходит калибровка высокоточных калибраторов по напряжению постоянного тока. Два способа основаны на дифференциальном методе измерений. Применение эталона позволяет получать высокоточные результаты с очень маленькой неопределенностью результата измерений, а, следовательно, приводит к более точной передачи единицы измерения эталонным средствам измерений. 1. http://www.bipm.org/utils/common/pdf/final_reports/ EM//BIPM.EM-K10/COOMET.EM.BIPM- K10b_Final_report.pdf. 2. Supracon. Josephson standard supraVOLTcontrol. Manual 2007. Величина хi Значение хi ± r Тип неопреде- ленности Вид распределения Стандартная неопреде- ленность сi Вклад в неопреде- ленность Uизм, В 0,999997696 - А нормальное 0,000000014 1 0,000000014 δUджз, В 0,000000004 - A нормальное 0,000000004 1 0,000000004 δUнв, В 0 0,000000052 B прямоуголь- ное 0,000000030 1 0,000000030 δUэдс, В 0,000000005 - В нормальное 0,000000005 1 0,000000005 Uк, В 0,999997696 0,000000034 Величина хi Значение хi ± r Тип неопреде- ленности Вид распределения Стандартная неопреде- ленность сi Вклад в неопреде- ленность Uизм, В -0,00004007 - А нормальное 0,00000005 10 0,00000049 Uд,В 10,00001319 - В нормальное 0,00000006 10 0,00000065 δUмн, В 0 -0,0000025 В прямоугольное -0,0000014 -10 0,0000144 δКкоэфф дел, В 0 0,000002 В прямоугольное 0,000001 9,99997312 0,00001155 δКни дел, В 0 0,0000005 В прямоугольное 0,0000003 1 0,0000003 δUнв, В 0 0,00000075 В прямоугольное 0,00000043 -10 -0,00000435 Uк, В 99,99973 0,00002 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 214 УДК 621.791 СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ НА ОСНОВЕ КЛАССИФИКАЦИИ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА Серенков П.С., Лесин А.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Любая система менеджмента нацелена, в ко- нечном счёте, на выработку эффективных управ- ленческих решений в отношении продукции и процессов соответствующей предметной об- ласти. Реализация основного принципа менедж- мента качества – управление, основанное на фак- тах, – предполагает наличие в структуре системы менеджмента подсистемы сбора и анализа дан- ных. Для обеспечения обоснованности принятых решений применяются различные подходы и технологии. Систему сбора и анализа данных для оценки, анализа и управления результативностью сис- темы менеджмента качества (СМК) в соответст- вии с принципом процессного подхода следует выстраивать в соответствии со структурой соот- ветствующего процесса. Традиционно подходы, методы и технологии оценки, анализа и управле- ния качеством ассоциируются исключительно с производственными процессами, для которых типичной формой являются количественные, измеряемые с помощью технических средств данные о продукции и (или) процессе. Вовлече- ние в систему менеджмента непроизводственных процессов приводит к возникновению необходи- мости пересмотра требований в отношении структуры системы сбора и анализа данных, применяемых методов и средств. Для данных процессов системы типичной формой данных являются так называемые экспертные оценки, не поддающиеся «точному измерению», по- скольку они являются субъективными, и доля такого рода оценок в любой организации велика. Соотношение процессов производственного и непроизводственного характера указывает на то, что СМК относятся к категории слабоструктури- рованных предметных областей, где качествен- ные, нечеткие факторы имеют тенденцию доми- нировать. Таким образом, несмотря на значительное ко- личество процессов, которые относятся к непро- изводственным, применение экспертных оценок в данной области носит ограниченный характер, прежде всего, из-за недостоверности получаемой информации. Кроме того, полученная в резуль- тате оценивания информация не является осно- вой для принятия решений в области менедж- мента качества. Следовательно, является акту- альным вопрос о повышении достоверности и адекватности экспертных оценок реальной си- туации, а также снижении риска от некорректно принятого решения. Можно констатировать, что область приме- нения экспертного оценивания параметров объ- ектов СМК весьма широка и имеет четкую тен- денцию к дальнейшему увеличению, а информа- ционные технологии оценивания неизменно востребованы. Количественным измерением качества про- дукции традиционно занимается квалиметрия. Методы экспертного оценивания достаточно хорошо известны у нас как методы квалиметрии. Однако классические методы квалиметрии в силу присущих им ограничений не всегда удов- летворяют требованиям, предъявляемым к мето- дам экспертного оценивания в современных ус- ловиях функционирования СМК. Между тем, методы экспертного оценивания зародились не в рамках СМК. Такие области деятельности, как финансы, банковское дело, страхование и т.п., рассматривают экспертные методы как ключевой инструмент своей резуль- тативности. Накоплен огромный потенциал ис- пользования различных подходов, методов и средств для решения самых разнообразных задач в этих сферах деятельности. Чтобы не «изобретать повторно велосипед», рационально исследовать возможности этого потенциала и сконцентрировать усилия на вы- боре приемлемых для решения задач СМК суще- ствующих информационных технологий экс- пертного оценивания или разработке на их ос- нове перспективных методов, обеспечивающих высокую достоверность оценок и принятия на их основе корректных управленческих решений. Всё многообразие экспертно принимаемых решений можно условно разделить на две кате- гории: - аргументированные – решения, когда крите- рии оценки, а также способы её проведения четко определены, документально зафиксиро- ваны; - интуитивные – решения, когда нет четких критериев оценки, методика нигде не прописана и эксперт, по большей части, полагается на соб- ственные способности. Основные свойства аргументированных и ин- туитивных решений представлены на рисунке 1. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 215 Аргументированные Интуитивные Рисунок 1 – Классификация и свойства экспертно принимаемых решений Наибольший интерес представляют случаи интуитивных решений, для которых характерны два источника неопределенности: − неизбежная субъективность экспертных оценок, − отсутствие верифицированной методики экспертного оценивания. В этих случаях степень доверия к мнению эксперта наименьшая, а принятое решение имеет наибольшую степень риска. Представляет интерес подход к классифика- ции и структуризации методов экспертных оце- нок в соответствии с классификацией задач при- нятия решений. Это привлекательно с точки зрения того, что принятие решений является эта- пом менеджмента, опирающимся на этап сбора и анализа данных, использующего экспертное оце- нивание в качестве основного инструмента реа- лизации. Наиболее общими и существенными признаками классификации задач принятия ре- шений являются: 1. степень определенности информации: • задачи принятия решений в условиях опре- деленности, • задачи принятия решений в условиях веро- ятностной определенности (в условиях риска), • задачи принятия решений в условиях неоп- ределенности, 2. использование эксперимента для получе- ния информации: • задачи принятия решений по априорным данным, • задачи принятия решений по апостериор- ным данным, 3. количество целей: • одноцелевые задачи принятия решений, • многоцелевые задачи принятия решений, 4. количество лиц, принимающих решение: • индивидуальные задачи принятия решений, • групповые задачи принятия решений, 5. содержание решений: • экономические задачи принятия решений, • политические задачи принятия решений, • военные задачи принятия решений, • другие виды, 6. значимость и длительность действия реше- ний. • долговременные задачи принятия решений, • среднесрочные задачи принятия решений, • краткосрочные задачи принятия решений. Для систематизации и формирования рацио- нального комплекса приемлемых методов экс- пертного оценивания в организации мы предла- гаем отталкиваться от процессного подхода, ко- торый, в соответствии с СТБ ISO 9001 предполагает идентификацию и классификацию процессов, необходимых для СМК. Для каждого процесса следует определить цели (показатели результативности), ответственных исполнителей, ресурсы для достижения целей. С учетом кон- кретных особенностей для каждого процесса СМК следует определить круг типовых задач, связанных с качеством. Используя механизм классификации процессов СМК следует обоб- щить однотипные задачи, характерные для про- цессов различных типов и сформулировать обобщенную задачу определенного класса. Та- ким образом, исследование всей сети процессов СМК организации позволит определить рацио- нальный по количеству комплекс типовых задач, которые необходимо решать в организации при- менительно к проблемам качества различных процессов. Далее необходимо произвести анализ каждой типовой задачи с точки зрения выбора методов экспертного оценивания, приемлемых для реали- зации этапов решения задачи: сбора информа- ции, анализа и последующего принятия решения. Приемлемость методов определяется из кон- кретных соображений: компетентностью и под- готовленностью персонала, корпоративной куль- турой и т.п. Очевидным является тот факт, что каждая ор- ганизация обладает своей уникальной СМК, а, следовательно, и процессы у различных органи- заций различны. Соответственно круг решаемых задач у каждой организации будет свой, поэтому в докладе предложен типовой алгоритм выбора и применения методов экспертного оценивания для решения задач принятия решений в области качества. Таким образом применение подхода форми- рования рационального комплекса приемлемых методов экспертного оценивания в организации, основанного на процессном подходе и ориенти- рованном на задачи, будет иметь наибольший эффект в достижении поставленных целей. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 216 УДК 004.744.6:006 НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ Серенков П.С., Мовламов В.Р. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В условия международных торговых отноше- ний важную роль занимает контроль качества продукции отечественного и зарубежного произ- водителя, поставляемой на внутренние и внеш- ние рынки. Метрологическое обеспечение кон- троля показателей качества продукции традици- онно основывается на применяемых средствах измерения и методиках выполнения измерений (далее – МВИ). Метрологическое подтверждение МВИ пред- полагает определение характеристик метода. Ключевыми выступают характеристики пра- вильности и прецизионности метода. Отдельные аспекты их определения изложены в серии стан- дартов СТБ ISO 5725. Стандарты регламентирует требования, которые относятся к планированию и реализации измерительного эксперимента, к алгоритмам статистической обработки и пред- ставлению результатов. Практика применения стандартов серии вы- явила ряд существенных методических недос- татков. Во-первых, это тот факт, что они рас- сматривают главным образом межлабораторный эксперимент, в то время как испытательные ла- боратории реализуют метрологическое подтвер- ждение МВИ путем внутрилабораторных иссле- дований. В результате инженеры-метрологи ла- бораторий сталкиваются с проблемой отсутствия научно-методического обеспечения подобного рода исследований. Во-вторых, стандарты рас- сматривают оценивание показателей точности не как процесс (последовательность этапов). Этапы (элементы) процесса разбросаны в разных частях серии стандарта СТБ ИСО 5725-1...-6. Наглядно это представлено на рисунке 1. На каждом этапе процесса определения ха- рактеристик метода решаются определенные задачи, для каждой из которых применимы кон- кретные методы и алгоритмы решения. Первый этап процесса (этап планирования эксперимента) включает решение последователь- ности задач, таких, как выбор влияющих фак- торов, план эксперимента, выбор необходимого количества лабораторий и количества повторе- ний для оценки показателей точности. При выборе плана измерительного экспери- мента (рисунок 2) следует учитывать особенно- сти лаборатории, проявляющиеся в корректности выбора влияющих факторов и формирования плана эксперимента. В зависимости от выбран- ного плана эксперимента, определяется количе- ство измерений. При выборе М-факторного плана эксперимента с полной группировкой ко- личество измерений требует 2n-1, что может ока- заться чрезмерным требованием для лаборато- рии. Это главный аргумент в пользу плана со ступенчатой группировкой, т.к. при выборе М- факторного плана со ступенчатой группировкой требующий меньшего количества результатов, чтобы получить такое же количество стандарт- ных отклонений. При ступенчатом плане, анализ является более сложным, и имеется бóльшая неопределенность в оценках стандартных откло- нений из-за меньшего количества результатов испытаний. Важнейшим моментом рационального плани- рования эксперимента является структура плана и соответственно формы протокола испытаний. Размещение факторов в плане эксперимента с группировкой производится так, что факторы подвергающиеся большему влиянию системати- ческих эффектов, должны находиться на верхних уровнях иерархии плана, а те факторы, которые больше подвержены влиянию случайных эффек- тов, должны находиться на нижних уровнях ие- рархии плана. Самый нижний уровень иерархии и соответствующий ему фактор рассматривается как остаточная изменчивость. Структура плана и соответственно формы протокола испытаний являются уникальными для условий конкретной лаборатории и определяются априорно эксперт- ными методами. Рисунок 1 – Этапы проведения эксперимента Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 217 … … … Рисунок 2 – Выбор плана эксперимента Третий этап процесса (этап анализа и обра- ботки экспериментальных данных) включает решение последовательности задач, касающихся цензурирования результатов – идентификации выбросов и разбросов результатов и их коррект- ной замены. Следует отметить, что процесс цен- зурирования представлен в стандартах серии СТБ ИСО 5725 достаточно непоследовательно. Из рисунка 1 видно, что отдельные задачи в рам- ках процесса обработки и анализа данных раз- бросан по различным частям серии, что создает проблемы в их освоении. Практика применения стандартов серии СТБ ИСО 5725 показывает, что лаборатории в своем подавляющем большинстве в деятельности прак- тически никогда не используют ИСО 5725-5. Между тем, в этой части отражены нюансы, ко- торые могли бы помочь лабораториям экономить ресурсы на проведение эксперимента. Интерес представляют так называемые альтернативные методы, которые в определенных ситуациях мо- гут иметь даже большую практическую цен- ность, чем основной метод, описанный в СТБ ИСО 5725-3. Сюда можно отнести, например, использование робастных методов для анализа результатов экспериментов по оценке прецизи- онности без использования критериев для вы- бросов с целью исключения из расчетов соответ- ствующих данных. К альтернативным методам относят планы экспериментов – с расщепленными уровнями; –для неоднородного материала. В зависимости от того, каким является испы- тание по затратам (дорогостоящим или нет), оп- ределяется число повторений измерений. Естест- венным для лабораторий является стремление уменьшать число повторений. В СТБ ИСО 5725- 6 рассмотрены варианты таких ситуаций, и пред- ложены пути решения, включающие методы проверки приемлемости результатов измерений, полученных в условиях повторяемости и вос- производимости. Важность обеспечения достоверности харак- теристик прецизионности и правильности за- ключается не только в том, что они предписаны контролирующей стороной, но и в том, что они используются для оценки неопределенности ре- зультатов измерений (испытаний). Оценки неоп- ределенности в последствии будут приписы- ваться результатам рутинных измерений. Оче- видно, что от их корректного определения будет зависеть достоверность результатов оценки со- ответствия. С учетом выявленных проблем применения серии стандартов СТБ ИСО 5725 на этапах вали- дации или аттестации методов, нами разработан проект методического руководства по их прак- тическому применению. Руководство представ- лено как описание процесса определения харак- теристик метода в виде алгоритма, «собранного» из отдельных фрагментов стандартов серии. Следует подчеркнуть, что этапы алгоритма, как и все руководство абсолютно соответствуют тре- бованиям серии стандартов СТБ ИСО 5725. Разработано два проекта как для межлабора- торного исследования, так и внутрилаборатор- ного исследования с соответствующими фор- мами протоколов. Методическое руководство ориентировано на инженера-метролога лаборатории и включает описание последовательности его действий в виде блок-схем с пояснениями и соответствую- щими ссылками. Методическое руководство по- зволит инженеру-метрологу лаборатории любого профиля решить поставленную задачу по кор- ректному определению характеристик правиль- ности и прецизионности метода измерений (ис- пытаний) в рамках валидации или аттестации без помощи внешних консультантов. 1. СТБ ISO 5725-1…СТБ ISO 5725-6 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 218 УДК 53.088.23 ОБЕСПЕЧЕНИЕ РОБАСТНОСТИ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПУТЕМ МИНИМИЗАЦИИ МЕТОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТА Серенков П.С.1, Гуревич В.Л.,2 Навоев Я.Э.1 1 Белорусский национальный технический университет 2Белорусский государственный институт метрологии Минск, Республика Беларусь Валидация (аттестация) метода измерений для целей контроля и испытаний предполагает определение комплекса присущих ей количест- венных характеристик. Одной из таких характе- ристик является «робастность метода». Робастность (robustness) - способность метода давать результаты измерений (испытаний) с при- емлемой прецизионностью и правильностью при небольших изменениях параметров метода. Робастность является качественным понятием и должна доказывать надежность результатов измерений при небольших изменениях парамет- ров метода. Как известно, на результаты измерений мо- жет влиять большое число факторов. Обычно робастной считается методика, для которой ни один из таких факторов не имеет значимо боль- шего (по сравнению с другими факторами) влия- ния на результаты измерений. Робастность оценивается на этапе проектиро- вания методики. Если на результаты измерений влияют какие – либо условия его проведения, то эти условия должны быть нормированы и в текст методики вносят соответствующие ограничения (нормы, процедуры). Следствием оценки робаст- ности выступает комплекс параметров пригодно- сти метода, которые обеспечивают корректность результатов измерений во всех случаях исполь- зования метода. Считается, что робастность – характеристика методов измерений из области аналитической химии. Типичные примеры параметров, опреде- ляющих робастность метода: устойчивость во времени аналитических растворов, время экс- тракции, рН подвижной фазы и т.п. В определенном смысле схожей характери- стикой методов измерений в области аналитиче- ской химии выступает «специфичность». Специфичность – способность однозначно оценивать определяемый компонент в анализи- руемом образце выбранным методом независимо от присутствующих компонентов (примесей, продуктов распада и т.д.) в пределах заданного диапазона применения. Специфичность также является качественным понятием и также служит доказательством на- дежности результатов измерений в отношении влияния матрицы пробы, "третьих" элементов при элементном анализе, условий проведения анализа и т.д. Схожесть этих характеристик заключается в том, что они являются неявными по источникам возникновения (скрытыми), что неизбежно по- вышает риск их неидентификации и, соответст- венно, риск некорректного оценивания неопре- деленности результатов измерений. Примечание. В математике, обе эти характе- ристики подпадают под понятие «робастность метода». Для методов измерений в области геометри- ческих, механических электрических и др. вели- чин эти характеристики традиционно не при- сущи. Мы полагаем, что аналогом этих характе- ристик являются методическая составляющая погрешности результата измерений. Более того, при ближайшем рассмотрении можно утвер- ждать, что робастность и специфичность - част- ные случаи проявления методической погрешно- сти результата измерений. Их отличительный признак – неявный специфический характер про- явления. Обобщение и анализ результатов валидации (аттестации) методов измерений в различных областях позволяет утверждать, что в большин- стве случаях остаются не выявленными факторы, вызывающие в большей или меньшей степени потерю робастность метода. Основная причина, на наш взгляд, заключается в том, что, как пра- вило, методика идентификации параметров про- верки на робастность в соответствующих ТНПА либо отсутствует, либо преподносится в общем виде. В результате применения системного подхода к анализу проблемы идентификации источников и факторов потери робастности метода измере- ний нами установлено, что причинами потери робастности могут выступать: • состояние объекта измерений, • параметры метода измерений. Наглядным примером проявления причины скрытой неробастности метода контроля в от- ношении состояния объекта может служить контроль отклонения от круглости. Поставлена задача выбора метода измерений. Наличие чет- ной или нечетной огранки контролируемых де- талей (исходное состояние объекта контроля) определяет выбор соответственно двухконтакт- ного или трехконтактного метода контроля. Не- соответствие вида отклонения от круглости (со- стояние заранее неизвестно) методу измерения, Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 219 очевидно, приведет к методической погрешности, настолько большой, что достоверность контроля заведомо не будет обеспечивать заданный уровень риска потребителя. Установлено, что источниками потерь роба- стности метода измерений в отношении его па- раметров могут выступать: • входные параметры (параметры про- цесса преобразования данных); • параметры метода обработки данных. Необходимо отметить, что источниками по- терь робастности могут быть как отдельные фак- торы, так и их комбинации, причем комбинации оказывают наибольшее влияние. Мы предлагаем на этапе валидации (аттеста- ции) метода ввести обязательную проверку на робастность. В основе подхода к исследованию метода измерений на робастность нами предло- жен экспертный метод, позволяющий использо- вать априорные знания инженеров – метрологов для идентификации неявных источников потерь робастности. Метод представляет собой комбинированный алгоритм идентификации факторов, позволяю- щий с высокой степенью объективности форми- ровать комплекс факторов, вызывающих потерю робастности метода измерений. Алгоритм реали- зуется в три этапа: 1) на основе методологии IDEF0 разрабаты- вается функциональная модель процесса измере- ний, определяющая состав, последовательность функций всего процесса, а также используемые ресурсы категорий: - персонал, - инфраструктура (средства измерений, изме- рительные принадлежности), - условия выполнения процесса на всех этапах, - методики выполнения измерений, обработки данных и представления результатов; 2) с помощью простейших экспертных мето- дов сбора данных, методов аналогов и прецеден- тов формируется совокупность всех потенци- ально возможных факторов, вызывающих по- терю робастности метода измерений (первичное факторное пространство); 3) с помощью экспертных методов анализа данных факторное пространство оптимизируется (минимизируется по критерию полноты и неиз- быточности). Значительно более сложной является задача обеспечения робастности метода измерений в отношении выявленных на предыдущем этапе источников и факторов. Универсальное решение данной задачи для всех случаев очевидно невоз- можно. Однако можно предложить возможные подходы к решению: - ликвидация источников потерь робастности, - введение ограничений на функции или па- раметры метода. Подходы к обеспечению робастности метода могут быть реализованы абсолютно или относи- тельно (адаптивно к конкретным условиям). Абсолютный подход предполагает ликвида- цию или введение ограничений в отношении факторов неробастности для всех возможных случаев реализации метода измерений, в то время, как адаптивный подход - в зависимости от конкретной ситуации. Степень эффективности того или иного под- хода зависит от конкретной ситуации. Каждый из них может быть реализован для выявленных ранее источников потерь робастности различ- ными способами. Источник - состояние объекта измерений. Пример. Для метода определения теплопро- водности образцов из пенополистирола источни- ком потерь робастности был идентифицирован фактор, связанный с негомогенностью мате- риала, так как в нем иногда присутствовала ме- ханическая примесь графита. Решение проблемы – из разряда организационно-технических меро- приятий: заказчикам предписано предоставлять вместе с образцами на испытание документ, сви- детельствующий об отсутствии в образцах при- месей. Источник - входные параметры метода (па- раметры процесса преобразования данных). Пример. Для метода определения теплопро- водности образцов из минеральной ваты было установлено, что в силу повышенной податливо- сти материала имеет место искажение результа- тов измерений вследствие деформации образца под действием измерительного усилия. Решение проблемы – из разряда организационно-техниче- ских мероприятий: была определена процедура, предполагающая предварительное измерение размера образца бесконтактным способом и вве- дение значения размера в память прибора. Источник - параметры метода обработки данных. Решение проблемы в отношении данной группа источников следует искать среди анали- тических методов – робастных методов обра- ботки и анализа данных. Здесь уместно исполь- зовать рекомендации стандартов серии СТБ ИСО 5725 по применению методов робастного ана- лиза, изложенные в СТБ ИСО 5725-5. Приведенные в докладе результаты исследо- ваний позволяют сформировать методику обес- печения робастности метода измерений, позво- ляющую значительно повысить доверие к ре- зультатам измерений (контроля, испытаний). 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 220 УДК 621.791 АНАЛИЗ ДОСТОВЕРНОСТИ ГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КАЧЕСТВА ОБЪЕКТОВ Серенков П.С., Иванова Н.Н. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь На кафедре «Стандартизация, метрология и информационные системы» разработана графическая модель интерпретации качества объектов, ставящая задачу экспертного оценивания следующим образом: оценить объекты, характеризуемые одним, двумя и тремя параметрами. А разные значения оцениваемого параметра фигуры в рамках области менеджмента качества можно интерпретировать как разную степень выраженности свойств оцениваемого объекта, то есть разный уровень качества оцениваемого объекта. Объектами оценивания выбраны геометрические фигуры: круг, прямоугольник и параллелепипед. Оцениваемыми параметрами являются: площадь для круга и прямоугольника, объём для параллелепипеда. Модель графической интерпретации качества объектов зарекомендовала себя с положительной стороны, так как позволяет получить достаточно точные значения оцениваемых параметров, оценить систематическую и случайную составляющие метода [1]. Однако существует значительный недостаток описанной выше модели: привязка к декартовой системе координат, что означает почти невозможным подобрать объект с n > 3 оцениваемыми параметрами. В связи с выявленной проблемой было предложено разработать новую модель графической интерпретации качества объектов, позволяющую оценивать объекты с количеством свойств n = [1; ∞). В качестве объекта оценивания с одним параметром новой модели геометрической интерпретации принимаем геометрическую фигуру круг, в качестве объекта с двумя параметрами оценивания – два круга, объекта с тремя параметрами – три круга. Сущность различия новой геометрической модели интерпретации качества экспертного оценивания от существующей приведена на рисунке 1. Рисунок 1 – Сущность различия моделей экспертного оценивания При планировании эксперимента экспертного оценивания были определены следующие задачи, которые повлияли на разработку модели эксперимента: а) определить существование или отсутствие зависимости между объектами оценивания с одинаковым количеством параметром, но представленными различными геометрическими фигурами; б) при существовании зависимости по пункту а) определить качественно и количественно их соотношение между собой в зависимости от изменения установленных нами факторов влияния: сложность оцениваемого объекта и количество оцениваемых экспертом параметров; в) вывить преемственность и прослеживаемость (согласованность) результатов, полученных первой и второй моделями. Основные положения модели эксперимента представлены в таблице 1. Таблица 1 – Основные положения модели эксперимента Структурный элемент методики Содержание структурного элемента 1 серия 2 серия Объект оценивания - круг - прямоугольник - параллелепипед - круг - два круга - три круга Параметр оценивания - площадь S - объем V - площадь S Шкала оценивания апостериорная (от 0 до ∞) априорная (от 0 до 10 баллов) Метод оценивания Рандомизированный каждый с предыдущим Основные положения - каждый вид фигур предъявляется отдельно; - карточки с фигурами предъявляются в случайном порядке; - перед глазами эксперта всегда находятся две фигуры для оценивания, и две фигуры, характеризующие max и min фигуры в колоде карточек; - оценивается разность площадей фигур на карточках; - оценивание проводится без предварительного осмотра и ознакомления с размерностями фигур в серии; - 15 карточек в каждой серии; - 2 тура оценивания в каждом методе; - количество опрашиваемых респондентов по каждому комплекту анкет – 6 Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 221 Каждая серия экспериментов включает два тура оценивания, в каждом из которых фигуры предъявляются экспертам в следующем порядке: из колоды случайным образом выбирается первая и вторая карточки, эксперт присваивает оценку первой разности объектов, отвечая на вопрос «на сколько площадь (объем) первого объекта отлича- ется от площади (объема) второго объекта?». По- сле этого первая карточка закрывается и случай- ным образом выбирается третья, после чего экс- перт присваивает оценку соотношению, отвечая на вопрос «на сколько площадь (объем) второго объекта отличается от площади (объема) третьего объекта?». Эти действия повторяются до тех пор, пока карточки не закончатся. Некоторые резуль- таты эксперимента приведены на рисунке 2. Рисунок 2 – Зависимость оценок эксперта по двум турам опроса для фигуры «прямоугольник» На рисунке 2 по оси 0Х – оценки, выставлен- ные i-й карточке экспертом, за время 1-го тура оценивания; по оси 0Y - оценки, выставленные i-й карточке экспертом, за время 2-го тура оцени- вания. В случае, если эксперт одинаково оценивал соответствующие фигуры в первом и втором ту- рах, на диаграмме будет наблюдаться прямая ли- ния вида y = kx + b. Чем больше разброс точек на диаграмме относительно аппроксимирующей прямой, тем выше противоречивость эксперта. То есть эксперт один и тот же объект из различных колод оценивал по- разному. Полученные резуль- таты свидетельствуют об устойчивости альтерна- тивных оценок, что позволяет проводить даль- нейшие исследования. Чтобы определить, насколько взаимосвязаны оценки площадей (объемов) различных геометри- ческих фигур с одинаковым количеством пара- метров и на сколько такие объекты взаимозаме- няемы, построена следующая зависимость: по оси ОХ - нормализованные средние значения (по 2 турам и 2 экспертами) оценок площади прямо- угольника (объема параллелепипеда); по ОY – для 2 кругов (3 кругов) (рисунки 3 - 4). Рисунок 3 – Зависимость нормализованных средних значений экспертных оценок серии «прямоугольник – 2 круга» Рисунок 4 – Зависимость нормализованных средних значений экспертных оценок серии «параллелепипед – 3 круга» Для полученных результатов рассчитан коэф- фициент корреляции для оценки тесноты взаимо- связи оценок и их близости к истинному значению (чем выше коэффициент корреляции, тем ближе полученные оценки находятся к действительным значениям площадей (объемов) фигур): - для серии экспериментов «прямоугольник – 2 круга» rxy = 0,81; - для серии «параллелепипед – 3 круга» rxy = 0,73, что свидетельствует о высокой корреля- ционная связь между значениями оценок (p < 0,05); Исходя из полученных результатов можно сделать следующие выводы: - оценки, полученные при сравнении различ- ных геометрических фигур с одинаковым коли- чеством параметров согласованы, следовательно, такие объекты оценивания взаимозаменяемы; - графическая модель интерпретации качества объектов адекватна реальным задачам оценива- ния объектов. 1. Серенков П.С., Романчак В.М., Гиль Н.Н. Повышение достоверности методов экспертного оценивания в рамках системы менеджмента качества. Метрология и приборостроение №6 – Минск, 2015. – 18 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 222 УДК 682.62.018.012 СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМИЗИРОВАННЫХ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТА КВАЛИМЕТРИИ Соколовский С.С., Азарёнок Ю.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Целью работы является повышение эффек- тивности проектирования оптимизированных методик выполнения измерений (МВИ) путем автоматизации отдельных процедур, выполняе- мых в ходе проектирования и квалиметрического оценивания конкурирующих вариантов МВИ. В соответствии с поставленной целью исследова- ние проводилось в следующем порядке. Его первый этап был направлен на определе- ние общей структуры системы автоматизирован- ного проектирования оптимизированных МВИ, удовлетворяющей цели исследования. В резуль- тате были определены основные модули, входя- щие в эту структуру и их взаимосвязи. Резуль- таты этой работы представлен на рисунке 1. Было решено включить в систему 4 основных модуля, совместное функционирование которых должно осуществляться по следующей схеме. Рисунок 1 – Структура системы автоматизированного проектирования оптимизированных МВИ В первый модуль должна поступать исходная информация об измерительной задаче, подлежа- щей решению, на основании которой ей должен быть присвоен определённый код. Этот код, от- ражающий принципиальные особенности изме- рительной задачи, должен поступать на вход второго модуля, где на основании присвоенного рассматриваемой измерительной задаче кода должны строиться нормативная и аналитическая модель измеряемого параметра, выступающие в качестве основы для проектирования МВИ. Эта информация должна поступать на вход третьего модуля, задачей функционирования которого является формирование набора конкурирующих вариантов схемных решений измерительной за- дачи и соответствующих методик выполнения измерений, а также аналитическое оценивание составляющих погрешностей измерения. Четвер- тый модуль системы, так называемый квалимет- рический модуль, является завершающим и он предназначен для проведения квалиметрического оценивания конкурирующих вариантов МВИ, сформированных в третьем модуле, по выделяе- мым проектировщиком основным свойствам, определяющим качество измерений. Итогом этой работы должно быть определение наиболее эф- фективного или оптимизированного варианта МВИ. Критерием оптимизации при этом должно быть получение максимального значения ком- плексной обобщенной квалиметрической оценки, объединяющей в себе частные оценки ряда свойств, определяющих качество МВИ. После того как была определена общая струк- тура системы автоматизированного проектиро- вания МВИ дальнейший процесс проектирова- ния был направлен на разработку отдельных модулей. В процессе проектирования первого модуля была разработана система классифика- ции и принципы кодирования геометрических параметров деталей. В основу такой классифика- ции была положена классификация отклонений формы и расположения поверхностей деталей в соответствии с ГОСТ 24642. Структура постро- енной системы классификации геометрических параметров деталей и порядок их кодирования представлен на рисунке 2 в виде фрагмента таб- лицы. Рисунок 2 – Принцип кодирования измерительных задач Дальнейшая работа была направлена на фор- мирование базы данных «Измерительные за- дачи», фрагмент которой представлен на рисунке 3 в виде таблицы. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 223 Рисунок 3 – Структура базы данных «Измерительные задачи» Следующим этапом проводимого исследова- ния было формирование базы данных «Методики выполнения измерений», фрагмент которой представлен на рисунке 4 в виде таблицы. Рисунок 4 – Структура базы данных «Методики выполнения измерений» Принцип функционирования данного модуля представлен на рисунке 5. Рисунок 5– Принципы функционирования модуля формирования набора конкурирующих вариантов МВИ Завершающим этапом исследования была разработка программного обеспечения квалимет- рического оценивания конкурирующих вариан- тов МВИ. Порядок функционирования модуля квалиметрического оценивания представлен на рисунке 6. В соответствии с этим порядком было разра- ботано программное обеспечение для осуществ- ления квалиметрического оценивания конкури- рующих вариантов МВИ согласно основным аспектам функционирования данного модуля и алгоритм получения обобщенной оценки каче- ства МВИ. Рисунок 6 – Алгоритм функционирования модуля квалиметрического оценивания конкурирующих вариантов МВИ При работе с данным программным продук- том проектировщик должен последовательно выполнить следующие действия или операции: • сформировать набор из предложенных в базе данных конкурирующих вариантов решения по- ставленной измерительной задачи; • выделить главные свойства, определяющие качество будущих измерений; • произвести попарное сопоставление всех рассматриваемых вариантов МВИ по всем выде- ленным главным свойствам и рассчитать по предлагаемой специальной методике для каждого варианта проекта соответствующий ему индекс превалирования его по данному свойству над всеми остальными вариантами проекта; • произвести попарное сопоставление всех выделенных главных свойств по их важности или значимости в отношении качества МВИ в целом и рассчитать соответствующие им коэффициенты весомости; • произвести комплексирование полученных количественных оценок сопоставляемых вари- антов МВИ по всем выделенным главным свой- ствам с учётом их коэффициентов весомости и рассчитать для каждого варианта комплексный показатель его превалирования над всеми ос- тальными вариантами. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 224 УДК658.562.012.7 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ СТБ ISO/TS 16949 Соколовский С.С., Малиновская С.Л. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В современном мире для сохранения и повы- шения конкурентоспособности требуется дер- жать под контролем все технические, админист- ративные и человеческие факторы, влияющие на качество продукции. Это возможно только при условии создания в организации определенной документированной системы менеджмента каче- ства. Эффективно и результативно функциони- рующая система менеджмента качества позво- ляет учитывать требования, пожелания и за- просы потребителей и других заинтересованных сторон, обеспечить разработку и реализацию политики и стратегических целей в области ка- чества продукции и услуг. Автомобильная промышленность – это одно из наиболее быстро развивающихся в XXI веке направлений. Прежде всего это обусловлено массовостью потребления и, как следствие, ог- ромным предложением и выбором на рынке. В организациях все чаще возникает необхо- димость создания системы управления, соответ- ствующей не только стандарту СТБ ISO 9001, но и модернизированной в соот- ветствии со стандартами, отражающими специ- фику конкретной отрасли и содержащими повы- шенные требования к системам менеджмента качества. СТБ ISO/TS 16949 содержит особые требова- ния по применению СТБ ISO 9001, касающиеся производства автомобилей и комплектующих к ним, а также сервисных организаций данного профиля, но при этом использует требования стандарта СТБ ISO 9001 в качестве основопола- гающих. СТБ ISO/TS 16949 составлен таким образом, что полностью содержит требования стандарта СТБ ISO 9001 и просто включает в себя допол- нительные (особые) требования и замечания по всему документу. В связи с этим, для уменьше- ния затрат и времени, организация может вне- дрять систему менеджмента качества, которая будет соответствовать определенным требова- ниям СТБ ISO/TS 16949 и распространяться на меньшую часть организации (например, на одну производственную линию или цех), которая от- носится к автомобильной промышленности. Тре- бования, представленные в стандарте, являются обязательными. Принципиальные отличия СТБ ISO/TS 16949 от СТБ ISO 9001 отражены в следующих пунктах: - 5.5.1 «Ответственность и полномочия» - персонал, ответственный за качество продукции, должен иметь полномочия остановить производ- ство, чтобы устранить проблемы в области каче- ства (можно отнести к вовлеченности персо- нала); - 6.2.2 «Компетентность, подготовка и осве- домленность» - персонал, работа которого может влиять на качество, должен быть проинформиро- ван о последствиях для потребителя при несо- блюдении требований к качеству; - 6.3 «Инфраструктура» - включено требова- ние рациональности расположения производства и оптимизации перемещения материалов и син- хронизации материальных потоков; - 6.4 «Производственная среда» - требования расширены и включают в себя обеспечение безопасности персонала, требования к чистоте помещений; - 7.1 «Планирование создания продукции» - должны быть определены и одобрены потреби- телем критерии приемки, обеспечена конфиден- циальность; - 7.3 «Проектирование и разработка» - здесь основные требования определяют необходи- мость использования специальных методов для уменьшения или исключения риска отказа в экс- плуатации и др.; -7.4.3 «Верификация закупленной продук- ции» - содержит требования статистической об- работки и оценки результатов входного кон- троля, а также обязательный мониторинг по- ставщика, который предусматривает документирование процесса аудита поставщика; - 7.5.1 «План управления» - фактически дуб- лирование процессов проектирования продук- ции, управления конструкторской и технологи- ческой документации, документ крайне важен для потребителя с точки зрения выполнения функций контроля; - 7.5.1.2 «Рабочие инструкции» - необходи- мость четкого описания технологических опера- ций и требований к выполнению работы; - 7.5.5 «Сохранение соответствия продукции» - требование разработки документированной процедуры, обеспечивающей сохранность про- дукции на складах, регламентирования сроков хранения и обеспечение их соблюдения; - 7.6.3 «Требования к лабораториям» - необ- ходимость аккредитации лабораторий для под- Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 225 тверждения ее компетентности в определенной области испытаний; - 8.2.2 «Аудит системы менеджмента каче- ства» и «Аудит процесса изготовления» - наряду с аудитом процессов СМК, этот пункт требует организации и проведения аудита процессов производства (в основном, технологических про- цессов) и аудита продукции. Это специальные виды технического аудита, требующие для сво- его проведения разработки специальных методик и обучения специалистов; - 8.2.3.1 «Мониторинг и измерение процессов производства» - ставит задачу исследования процессов с целью оценки их возможности обес- печивать стабильность качества изготовления продукции; - 8.2.4.2 «Эталоны внешнего вида» - требу- ется разработка документированной процедуры по управлению образцами – эталонами внешнего вида; - 8.3.4 «Разрешение потребителя на отклоне- ние» - содержит требования одобрения процесса производства и обязательного согласования с потребителем любых отклонений; - 8.5.1.2 «Улучшение процессов производ- ства» - необходимость использования концепции 6G для «снижения вариации в характеристиках продукции и параметрах процесса производ- ства». Среди дополнительных требований ключе- выми являются требования, касающиеся внедре- ния следующих методик: - Перспективное планирование качества про- дукции (APQP); - Процесс одобрения производства компо- нента (PPAP); - Анализ измерительных систем (MSA); - Анализ видов и последствий потенциальных отказов (FMEA); - Статистическое управление процессами (SPC). Как показывает анализ, в настоящее время по целому ряду причин как объективного, так и субъективного характера наибольшие сложности на предприятиях вызывает внедрение методик SPC. К таким причинам в первую очередь можно отнести недостатки, свойственные норма- тивно – методическому обеспечению этого про- цесса, недостаточно высокий уровень подго- товки персонала, отсутствие необходимой его заинтересованности, факторы организационно- технического характера и пр. Технология SPC – это метод мониторинга производственного процесса с целью управления качеством продукции «непосредственно в про- цессе производства» вместо проведения кон- трольных проверок для обнаружения уже слу- чившихся проблем. Статистическое управление предполагает применение статистических методов для анализа процесса и /или его результатов, поддержания статистически управляемого состояния и улуч- шения способностей. Использование статистиче- ских методов предполагает высокую степень надежности принимаемых решений и обеспечи- вает возможность предотвращать ошибки или возникновение дефектов. Методы статистического контроля разнооб- разны, однако не все используются, так как про- цесс характеризуется временной продолжитель- ностью и динамичностью. Статистический контроль качества позволяет решать такие задачи, как установление гарантии качества для потребителей, получение и анализ информации о влияющих на качество процесса факторах, прогнозирование уровня брака и т. д. Статистические методы можно классифици- ровать по признаку общности на три основные группы: - графические методы (семь инструментов контроля качества), которые позволяют про- стыми методами решить до 95 % проблем, воз- никающих при контроле качества в самых раз- ных областях; - методы анализа статистических совокупно- стей; - экономико-математические методы. Также сегодня активно развиваются 7 новых инструментов качества – это диаграммы срод- ства, диаграммы зависимостей, системная (дре- вовидная) диаграмма, матричная диаграмма, стрелочная диаграмма, диаграмма планирования оценки процесса (PDPC), анализ матричных дан- ных. «Семь новых инструментов контроля каче- ства» относятся к методам обработки главным образом словесных (описательных) данных. Применение этих инструментов особенно эффек- тивно, когда их используют как методы наиболее полной реализации планов на основе системного подхода в условиях сотрудничества всего кол- лектива организации. 1.СТБ ISO 9001-2009 – Системы менеджмента качества. Требования. 2.СТБ ISO/TS 16949-2010 – Системы менедж- мента качества. Особые требования по при- менению СТБ ISO 9001-2009 для организа- ций, производящих составные и запасные части, используемые в автомобилестроении. 3.СТБ 1505-2015 – Системы менеджмента. Ме- неджмент процессов. Методы статистиче- ского управления процессами. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 226 УДК 621.3.088 ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НА БАЗЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ Соломахо В.Л.1, Цитович Б.В.2 1Белорусский национальный технический университет 2Белорусский государственный институт повышения квалификации по стандартизации, метрологии и управлению качеством Минск, Республика Беларусь Для современного производства применение «статистического контроля» и «статистического управления» параметрами технологического процесса является атрибутом характеризующим с одной стороны, культуру производства, с другой – технический потенциал и конкурентоспособ- ность организации. Статистическое управление применяют для контроля технологического про- цесса по упорядоченным выборкам, последова- тельно отбираемым во времени. Результатом такой процедуры может быть принятие коррек- тирующих воздействий, при определенном со- стоянии технологического процесса. В техниче- ской литературе такое состояние процесса опре- деляется как управляемость процессом. Для того, чтобы технологический процесс был управляе- мым, должны соблюдаться несколько условий, которые оговариваются в литературе и в норма- тивной документации [1-4]. Методика проектирования процедур «стати- стического контроля» и «статистического управ- ления» предполагает построение абстрактных (не связанных с объектом контроля) математических моделей распределения случайных величин, что создает предпосылки для приоритета чисто ма- тематических процедур углубляя разрыв между моделью и ее реальным приложением в техноло- гии производства Признавая возможности эффективного ис- пользования математического аппарата теории вероятностей и математической статистики, не следует забывать об ограничениях, которые на его использование накладывает технология про- изводства. Эти ограничения могут привести к тому, что эффектно оформленная и представлен- ная в традиционном виде обработка результатов наблюдений может способствовать принятию ошибочных решений. Следует отметить несколько принципиальных положений, игнорирование которых может све- сти на нет предпринимаемые усилия по внедре- нию статистических методов контроля и управ- ления качеством: 1. Процесс, по отношению к которому, применяется методика статистического управле- ния должен быть статистически управляемым (т. е. рассеивание параметров практически должно быть равно или меньше ширины поля допуска,). Более того, для уверенного примене- ния простых контрольных карт Шухарта, жела- тельно иметь индекс воспроизводимости Cp ≥ 1,3, что несколько увеличивает стоимость их реализации. Управление технологическим процессом осуществляется опосредованно через анализ об- наруженных тенденций изменения положения центра группирования оцениваемого параметра. Такой алгоритм реализации процедуры позволяет выявлять брак, но не осуществлять его профи- лактику, а статистическое оценивание рассеяния мгновенной выборки позволяет снизить риски случайного выхода параметра за допустимую границу. 2. Оцениваемый параметр должен одно- значно представлять результаты технологиче- ского процесса. На практике различают про- цессы, параметры которых однократно воспроиз- водятся на одном объекте (например, в случае контроля массы или объема), а также процессы, которые характеризуются бесконечным множе- ством номинально одинаковых величин, факти- чески отличающихся друг от друга (особенно это характерно для линейных и угловых размеров детали). При различиях номинально одинаковых па- раметров сопоставимых с величинами смещения центров группирования параметра в соседних выборках, оценивание тенденций смещения этих центров существенно затрудняется. Это значит, что для правомочного применения «статистиче- ского контроля» в подобных случаях необхо- димо, в обязательном порядке, провести предва- рительное исследование технологического про- цесса, чтобы выявить контроль сечение (контрольную точку), которое может быть ис- пользовано для представления параметра. Если такое значение параметра не имеет места, мони- торинг и «статистические методы» к процессу неприменимы. Мониторинг процесса возможен и в том слу- чае, если объект обработки фактически характе- ризуется бесконечным множеством номинально одинаковых параметров, которые отличаются друг от друга на величину, пренебрежимо малую по сравнению с величинами смещения центров группирования параметра в соседних выборках. Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 227 Например, если погрешности формы номинально цилиндрической поверхности (колебания разме- ров на одной детали) пренебрежимо малы по сравнению с изменениями усреднённых размеров в соседних выборках, мониторинг процесса принципиально возможен. Под «усреднённым размером» выборки подразумевается одно из значений, используемых в контрольных картах, например, среднее арифметическое выборки или её медиана. 3. «Статистическое управление» можно эф- фективно применять в случае, когда существует возможность использовать для расчета границ управления статистик и констант, полученных на базе обработки данных априорной информации по результатам контроля аналогичного техноло- гического процесса, качество которого соответ- ствует нормированному. При отсутствии апри- орной информации, нормирование таких стати- стик как X и R представляет собой достаточно сложную задачу, так как отсутствуют рекомен- дации, связывающие указанные статистики с допуском контролируемого параметра. Несоблюдение данных положений может превратить «статистические методы контроля и/или управления» в красиво представленный, но малоэффективный процесс. 1. Соломахо, В.Л. Комплекс статистических показателей для оценки качества процесса / В.Л. Соломахо, К.И. Дадьков // Журнал «Стандартизация» № 1. – 2007. – С.38−42. 2. ГОСТ Р 50779.41-96 Статистические методы. Контрольные карты для арифметического среднего с предупреждающими границами. 3. ГОСТ Р 50779.42-99 Статистические методы. Контрольные карты Шухарта. 4. ГОСТ Р ИСО 21747-2010 Статистические методы. Статистики пригодности и вос- производимости процесса для количественных характеристик качества. УДК 621 МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНТРОЛЬНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ Спесивцева Ю.Б., Матюш И.И. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Контрольные приспособления широко ис- пользуются на производстве и должны обеспе- чивать объективность и производительность из- мерительного контроля. В работе приводится формализованная методика расчета контроль- ного приспособления на точность, созданная с помощью базы знаний, ориентированной на ре- шение метрологических задач. Методика реали- зуется тремя этапами: 1) выявление и анализ источников погрешности; 2) нормирование точ- ности параметров, отклонения которых приводят к погрешности измерения; 3) комплексирование и корректировка норм точности в случае необхо- димости. Методика рассмотрена на примере при- способления для контроля торцевого биения и конусности (рисунок 1). Рассматривается измерительный узел для контроля торцового биения, состоящий из стойки 9, в которой установлены неподвижный центр 11, регулируемый центр 10, державка 12 с упором 15 и закреплённым в ней индикатором 13. Принцип действия: державку с индикатором при помощи ручки 14 привести в рабочее поло- жение до упора. Индикатор настроить на ноль, обеспечив натяг. Отвести державку в сторону, затем снова привести в рабочее положение. Из- мерение повторять не менее 5 раз. Рисунок 1 – Эскиз контрольного приспособления Погрешность измерительного узла для кон- троля торцового биения не должна превышать 0,06 мм. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 228 Требуется определить инструментальную со- ставляющую погрешности устройства. Расчеты выполняются на основе следующих положений: − каждая из отдельных составляющих по- грешности рассчитывается в соответствии с принципом суперпозиции погрешностей как не- зависимая при фиксации других дефектных воз- действий, − числовые значения параметров и их до- пуски принимаются в соответствии с конструк- торской документацией. Измерения осуществляют в нормальных ус- ловиях. При снятии отсчета без интерполирова- ния погрешность отсчитывания составляет не более половины цены деления отсчётного уст- ройства: ΔОП =5 мкм (используется индикатор ИЧ-10 с ценой деления 10 мкм). Методическая составляющая погрешности измерения (рисунок 2) может быть обусловлена идеализацией объекта измерения (отклонение от плоскостности базируемой поверхности детали). Рисунок 2 – Оценка методической составляющей погрешности измерения В детали 2 приспособления сделана выборка, поэтому методическая составляющая влиять не будет. Инструментальная погрешность включает две комплексные составляющие: − основная погрешность индикатора, которая составляет 10 мкм; − погрешность устройства базирования ΔУБ измерительной головки и детали. Количественный анализ точности базирую- щего устройства выполняется в виде расчетов размерных цепей. Положение каждого рабочего элемента в пространстве фиксирует материали- зованная размерная цепь. В свою очередь, каж- дая материализованная размерная цепь в общем случае включает шесть расчетных размерных цепей, определяющих положение рабочего эле- мента по конкретной координате. Функциональ- ная точность контрольного приспособления рас- сматривается как неопределенность положения измерительного наконечника относительно кон- тролируемой детали [1]: zyx uCuCuCuyCuxCuz ϕϕϕ 54321УБ +++++=∆ (1) где uz - основная комплексная составляющая неопределенности взаимного положения схем- ных элементов, ux, uy, uφx, uφy, uφz - погрешности взаимного положения схемных элементов, действующие в направлении остальных координат, но дающие свой вклад в суммарную неопределенность по основной координате пропорционально соответ- ствующим коэффициентам влияния Ci. По источнику возникновения все неопреде- ленности можно разделить на теоретические, свойств материала, технологические и эксплуа- тационные. В данном случае очевидно отсутст- вие неопределенностей свойств материала, схем- ных и параметрических теоретических неопреде- ленностей. Конструктивные теоретические неопределен- ности, возникающие при материализации выс- ших кинематических пар, также отсутствуют. Вследствие малости измерительного усилия ИЧ-10 и с учетом того, что измерения прово- дятся в нормальных условиях, можно говорить об отсутствии силовых и температурных дефор- маций, т.е. об отсутствии эксплуатационных не- определенностей. Таким образом, имеют место только технологические неопределенности. Несложный анализ показывает, что из шести составляющих (1) влиять на погрешность будет перекос измерительного наконечника относи- тельно его номинально перпендикулярного по- ложения к поверхности контролируемой детали. Источники перекоса составляют звенья раз- мерной цепи: А1 - отклонение от соосности рабочей по- верхности центра 10 относительно оси базовой поверхности центра; А2 - отклонение от соосности рабочей по- верхности центра 11 относительно оси базовой поверхности центра; А3 - отклонение от соосности посадочных от- верстий стойки 9; А4 - отклонения от плоскостности рабочей поверхности плиты 1; А5 – торцовое биение базовой поверхности опоры 2 относительно внутренней ее поверхно- сти; А6 - отклонения от соосности рабочей и базо- вой поверхностей пальца 3. Перечисленные составляющие приводят к на- клону линии измерения по отношению к ее иде- альному направлению. Для случая контроля год- ной детали наибольшее значение измерительного перемещения можно принять равным допуску биения Т, а соответствующую погрешность из- мерения рассчитать по формуле [2]: Δ = Т sin2 α. (2) Определим составляющую инструментальной погрешности, соответствующую звену А1 - отклонение от соосности рабочей поверхности l φ Т Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 229 центра 11 относительно оси базовой поверхности центра (рисунок 3). Рисунок 3 – Оценка инструментальной составляющей погрешности А1 Допуск соосности Т = 5 мкм. Длина сопряжения центра со стойкой 𝑙сопр = 20 мм. 𝛼 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 0,00520 = 0,014°. При допуске торцового биения зубчатого колеса 180 мкм звено А1 вносит погрешность измерения (2): Δ1 =10,4×10-6 мкм. Расчет остальных составляющих в этой цепи аналогичен. Числовые значения углов поворота близки к α, а значения составляющих погрешности относятся к пренебрежимо малым величинам и в дальнейших расчетах могут не учитываться. Таким образом, погрешность измерения с помощью контрольного приспособления составляет Δ = 15 мкм и обусловлена погрешностью используемой измерительной головки и погрешностью снятия показаний оператором. Можно также сделать вывод, что погрешности из-за постоянного несовпадения линии измерения с номинальным направлением, как правило, всегда будут пренебрежимо малы из-за малости углов наклона линии измерения и небольших измерительных перемещений. 1. Серенков, П.С. Методы менеджмента качества. Проектирование норм точности: учеб.пособие / П.С. Серенков, Ю.Б. Спесивцева. – Минск: ИВЦ Минфина, 2009. – 336 с. 2. Цитович, Б.В. Метрологическая экспертиза и нормоконтроль. Курсовое проектирование: учебно-методическое пособие / Б.В. Цитович. – Минск: БНТУ, 2008. – 119 с. УДК 681 ТОЧНОСТЬ КООРДИНАТНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Хорлоогийн А.С., Астапчик О.С., Дубицкий Д.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Координатно-измерительные машины (КИМ) в мировом машиностроении применяются доста- точно давно и по праву считаются одними из самых точных средств измерения. На данный момент в мировом масштабе принято использо- вать концепцию неопределенности в связи с чем в соответствии с требованиями международных стандартов, результат измерений, помимо изме- ренного значения, должен содержать неопреде- лённость измерений. Получение достоверного значения неопределённости в координатной мет- рологии является достаточно сложной задачей. Это связано с тем, что КИМ являются очень гиб- ким инструментом, на который влияет большое количество факторов. В математическую модель кроме точечной оценки входит большое количество поправок обусловленных: 1 инструментальной погрешностью средства измерения; 2 используемой методикой выполнения изме- рений; 3 погрешностями формы и расположения из- меряемых поверхностей деталей; 4 используемыми алгоритмами обработки из- меренных точек; 5 внешними факторами. Поддающимися управлению с целью сниже- ния неопределенности измерений являются фак- торы: 2 – используемая методика выполнения измерений, 4 – используемые алгоритмы обра- ботки измеренных точек и 5 – внешние факторы. К внешним влияющим факторам относится температура, влажность и засоренность окру- жающей среды. Они могут поддерживаться на необходимом уровне, либо компенсироваться, например, включением термокомпенсации. Ме- тодика выполнения измерений представляет со- бой последовательность выполнения измерений, которая включает в себя: черновое (стартовое) и чистовое базирование посредством измерения базовых поверхностей, последовательность и способ измерения точек на остальных поверхно- стях, используемые алгоритмы обработки изме- ренной информации, способ построения и рас- чета геометрических параметров из известных измеренных параметров, порядок представления информации в протоколе. Особое значение имеют используемые алгоритмы обработки из- меренных точек [1]. Расчет неопределенности измерения для КИМ является достаточно сложной задачей, в 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 230 связи с чем чаще всего данной процедурой пре- небрегают, считая неопределенность измерения равной неопределенности указанной в паспорте КИМ (при этом необходимо соблюдать условия эксплуатации КИМ). Под данной характеристи- кой обычно понимают только величину ошибки MPE (Maximum Permissible Error), которая опре- делена в группе стандартов EN ISO 10360 и имеет вид MPE = A+ L/K, мкм, где L – длина измеряемого объекта, мм; A, K – постоянные, характеризующие КИМ [2]. По нормам DIN EN ISO 10360 каждое откло- нение обозначается как МРЕ. Оно указывает предельное значение, за пределы которого не может выходить погрешность при выполнении измерения с помощью КИМ. В зависимости от вида погрешности выделяют предельно допус- тимое отклонение метрологической характери- стики: 1 предельное значение погрешности линей- ного измерения MPEE; 2 предельное значение погрешности линейного измерения при измерении с оптиче- скими сенсорами MPEE-2D (OT); 3 предельное значение погрешности каса- ния при применении расстояния сенсоров MPEPF (OТ); 4 предельное значение погрешности каса- ния MPEp; 5 предельное значение погрешности каса- ния MPETHP и MPτ; 6 предельное значение погрешности каса- ния при измерении с оптическими сенсорами MPEE-2D (OS). 1 Предельное значение погрешности линей- ного измерения MPEE Для определения погрешности линейного из- мерения измеряются откалиброванные концевые меры разной длины или ступенчатые концевые меры. Должно быть определено соответственно 5 различных участков длины в 7 любых позициях в рабочем объеме измерительной машины. Каждая длина измеряется трижды. Полученные значения сравниваются с откалиброванными значениями. При этом погрешность не должна превышать погрешности спецификации. Спецификация чаще всего выдается в зависимости от длины в форме MPEE =A + L/K. 2 Предельное значение погрешности линей- ного измерения при измерении с оптическими сенсорами MPEE-2D (OT) Для определения погрешности линейного из- мерения измеряют деталь в форме стеклянной линейки. Расстояния между отдельными марки- ровками откалиброваны таким образом, что из сравнения между измеренными и откалиброван- ными значениями можно определить погреш- ность линейного измерения. Она не должна пре- вышать заданное значение для погрешности ли- нейного измерения MPEE-2D (OT) Как и у тактильных сенсоров индекс Е (по-английски Е = error (ошибка) обозначает погрешность линей- ного измерения. Дополнительно индекс Е указы- вает на то, что речь идет о 2D измерении, так как оно производится оптическими камерами. Дан- ные ОТ (по-английски Optical Error Translatory – ошибка оптического преобразования) указывает на то, что КИМ перемещает оптическую измери- тельную головку между измерением отдельных штрихов линейки. Таким образом, учитываются погрешности КИМ и измерительной головки. 3 Предельное значение погрешности касания при применении расстояния сенсоров MPEPF (OТ) При определении погрешности касания у двухмерных оптических сенсоров измерительная головка измеряет матовую сферу с незначитель- ным отклонением от формы. Определенное от- клонение от формы не должно превышать уста- новленное значение для погрешности касания MPEPF (OТ) Значение PF обозначает вид измерения (по-английски Probing Form – вид ощупывания). Так как измерительная головка в одной позиции может определить только одну линию, то изме- рительная сфера должна двигаться измеритель- ной машиной. Значение ОТ (по-английски Optical Error Translation – погрешность оптиче- ской передачи) указывают на то, что КИМ дви- гает камеру и что отклонения КИМ и измери- тельной головки учитываются. 4 Предельное значение погрешности касания MPEP Для определения погрешности касания ощу- пывается сфера (диаметр от 10 до 50 мм) с не- значительной погрешностью формы в 25 реко- мендованных положениях по ISO 10360-2. Из значений измерения рассчитывается так назы- ваемый заменяющий шар, рассчитанный по Га- уссу. Разница радиальных расстояний от центра заменяющего шара не должно превышать значе- ния спецификации. 5 Предельное значение погрешности касания MPETHP и MPτ Для определения погрешности касания при сканировании сканируется сфера с незначитель- ной погрешностью формы (диаметр 25 мм) по 4 траекториям, установленным в ISO 10360-4. При сравнении измеренных значений с MPETHP спе- цификацией должны быть выполнены два усло- вия. Во-первых, разница радиальных расстояний, определенная через отдельные точки, от центра заменяющего шара не должна превышать значе- ние спецификации (см. MPEρ). Во-вторых, раз- ница между радиальными дистанциями и отка- либрованным диаметром сферы не должна быть больше, чем значение спецификации. Кроме того, требуемое для проверки время τ должно Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 231 соответствовать спецификации, так как скорость имеет существенное влияние на результат. Когда указаны точность и требуемое время значение погрешности касания при сканировании, это яв- ляется важным индикатором производительно- сти координатной измерительной машины. 6 Предельное значение погрешности касания при измерении с оптическими сенсорами MPEE- 2D (OS) При определении погрешности касания при измерении с оптическими сенсорами измеряется окружность с небольшим отклонением формы, которая наносится на стеклянную плиту и при этом определяется погрешность окружности. Эта погрешность не должна превышать определен- ное значение для допустимого отклонения каса- ния MPEE-2D (OS) Первый индекс PF обозначает (по-английски Probing Form – вид ощупывания). 2D означает двухмерное измерение. OS (по-анг- лийски Optical Error Static – оптическая ошибка статики) означает неподвижно установленную измерительную головку. Так, например, для машины Romer Multigage данная величина: MPEE = 5 +L/40 мкм. Ошибка МРЕ указывает предельное значение, за пределы которого не может выходить неопреде- ленность при выполнении измерительного зада- ния. Так как на производстве нет возможности свести все влияющие факторы к минимуму, то необходимо создать более гибкую систему опре- деления неопределенности измерения позво- ляющую учитывать любые их отклонения от нормы. 1 Гапшис В.А. и др. Координатные измери- тельные машины и их применение. М. Машиностроение, 1988, – 328 с. 2 Зубарев Ю.М., Косаревский С.В., Ревин Н.Н. Автоматизация координатных измерений. Учебное пособие. — СПб.: Изд-во ПИМаш, 2011. — 160 c.: ил. УДК681 НЕЙРОННЫЕ СЕТИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Янченко В.С., Ярмолович М.А. Белорусский государственный институт метрологии Минск, Республика Беларусь Современный технический прорыв, достигну- тый за последние два десятилетия в области ин- формационных технологий, все более глубоко внедряется во все сферы деятельности, и энерге- тика не является исключением. Сложившаяся энергетическая инфраструктура, представляю- щая собой электростанцию, сеть электропере- дачи и потребителя может оказаться несостоя- тельной в мире с широко распределенными энер- гоэффективными производствами, растущей на- грузкой мелких домохозяйств, ввиду перехода на электроавтомобили и прогресса, достигнутого в альтернативной энергетике. Более того, энерге- тическая трансформация является просто необ- ходимой в условиях надвигающегося экологиче- ского и ресурсного кризиса. Решением данных проблем должны стать та- кие инновационные концепции, как распреде- ленная генерация электроэнергии, кластеры мини-электростанций, активно-адаптивные сети. Рассмотрим один из наиболее перспективных способов преодоления сруктурно-технологичес- кого кризиса в энергетике – построение взаимосвязанных самоорганизующихся интел- лектуальных энергетических систем. Данные системы предполагают, что ввиду прогресса достигнутого прежде всего в солнечной и ветряной генерации, поребитель электроэнергии является одновременно ее производителем, также в данных системах присутствуют традиционные системы электрогенерации, и активно-адаптивные сети, способные транс- портировать электроноэнергию в любом направ- лении. При большом количестве потребителей и производителей электроэнергии ключевым вопросом является грамотное распределение энергии, при котором потребитель должен получить энергию в необходимом объеме и по конкурентной цене, а произодитель выгодно продать. Ядром данной системы является компьютерный алгоритм, который непосред- ственно принимает решение о распределении энергии. Рисунок 1 – Самоорганизующаяся интеллектуальная энергетическая система 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 232 Задача создания данного алгоритма не является тривиальной ввиду многочисленности абонентов, большого количества их энергетичес- ких характеристик (качетва электроэнергии), а также динамически изменяющейся нагрузки и мощности генерации. Таким образом, алгоритм должен собирать информацию о выше пречисленных параметрах в реальном времени и на основании полученных данных обеспечивать стабильность работы системы и ее опти- мальность. Это возможно только при условии, что алгоритм не только будет активно реаги- ровать на изменение параметров, но и осу- ществлять прогностический анализ. Достиг- нутый прорыв в области нейронных сетей уже сегодня позволяет создавать данные системы. Нейронная сеть (искусственная нейронная сеть) – математическая модель, а также её программное или аппаратное воплощение, построенная по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей – сетей нервных клеток живого организма. Рисунок 2 – Структурная схема персептрона, простейшей нейронной сети Данный вид алгоритмов, построенных по технологиям нейройнных сетей, имеет несколько существенных преимуществ: - эффективная работа с динамическими ситемами; - возможность задания не полностью формализованной задачи; - высокая отказоустойчивость; - способность выделения паттернов в большом объеме информации и др. Все данные достоинства явились драйвером для повсеместного распространения данных алгоритмов и применения их в экономике, медицине, робототехники, сфере информа- ционных технологий и т.д. Однако, существуют недостатки, такие как необходимость большого объема обучающих данных, высокой вычислительной мощности компьютерного оборудования, высокой квалификации кадров, проектирующих данные сети. Существуют различные виды нейронных сетей, также крайне важен выбор количества слоев и количества нейронов в данных слоях, подбор пуллинга и многое другое. Рассмотрим работу интеллектуальной энергетической системы структурно. Рисунок 3 – Структурная схема интеллектуальной энергетической системы Каждый абонент данной сети должен иметь устройства контроля количественных и качест- венных показателей электроэнергии, которыми могу выступать анализаторы качества электро- энергии или смарт-счетчики. Данные приборы, используя информационные сети, передают из- меренные значения параметров качества потреб- ляемой либо производимой мощности, а также величину самой мощности в центр обработки информации. Программное обеспечение состоит из нейронной сети обобщения качественных по- казателей, нейронной сети принятия решений и ПО для обеспечения управления распределением электроэнергии. Задача первой из нейронной сети заключается в сведении множества пара- метров качества и величины мощности к одному параметру, передаваемому далее. Также в дан- ном блоке должен осуществляться анализ каче- ства электроэнергии и формироваться заключе- ние о возможных неисправностях и причинах их возникновения. Данная информация позволит абонентам сети оперативно принять меры по устранению неисправности и минимизировать отрицательное влияние на всю энергосистему. Нейронная сеть принятия решения непосредст- венно осуществляет оценку распределения на- грузки и потребления электроэнергии в режиме реального времени, с помощью данной инфор- мации и владея сведениям об исторических пат- тернах сеть оптимизирует работу системы по показателям максимальной стабильности и эф- фективности. Далее информация передается на блок программного обеспечения для управления распределением электроэнергии, который осу- ществляет сопряжение с аппаратными системами активно-адаптивной электроэнергетической сети. В будущем данная система позволит ус- пешно совместить традиционные электростан- ции и рынок частной генерации электроэнергии. Широко известно, что более 20% мощности электростанций резервируется на пиковое суточ- ное потребление и не используется большую часть времени, системы подобные описанным Секция 2. Методы исследований и метрологическое обеспечение измерений 233 выше нивелируют данную потребность. Также будет иметь место постоянный мониторинг па- раметров качества электрической энергии, что повысит эффективность использования энергии. Важным параметром является цена электроэнер- гии, с помощью активных электроэнергетиче- ских сетей появится возможность потреблять электроэнергию от того производителя, который в данный момент времени предлагает самую низкую цену, ввиду технических, климатических или логистических особенностей. Все вышепере- численные факторы позволят существенно сни- зить издержки, связанные с производством и потреблением электроэнергии, и, следовательно, значительно повысить конкурентоспособность продукции. 1. Бушуев В. В., «Умная» энергетика на базе новых организационно технологических принципов управления инфраструктурными системами// Доклад на XI Международной научно-технической конференции «Интеллек- туальная электроэнергетика, автоматика и высоковольтное коммутационное оборудо- вание». – М., 2011. – 22 с. 2. IBM Business Consulting Services, Построение интеллектуальной электрической сети для передающих и распределительных энергокомпаний – М., 2005. – 20 с. 3. А. С. Каменев, С. Ю. Королев, Нейромоде- лирование как инструмент интеллекту- ализации энергоинформационных сетей. – М., 2012. – 125. 4. M. Tarafdar Haque, and A.M. Kashtiban, Ap- plication of Neural Network in Power system; A Review, World Academy of Science, Engineering and Technology, pp 53-57, June 2005. 5. K.W. Chan, A.R. Edward, A.R. Danish, On- Line Dynamic Security Contingency Screening Using Artificial Neural Network, IEEE Trans. Power Distribution System, pp. 367-372, November 2000. World Academy of Science, Engineering and Technology 6 2005. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 234 Секция 3. ФИЗИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ, МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ УДК 621.3.038.825.2 DIODE-PUMPED Er,Yb:GdAB LASER PASSIVELY Q-SWITCHED BY MBE-GROWN Cr:ZnS/Cr,Co:ZnS THIN FILMS Gorbachenya K.N.1, Kisel V.E.1, Yasukevich A.S.1, Tolstik N.2, Karhu E.2, Furtula V.2, Sorokin E.3, Maltsev V.V.4, Leonyuk N.I.4, Gibson U.2, Sorokina I.T.2, Kuleshov N.V.1 1Center for Optical Materials and Technologies, Belarusian National Technical University Minsk, Belarus 2 Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway 3 Photonics Institute, Vienna University of Technology, Vienna, Austria 4Department of Crystallography and Crystal Chemistry, Moscow State University Moscow, Russia Q-switched erbium lasers emitting in the 1.5-1.6 μm spectral region are widely used in optical location and LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) systems because of eye-safety and weak absorption in the atmosphere. Er,Yb:GdAl3(BO3)4 (Er,Yb:GdAB) crystal was shown to be an efficient laser material for the 1.5-1.6 µm spectral range [1]. A passively Q-switched regime of operation of Er,Yb:GdAB laser was demonstrated recently with Co2+:MgAl2O4 crystal as saturable absorber [2]. Here we report a diode- pumped Er,Yb:GdAB laser emitting near 1.5 µm passively Q-switched by using of MBE-grown Cr:ZnS and Co,Cr:ZnS thin films. Thin films of Cr-doped ZnS were deposited using the high purity materials (99.999% purity) in the UHV MBE deposition system at base pressure of ~4x10-9 Torr and thermal evaporation [3]. High- quality polycrystalline films transparent through the visible and infrared regions were obtained with absorption peak at 1600 nm indicating dominance of the Cr2+ oxidation state and a fluorescence peak at 2000 nm. Film thickness was kept in the range 2 to 8 µm with Cr content varied from 0.01 to 3 at.%. Cobalt was added as a codopant to some of the films at 0.1 at.% content. Absorption and fluorescence spectra of Cr- single-doped films show a well-defined Cr2+ bands centered at 1.7 µm and 2 µm, respectively, related to the transitions between 5E and 5T2 energy levels (Fig. 1a, 1b). Fabry-Perot etalon effect in the thin Cr:ZnS film resulted in spectrum modulations for both absorption and emission spectra. Swanepoel analysis [4] was used to eliminate the modulations from the absorption spectra. The 5T2 level lifetime was found to be concentration dependent, decreasing from 5.4 µs for 0.012 at.% doped film to 1.3 µs for 0.1 at.% doped film [5]. a) 800 1200 1600 2000 2400 0 25 50 75 100 125 150 175 Cr(2.7%):ZnS Cr(0.033%):ZnS A bs or pt io n, c m -1 Wavelength, nm b) Fig. 1. The absorption (a) and fluorescence (b) spectra of the Cr:ZnS thin films and single crystal The high quality Er,Yb:GdAB crystal was grown by dipping seeded high-temperature solution growth. The concentrations of the dopants were measured to be 1 at.% for Er3+ and 11 at.% for Yb3+. The laser cavity consisted of pump mirror (PM) (R>99.5% at 1522 nm and T>95% at 976 nm) deposited onto external side of the crystal and a flat output coupler (OC) with transmission of 9% at 1522 nm. A saturable absorber (SA) – few-µm thick Cr:ZnS film on 1-mm-thick sapphire substrate - was inserted between the laser element and OC. The minimal geometrical cavity length was about 4 mm, that was 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 0 10 20 30 40 50 60 x80 Cr:ZnS thin film Cr:ZnS ceramics 100 mW S pe ct ra l i nt en si ty (r el . u .) Wavelength (nm) x22 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 235 limited by the design of the active element cooling system. The active element (AE), a 1-mm-thick, c– cut Er,Yb:GdAB crystal was wrapped in indium foil and mounted between two copper slabs with a hole in the center to permit passing of pump and laser beams. Its temperature was kept at 14 °C by means of thermo-electrical cooling elements with water- cooled heatsink. A 976 nm fiber-coupled (Ø105 μm, NA=0.22) laser diode emitting unpolarized radiation at 976 was used as a pump source. The pump beam was focused into the crystal by a focusing system into 120 µm spot (1/e2 intensity). The small-signal pump absorption of the crystal was measured to be near 75%. The setup for laser experiments is schematically shown in Fig. 2. Fig. 2 Schematics for laser experiment Stable passively Q-switched regime of the Er,Yb:GdAB laser was obtained with Cr:ZnS thin films having Cr concentration from 0.1 to 0.5 at. %. The best laser performance was achieved for 5-µm- thick 0.1 at.%-doped film additionally codoped with 0.1 at.% Co, having initial Fresnel-free transmission about 4%. The maximum average output power of 332 mW was demonstrated at 1522 nm (Fig. 3). The spatial profile of the output beam was TEM00 mode with M2 parameter less than 1.5 (see inset in Fig. 3). Fig. 3. Average output power vs. absorbed pump power of Q-switched Er,Yb:GdAB laser. The inset shows output beam profile Laser pulses with energy of 10.7 µJ and duration of 6 ns were obtained at a repetition rate of 31 kHz when the incident pump power was about 4.5 W. The oscilloscope trace of the shortest single Q-switched pulse measured at incident pump power of 4.5 W with corresponding pulse train is presented in Fig. 4. Fig. 4. Oscilloscope traces of the shortest pulse and the corresponding pulse train In conclusion, passively Q-switched Er,Yb:GdAB laser with MBE-grown Cr:ZnS/Cr,Co:ZnS thin film saturable absorber was demonstrated for the first time to our knowledge. The pulses with 10.7 µJ energy, 6 ns duration, and 31 kHz repetition rate were obtained at the wavelength of 1522 nm. The saturable absorber manufacturing technique allows obtaining integrated AE-SA structures especially interesting for compact microchip Q-switched lasers with minimal pulse duration. 1. K.N. Gorbachenya, V.E. Kisel, A.S. Yasukevich, V.V. Maltsev, N.I. Leonyuk, and N.V. Kuleshov, “Highly efficient continuous-wave diode-pumped Er,Yb:GdAl3(BO3)4 laser,” Opt. Lett. 38, 2446– 2448 (2013). 2. K.N. Gorbachenya, V.E. Kisel, A.S. Yasukevich, V.V. Maltsev, N.I. Leonyuk, and N.V. Kuleshov, “Eye-safe 1.55 μm passively Q-switched Er,Yb:GdAl3(BO3)4 diode-pumped laser,” Opt. Lett. 41, 918–921 (2016). 3. E. Karhu, N. Tolstik, E. Sorokin, S. Polyakov, R. Zamiri, V. Furtula, U. Osterberg, I.T. Sorokina, and U. J. Gibson, "Towards Mid- IR Waveguide Lasers: Transition Metal Doped ZnS Thin Films," in Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (2016) (Optical Society of America, 2016), paper STu4R.2. 4. R. Swanepoel, "Determination of the Thickness and Optical-Constants of Amorphous-Silicon," J. Phys. E-Sci. Instrum. 16, 1214–1222 (1983) 5. N. Tolstik, E. Sorokin, E. Karhu, S. Polyakov, U. Gibson, and I.T. Sorokina, "MBE-grown Cr:ZnS Thin Film Laser Media," in Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2016), paper JF1K.5. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 236 UDC 621.373.8 GRAPHENE Q-SWITCHED WAVEGUIDE LASER AT 1.83 μm Kifle E.1, Mateos X.1,3, Loiko P.A.1,2, Yumashev K.V.2, Petrov V.3, Griebner U.3, Aguiló M.1, Díaz F.1 1Universitat Rovira i Virgili, Tarragona, Spain 2Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus 3Max-Born-Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy, Berlin, Germany Lasers emitting at around ~2 μm has gained interest for potential applications in atmospheric sensing, range-finding (LIDAR systems), wind mapping and medical surgeries [1]. Such ~2 μm lasers having a waveguide geometry are also useful in integrated optics, e.g., for various gas and bio- molecule on-chip sensors. Trivalent Thulium (Tm3+) ions, efficiency pumped at ~0.8 μm (3H6 → 3H4 absorption band), are commonly used to generate ~2 μm laser emission from the 3F4 → 3H6 transition. Monoclinic double tungstates, KRE(WO4)2 or shortly KREW where RE = Gd, Y or Lu, are very suitable hosts for Tm3+ doping [2]. In the present work, continuous-wave (CW) and graphene passively Q-switched (PQS) laser operation of Tm:KYW planar waveguide is reported. The studied sample has symmetrical structure with an undoped KYW substrate, a Tm3+-doped lattice-matched active layer and an undoped KYW cladding. The KYW bulk sample was grown by the Top-Seeded Solution Growth (TSSG) slow-cooling method. It was cut parallel to the (010) natural face and polished to laser quality. The Liquid Phase Epitaxy (LPE) method was used to grow the active layer with a composition of KY0.58Gd0.22Lu0.17Tm0.03W. The as-grown active layer was polished down to 12.4 μm and later an undoped KYW was grown as a cladding which was polished down to a final thickness of 58 μm. The fabricated waveguide sample was oriented for light propagation along the Ng-dielectric axis. The laser cavity consisted of a flat pump mirror (PM) that was antireflection (AR) coated for 0.7–1 μm and high-reflection (HR) coated for 1.8–2.1 μm and a flat output coupler (OC) providing a transmission of TOC = 5% at 1.8–2.1 μm. A transmission-type graphene-SA was inserted between the waveguide and OC. The graphene-SA was a commercial single-layer graphene fabricated by the chemical vapour deposition (CVD) method and deposited on a 1.05 mm-thick uncoated fused silica substrate. The presence of a graphene (single layer of C atoms) was confirmed by Raman spectroscopy and it has a small-signal transmission of 97.7% at ~2.06 μm [3]. A Ti:Sapphire laser beam, tuned to 802 nm and polarized along the Nm-optical axis of the active layer, was used as a pump source. The pump light was coupled into the waveguide with a 10X microscope objective lens (NA: 0.28, focal length: 20 mm). The incident pump power was varied with a gradient neutral density (ND) filter placed before the objective. The measured small-signal pump absorption was ~70% and the absorption dropped to ~60% for the highest pump power. The efficiency of the pump light coupling into the waveguide was estimated from the geometrical overlap of the pump beam and the active layer cross-section to be ~24%. The laser signal from the waveguide was filtered with a cut-off filter and coupled out with a 40 mm aspheric lens. The scheme of the laser set-up is shown in Fig. 1. The emission wavelength was detected with an optical spectrum analyzer (Yokogawa AQ6375). The far-field profile of the guided mode was detected using a FIND-R-SCOPE Near IR Camera. A fast InGaAs photodiode (rise time: 200 ps) and a 2 GHz digital oscilloscope were used for detection of the Q-switched pulses. Figure 1 - Experimental set-up: ND – neutral density filter, PM - pump mirror, OC - output coupler, F - cut-off filter CW Tm:KYW waveguide laser generated an output power of 14.4 mW at 1835.4 nm with a slope efficiency η of 18% with respect to the absorbed pump power. The laser threshold was at Pabs = 38 mW. Stable passive Q-switching was achieved when inserting the graphene-SA. The maximum average output power reached 6.5 mW at wavelength 1831.8 nm corresponding to η = 9% and a laser threshold at Pabs =51 mW, Fig. 2. The conversion efficiency with respect to the CW operation mode ηconv reached 45%. For both CW and PQS regimes the laser output was linearly polarized (E || Nm). The output beam of the laser was multimode and strongly elliptic, see inset in figure 2(a). The dependence of the pulse characteristics (pulse duration, Δτ, determined as full width at half maximum, FWHM, pulse repetition frequency, PRF, pulse energy, Eout = Pout/PRF, and peak power, Ppeak = Eout/Δτ), are shown in figure 3. When the absorbed pump power was increased from 75 to 126 mW, the Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 237 pulse duration shortened from 312 to 195 ns and the pulse energy increased from 2.3 to 5.8 nJ. This was accompanied by a nearly linear increase of the PRF, in the 0.73-1.13 MHz range. The maximum peak power reached ~30 mW. These results have shown a significant improvement as compared to [4] where Cr2+:ZnS was used as a SA with a similar waveguide structure. Figure 2 - CW and graphene PQS Tm:KYW waveguide lasers: (a) input-output dependences, η - slope efficiency, inset - spatial profile of the laser beam; (b) typical laser emission spectra measured at Pabs = 126 mW Figure 3 - Graphene PQS Tm:KYW waveguide laser: (a) pulse duration Δτ (FWHM), (b) pulse energy Eout, (c) pulse repetition frequency (PRF) and (d) peak power Ppeak versus the absorbed pump power The oscilloscope trace of the shortest single Q- switched pulse and the corresponding pulse train are shown in Fig. 4. The intensity instabilities in the pulse train are <10% and the rms pulse-to-pulse timing jitter is <15%. The Q-switching instabilities in the studied laser are caused mainly by the temporal instabilities of the output of the Ti:Sapphire laser and to less extend – to the heating of the graphene-SA with the non-absorbed pump. Figure 4 - Oscilloscope traces of a single Q-switched pulse and the corresponding pulse train (inset) for graphene PQS Tm:KYW waveguide laser, Pabs = 126 mW In conclusion, the first ~2 μm double tungstate waveguide laser passively Q-switched by a graphene-SA was demonstrated. The laser is based on a buried 3 at.% Tm3+:KYW planar waveguide and delivered 5.8 nJ / 195 ns pulses at 1831.8 nm at a high pulse repetition frequency of 1.13 MHz. The Q-switching conversion efficiency reached 45%. Future work will focus on implementing higher Tm3+-doping as well as channel waveguide lasers for improving the pulse duration and repetition frequencies. 1. K. Scholle. 2 μm laser sources and their possible applications // Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, Bishnu Pal (Ed.), 2010. 2. V. Petrov, M.C. Pujol, X. Mateos, Ò. Silvestre, S. Rivier, M. Aguiló, R. M. Solé, J. Liu, U. Griebner, F. Díaz. Growth and properties of KLu(WO4)2, and novel ytterbium and thulium lasers based on this monoclinic crystalline host // Laser & Photon Rev. – 2007. – Vol. 1. – P. 179–212. 3. R. Lan, P. Loiko, X. Mateos, Y. Wang, J. Li, Y. Pan, S.Y. Choi, M.H. Kim, F. Rotermund, A. Yasukevich, K. Yumashev, U. Griebner, V. Petrov. Passive Q-switching of microchip lasers based on Ho:YAG ceramics // Appl. Opt. – 2011. – Vol. 55. – P. 4877–4887. 4. W. Bolaños, J. J. Carvajal, X. Mateos, E. Cantelar, G. Lifante, U. Griebner, V. Petrov, V. L. Panyutin, G. S. Murugan, J. S. Wilkinson, M. Aguiló, F. Díaz. Continuous-wave and Q- switched Tm-doped KY(WO4)2 planar waveguide laser at 1.84 μm // Opt. Express. – 2011. – Vol. 19. – P. 1149–1154. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 238 УДК 615-82(837) INDIVIDUALIZATION OF HUMAN BLOOD CIRCULATION Ostasevicius V.1, Tretsyakou-Savich Y.1, Minchenya V.T. 2 1Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania 2Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus Various fluid-structure interaction studies of the aortic and implanted aneurysm have been conducted. But at this moment, the interactions between a pulsatile flow and blood vessel walls in an aortic arch models has not enough studied. According to statistics - 75% disease of aortic aneurysm occurs in the abdominal cavity in the region of the renal arteries. The main cause is - arteriosclerosis. Multiple aneurysms occur for more than 10% of patients. The cases of genetic predisposition are also considered. The category of high risk of human infection - men after 60 years. Course of the disease is accompanied by arterial hypertension more than for 50% of patients [1]. Initial parameters of blood and CT scans can be used for a computer simulation of abdominal aortic aneurysm. Furthermore, the model at COMSOL software was created with prescribed conditions of real aorta. In this case output data can be used for further experiments of prostheses. There are many types of blood flow simulation in human cardiovascular system. CT scans shows the patient-specific geometry parameters of abdominal aortic aneurysm. But every method have own differences. For example, one method is based on an inverse analysis of shape to calculate a stress-free reference parameter. Other - to update and modify Lagrangian formulation. [2] The main objective of this study is to create a model of blood flow in COMSOL Multiphysics software for future use at its individualization of endovascular prostheses. A substitute model, made from the transparent silicone with blood flow parameters was used. A liquid composed of water, glycerin, xanthan gum and sodium chloride has been specifically adapted for the this experiment. Simulations of 1:1 model based on CFD have been compared with in situ, laser-Doppler velocimetry measurements in the aortic aneurysm. [3] It was found that LDA measurements and CFD results were used to get most accurate patient- specific geometry parameters of aorta in common condition. [4] The main objective of this study is to create a model of blood flow in COMSOL Multiphysics software for future use at its individualization of endovascular prostheses. Result of the patient diagnosis is the parameter Δp (pressure differential), and Δp plotted versus Reynolds number. Therefore, in the analysis of fluid flow simulation results in the COMSOL graphical extent on the entire plot the pressure distribution has been selected. The model should be adequate to the real conditions of fluid flow, and comply with all the laws of hydrodynamics. Therefore, to achieve this, the initial parameters were taken from the patient diagnosis results. Pressure means depends on channel roughness, resistance coefficient and flow type, which is turbulent. Pressure calculations [5] for the round channel: ∆𝑝 = ξ 𝑙 𝑑 ∙ 𝜌𝑣�2 2 , where ξ - resistance coefficient, l – specific length, m; d – channel diameter, m; ρ - density kg/m3, and v – stream velocity, m/s. Velocity is calculated [5] from debit Q: 𝑄 = 𝑣 ∙ 𝐴 = 𝑣𝜋𝑟2, where r – channel radius, m. Resistance coefficient [5] calculated: ξ = 0,3164 ∙ (𝑅𝑒)−1 4� , Where flow type defining Reynolds number is calculated [6] from 𝑅𝑒 = 𝜌𝑣𝑑 𝜇 , µ - dynamic viscosity, kg/(m·s). Comparing the pressure distribution graphs in the cases of fluid passing through the direct channel and the endovascular prosthesis the characteristic curves of the pressure at the different Δp could be presented by Figure 1. Figure 1: Graphical pressure distribution analysis Thus simulation by this method, and the model can be used in the future to create individual forms of endovascular prosthesis for each individual case. The initial parameters will serve as tests and the results of medical research. Modeling is performed in step immediately before production and then individualized endovascular prosthesis is created with high precision on specialized equipment. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 239 The main objective of the operation - to prevent pressure effect on the resulting bag to avoid bursting [7]. This form of treatment has proven itself due to the relative ease of fabrication and good properties for introduction into the human body. Over time, the technical production capabilities have grown and it is allowed to create a stent-grafts with branches [8]. Delivery of the stent-graft through the femoral artery is much safer than in the case of open surgery. In this case, such factors as the symptoms, age, disease, life style, size and morphology of the aneurysm and the implantation site are considered. It's worth noting that according to the International Standardization Organization the mechanical properties of the stent graft should be retained not less than 10-year period [9]. Based on the fact that each person is unique since birth, and even more so according to its style of life, the blood flow in the cardiovascular system, also has its own peculiarities which avoid turbulent flow and unpleasant consequences for the human body. The situation is complicated in the case of the formation of abdominal aortic aneurysm due to trauma. Therefore, to ensure the full protection of all internal organs without prior thorough diagnosis carried out open surgery outside specially designated clinics is extremely dangerous and the risk is very high [10]. Improving the endovascular prosthesis inevitably leads to a reduction in the mortality of patients, the number of which at the moment is still quite high. After the operation in the course of life requires constant monitoring of the health condition. It is necessary for urgent surgical intervention in case of complications detection. [11]. Currently, important aspects are the presence of the transverse corrugation which enables the prosthesis blood vessel to restore its original shape after stretching .: inner and outer gelatin coating which, after implantation into the body provides neointima formation on the inner surface and germination of the connective tissue. The stent graft after deployment should be fixed at the neck of the aneurysm of the abdominal aorta. The force with which the prosthesis is retained in the aorta, should be sufficient to prevent its unintended migration. Therefore, the diameter of the implant should be equal to the diameter of the aorta at the site of its contact solid surface, and the range equilibrium at the junction should be observed [12]. Over time, the shape and design of endovascular prostheses, in particular the methods of delivery, deployment and fixation, matching the real human cardiovascular system should be maintained. Full individualization stent graft for each patient - this increase in life expectancy and quality. 1. James E. Dalen Aortic aneurysm 2012 2. M.W. Geecorrespondenceemail, C. Reeps, H.H. Eckstein, W.A. Wall 2009 Prestressing in finite deformation abdominal aortic aneurysm simulation 3. Róbert Bordás, corresponding author Santhosh Seshadhri, Gábor Janiga, Martin Skalej and Dominique Thévenin Experimental validation of numerical simulations on a cerebral aneurysm phantom model 2012 4. 4th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering Numerical simulation and Experimental Validation in an Exact Aortic Arch Aneurysm Model IFMBE Proceedings Volume 22 2008 5. A. Teplov Fundamentals of hydraulics 1965 6. Jesse Russeell, Ronald Cohn Reynolds number 2012 7. Isa C. T. Santos, Alexandra Rodrigues, Lígia Figueiredo, Luís A Rocha, João Manuel R. S. Tavares, João Manuel R. S. Tavares, Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias Mechanical properties of stent-graft materials 2012 8. Mohammed Elkassaby, Mahmoud Alawy, Mohamed Zaki Ali, Wael A. Tawfick, and Sherif Sultan Aorto-Uni-Iliac Stent Grafts with and without Crossover Femorofemoral Bypass for Treatment of Abdominal Aortic Aneurysms: A Parallel Observational Comparative Study 2015 9. Joseph E. Bavaria, MD, Joseph S. Coselli, MD, Michael A. Curi, MD, MPA, Holger Eggebrecht, MD, John A. Elefteriades, MD, Raimund Erbel, MD, Thomas G. Gleason, MD, Bruce W. Lytle, MD, R. Scott Mitchell, MD, Christoph A. Nienaber, MD, Eric E. Roselli, MD, Hazim J. Safi, MD, Richard J. Shemin, MD, Gregorio A. Sicard, MD, Thoralf M. Sundt III, MD, Wilson Y. Szeto, MD, and Grayson H. Wheatley III, MD Expert Consensus Document on the Treatment of Descending Thoracic Aortic Disease Using Endovascular Stent-Grafts 2008 10. Herve´ Rousseau, Omar Elaassar, Bertrand Marcheix, Christophe Cron, Vale´rie Chabbert, Sophie Combelles, Camille Dambrin, Bertrand Leobon, Ramiro Moreno, Philippe Otal, Julien Auriol The Role of Stent-Grafts in the Management of Aortic Trauma 2012 11. Rebecca L. Kelso, MD, Sean P. Lyden, MDcorrespondenceemail, Brett Butler, MD, Roy K. Greenberg, MD, Matthew J. Eagleton, MD, Daniel G. Clair, MD Late conversion of aortic stent grafts 2008 12. Ehsan Masoumi Khalil Abad, Damiano Pasini, Renzo Cecere Shape optimization of stress concentration-free lattice for self-expandable Nitinol stent-grafts 2016 . 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 240 УДК 681 GAIN NARROWING FREE OPERATION OF CHIRPED PULSE REGENERATIVE AMPLIFIER BASED ON YB:LuAlO3 CRYSTAL RudenkovA.1, Kisel V.1, Yasukevich A.1, Hovhannesyan K.2, Petrosyan A.2, Kuleshov N.1 1Center for Optical Materials and Technologies, Belarusian National Technical University Minsk, Belarus 2Institute for Physical Research, National Academy of Sciences Yerevan, Armenia 1. Introduction Diode-pumped femtosecond laser sources with pulse repetition rates of hundreds kHz and pulse energies of tens microjoules are of practical importance for high-precision micromachining in industry and biomedicine [1]. These pulse trains can be generated conveniently with RA systems based on bulk regenerative amplifiers. The highest output power reported so far for bulk RAs is 28 W in an Yb:CALGO operating at 500 kHz, with 217 fs pulses [2]. The output power of about 21 W at 200 kHz PRF with 200 fs pulse duration is obtained on Yb:KGW dual crystal system [3]. Femtosecond laser pulses with duration as short as 97 fs with output power of 1.2 W at 50 kHz PRF were obtained with the Yb:CALGO RA system [4] which demonstrates the possibility of sub-100 fs pulses amplification. Generalizing the above data, we can conclude that the search for new laser media with appropriate spectroscopic properties for regenerative amplification of ultrashort laser pulse is still of high interest. Yb-doped lutecium aluminate laser crystal (Yb:LuAlO3) has attractive spectroscopic properties which makes it promising material for femtosecond laser systems. It has a reasonable large emission cross section (~0.7x10-20 cm2), long upper-level lifetime (475 µs), small quantum defect (<4%), and broadband absorption and emission spectra. In this paper we report the experimental results of an Yb:LuAlO3 chirped pulse RA generating 6 W average power with chirped pulses and 4.4 W output power with a compressed 165 fs pulses for the first time to the best of our knowledge. 2. Experimental layout The schematic of the system is shown in Fig. 1. As a seed laser diode-pumped Yb:KYW oscillator was used which provides 98 fs pulses [5]. The RA setup chosen for this experiment is quite common, employing a BaB2O4 Pockels cell for pulse injection and ejection. Amplifier cavity was formed by two concave folding mirrors (M1, M2) and two flat mirrors (HR1, HR2). 2 mm-long a-cut Yb(2at.%):LuAlO3 crystal was used as a gain medium. The crystal was maintained at 15 °C by means of thermo-electrical cooling elements with water-cooled heatsink. The main problem for longitudinal pumping of Yb:LuAlO3 crystal is a comparatively low quantum defect (~5%). The strong absorption band of the crystal that can be used for efficient pumping centered at 978.5 nm for π-polarization while the smooth stimulated emission (SE) band is located around 1040 nm. Fig. 1. Schematic of the Yb:LuAlO3 chirped pulse regenerative amplifier To overcome this spectral features a novel “off- axes” pump layout was developed for longitudinal pumping of the active element (Fig. 1). This pump arrangement was recently successfully tested in the longitudinally pumped passively mode-locked Yb:KGW laser [6]. As a pump source a multiple single emitter InGaAs fiber coupled laser diode (Ø105 μm, NA=0.15) with maximum output power of about 28 W was used. The pump light was formed by set of lenses into the spot with diameter of about 180 µm (1/e2). The losses on transmission of the hole from such "pump" mirror did not exceed 3 % of pump power. Besides that such pumping scheme enable us to tune the wavelength of the laser diode exactly in the absorption band of the material without losses in the short-wave pass filter (input mirror). One of the important things most notably for regenerative amplifiers with longitudinal pumping schemes is that the part of the intracavity pulse energy passes through the input mirror and damages pumping diode. Our pumping scheme is free of these negative issues. In Fig. 2 the pump beam profiles during the propagation through the gain crystal are depicted. As can be seen the pump beam profile was a circular and homogeneous inside the crystal. The drop in the middle of the pump beam profile appears at the distances >3mm from pump beam waist and therefore do not introduce any negative influence due to the pumping inhomogeneity on the mode- matching and output laser performance. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 241 Fig. 2. Beam radius and pump beam profiles during the propagation through the cavity and gain crystal. A grating compressor was employed at the RA output in order to compress the chirped femtosecond pulse. Compressor with transmission of about 76 % consisted of two reflection Au-coated grating with period of 1800 mm-1, the same as in stretcher. 3. Chirped pulse regenerative amplifier performance During the RA experiment we measured the output pulse train parameters for E//b and E//c- polarized light in the gain medium at different PRF in the range 1-200kHz. Maximum output power before compression of 6.7W with opt.-to-opt. efficiency of 25% at 75-200kHz PRF was obtained for E//c-polarized light. For E//b-polarization maximum output power before compression of 6W with opt.-to-opt. efficiency about 22% at the same PRF was achieved. During the RA experiment with the highest output power 14.9nm wide (FWHM) pulses were obtained for E//b-polarized light with compressed pulse duration of 165fs. Laser pulses with 2.7nm spectral width were obtained for E//c- polarized light with pulse duration of about 565fs. The dependency of average output power and pulse energy on the pulse repetition frequency are shown in Fig. 3. Fig. 3. Average output power and pulse energy versus PRF Yb:LuAlO3 based RA with E//b-polarized output demonstrated extremely stable broadband output spectrum with 13-15nm spectral bandwidth (FWHM) at different cavity round trip numbers from 63 to 122 and different PRF of 10, 50 and 200kHz without any nonlinear regime of amplification. The output spectra for different polarizations at the highest output power are shown in Fig. 4. In the case of E//b-polarized output spectral width of 14.9nm was wider than seed pulse spectral width of 11.7nm. Moreover, the spectral width of about 14.9nm was almost unchangeable for seed pulses with spectral width in the range 11-15nm (FWHM). Fig. 4. RA and seed spectra In conclusion, we have demonstrated, to the best of our knowledge, the first chirped pulse regenerative amplifier based on Yb:LuAlO3 crystal. Gain properties of the crystal for E//b- and E//c- orientations were studied in the RA experiments. Operation without gain narrowing effect was demonstrated for E//b-polarized output while strong gain narrowing was observed for E//c-polarization. 4. References 1. D. Breitling, C. Föhl, F. Dausinger, T. Kononenko, and V. Konov, in Femtosecond Technology for Technical and Medical Applications, F. Dausinger, F. Lichtner and H. Lubatschowski, eds. (Springer, Berlin, 2004). 2. E. Caraccioloet.al., "28-W, 217 fs solid-state Yb:CAlGdO4 regenerative amplifiers," Opt. Lett. 38, 4131-4133 (2013). 3. G.H. Kimet.al., “A high brightness Q-switched oscillator and regenerative amplifier based on a dual-crystal Yb:KGW laser,” Laser Phys. Lett. 10 (2013) 125004 (5pp). 4. Julien Pouysegur et. al., "Sub-100-fs Yb:CALGO nonlinear regenerative amplifier," Opt. Lett. 38, 5180-5183 (2013). 5. A.A. Kovalyov, V.V. Preobrazhenskii, M.A. Putyato, N.N. Rubtsova, B.R. Semyagin, V.E. Kisel, A.S. Rudenkov, N.V. Kuleshov and A.A. Pavlyuk, “Efficient high-power femtosecond Yb3+:KY(WO4)2 laser,” Laser Phys. Lett. 12, 075801 (2015). 6. V.E. Kisel, A.S. Rudenkov, A.A. Pavlyuk, A.A. Kovalyov, V.V. Preobrazhenskii, M.A. Putyato, N.N. Rubtsova, B.R. Semyagin, and N.V. Kuleshov, "High-power, efficient, semiconductor saturable absorber mode-locked Yb:KGW bulk laser," Opt. Lett. 40, 2707-2710 (2015). 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 242 УДК 621.385.6 LASER PHOTOTHERMOACOUSTIC MICROSCOPY THRESHOLD OF SENSITIVITY TESTING Wolkenstein S. S.1, Kerentsev А.F. 2, Rubtsevitch I.I.2, Khmyl А. А.3 1PJSC “PLANAR-SO”, Minsk, Belarus 2JSC “INTEGRAL” -"INTEGRAL" Holding Managing Company 3BSUIR, Minsk, Belarus Microcircuits and electronic devices structural design consists of a great number of permanent connections which are attended in ceramic cases structure, in mounted chips, in interconnections of various types, in diverse sealing, capping and capsulation arrangements. Any failure appeared in this chain of connections will inevitably result in unavoidable hardware fail. Tightened requirements for the quality of ingoing materials and manufacturing process of microcircuits and electronic twofold purpose devices making for the intention of import substitution, national security, enhancement of their dexterity, increase of performance specification and operating characteristics effectiveness promote development of conventional (diffused worldwide trend) or creation of novel nondestructive evaluation and diagnostic methods. Conventional nondestructive evaluation and diagnostic methods have many disadvantages. Optical and electron microscopy is unsuitable for opaque material interior study. X-ray equipment has low sensitivity to a bulk continuity violation and is blind relative to aluminium, nonconductive adhesives, etc. Ultrasonic microscopes are highly sensitive (≥100 nm) to a bulk continuity violation but they have certain restriction of application by using contact activation and immersion method of the action. The problem can be solved through the exposure of an item surface to probing laser impulse radiation with acoustic waves in the sample to be registered by a converter built in the acoustic system. The waves are a result of thermoelastic structure deformation of the inspected item. Photoacoustic signal taken from the sensor depends on numerous local physical properties of the object’s marked area. At raster probing the inspected object by in-focus laser beam a bulk wave response signal is formed as a result of superposition of three different processes [1]:  radiation absorbed capacity variations due to alteration of optical properties of the object from one point to another;  interaction of temperature waves with thermal discontinuities of the object;  interaction of acoustic waves with elastic discontinuities of the object. In order to receive and process photoacoustic signals there used a volume wave acoustic-electric converter unit with a wide band low noise amplifiers mounted on coordinate stages with aerostatic and crossed-axis helical gears. Bulk wave response data is accumulated and registered by a hardware signal processing module (know-how). In the process of scanning 16-gradation color-encoded pixel-by-pixel 2D image (laser photoacoustic topogram) of permanent connections contact areas with up to 2500X magnification is registered on the screen of a color monitor, with low levels of photoacoustic signals pointing at contact areas with a more homogeneous structure (dark graded steps from 1 to 6) that provides for a physical contact and high levels pointing at inhomogeneous areas (light graded steps from 7 to 16) which indicates that the structure continuity is disturbed (fig. 1) [2]. Fig. 1. Color 16-graded scale More than four orders of linear X, Y displacement values (the range from 51200 up to several micrometers with spatial X, Y resolution from 200 to 0.5 micrometers) electromechanical drives possibility and flexibility of laser beam diameter variation (the range from 200 to 2 micrometers) afforded an opportunity to work out diagnostics and checking technique for examination of almost all types of permanent connections used in electronic and microelectronic modular assembly, such as:  bonding dice of semiconductor devices and IC to the base of the packages and the die holders using eutectic, solder and adhesive compositions;  microbonded connections by gold, aluminum, copper etc. wire using methods of thermosound, thermocompression, ultrasound and contact bonding;  welded and soldered seams of the cases of semiconductor devices and ICs;  hermetic sealing of ICs using different press- compounds;  setting electronic components onto different substrates (SMD, COB);  adhesion of metal coatings to different substrates. During carrying out the research of radiation- resistant batch bonded ribbon leads manufacturing (fig. 2) were provided preparatory steps such as degreasing and aluminum oxide film deep etching Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 243 relative to contact surfaces. Nondestructive testing was applied to bonded specimens made with three variations: 1) with contact surfaces only degreasing; 2) with contact surfaces degreasing and aluminum oxide film partial (10 s) etching; 3) with contact surfaces degreasing and aluminum oxide film deep etching. Fig. 2. Pilot specimen with radiation-resistant batch bonded ribbon leads (exterior view): ceramic base (a); aluminum bonding pads (b1, b2, b3); aluminum ribbon leads (c1, c2, c3); bonded spots (d1, d2, d3) Consequently to nondestructive testing one can see typical characterization of bonded spots (d1, d2, d3) internal structure for three variations of aforesaid research (fig. 6 a, b, c). a b c Fig. 3. Laser photoacoustic topograms of pilot specimens with radiation-resistant batch bonded ribbon leads: only with degreasing of contact surfaces (a); with degreasing and aluminum oxide film partial (10 s) etching of contact surfaces (b); with degreasing and aluminum oxide film deep etching of contact surfaces (c); (spatial X, Y resolution – 50 µm) Laser photoacoustic topograms (fig. 3 a, b, c) analysis of traced bonded spots (d1, d2, d3) internal structure displays aluminum oxide films (fig. 3 a, blue color) and juvenile surfaces creation in the issue of contact surfaces etching (fig. 3 b, c, black). This implyies that we can see on laser photoacoustic topograms incipient of aluminum oxide films which thickness averaged out as several nanometers conditioning the threshold of sensitivity to a continuity violation of present nondestructive testing method. Owing to high sensitivity to permanent connections continuity violation serious shortcomings were revealed concerning radiation- resistant ribbon leads bonded spots d1, d2, d3, d4, d6 applied in operational equipment specimen (fig. 4). Only d5, d7 bonded spots (fig. 4) according to appropriate laser photoacoustic topogram subimages have ohmic regions (dark, blue) comparable to the cross-section of these aluminum ribbon leads. That indicates the satisfactory quality of these permanent connections. Other bonded spots (d1, d2, d3, d4, d6,) according to appropriate laser photoacoustic topogram subimages have unsatisfactory quality of permanent connections because of insignificant ohmic regions square which is far less than cross- section of these aluminum ribbon leads. In addition the bonding pad b5 adhesion is of unsatisfactory quality on account of laser photoacoustic topogram appropriate subimage red coloration. Fig. 4. Operational equipment specimen with radiation-resistant bonded ribbon leads exterior view: ceramic base (a); bonded spots (d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7) Fig. 5. Appropriate to Fig. 4 subimages of laser photoacoustic topogram. Among them bonded spots d5, d7 of satisfactory quality, d1, d2, d3, d4, d6 – unsatisfactory quality; b5 – bonding pad adhesion of unsatisfactory quality; (spatial X, Y resolution – 50 µm) Above-stated serious critical defects revealed concerning radiation-resistant ribbon leads bonded spots d1, d2, d3, d4, d6 and bonding pad b5 bad quality 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 244 of adhesion will lead to unavoidable time to failure decreasing induced by internal action of electrocorrosion, ponderomotive forces and low- strength of these permanent connections. 1. A.C. Tam, Rev. Mod. Phys., 1986, v.58, p. 381 2. Волкенштейн С.С., Дайняк И.В., Хмыль А.А. Сравнительная оценка альтернативных методов контроля качества и диагностики монтажных конструкций «п/п кристалл - подложка». «Доклады БГУИР», №2, 2016 г., с. 51-55. УДК 621.023.6 PROCEDURE FOR DESIGNING OPTIMIZED ACTUATORS OF THE ROBOTS USING BIOLOGICAL OBJECTS Zimmermann K.1, Lysenko V.2, Mintchenia W.2 1Technical University Ilmenau Ilmenau, Germany 2 Belarusian National Technical University Minsk, Belarus The urge for individual mobility has led to the development of airplanes, trains and cars, which are much faster locomotion systems than human legs. Nevertheless, pedal locomotion systems and humanoid robots are main focal points of worldwide research in biologically inspired robotics. Biomimetical robots are developed by engineers and scientists in the life sciences by joint integrative analysis (i.e.,combining different analytical layers) of the construction and functionality of animal locomotion systems and the transfer of the construction principles to technical fields. Currently, the development of “walking machines,” i.e., pedal locomotion, dominates the research of biologically inspired locomotion systems. The known solutions for “walking machines” range from uniquies for fundamental research to series manufacturing of commercial products for the entertainment industry. From bipedal to octopedal constructions, almost all biological prototypes have been constructed by engineers. Due to the dedication of BERNS of the University of Kaiserslautern, the walking machines catalogue (www.walking-machines.org) has given an excellent overview of available walking machines worldwide for many years. The motivation for this research direction is of very different nature [1]. In the literature several methods of techniques finding technical solutions, sets of software products supporting the process of technical systems design and a selection of technologies to be implemented are described. Nevertheless, having well developed tools of the analysis, these methods frequently have no effective solving tools for problems. A new approach of special problem-solving methods at the initial design stages is presented. The methods are based on analysis and the combination of technical or biological objects and a legged robot. Described techniques allow us to create several new legged robots. A new class of micro robots and a new class of legged mechanisms is chosen to present the possibilities of the method. Merging the kinematics of a salamander with the kinematics of an octoped allows us to develop a new eight legged robot with only three actuators. Combining a flying insect and a piezotransducer with extremities supplies a new object - the piezomicrorobot. For movement of multi-legged robot through a pipe we use the trawling wave of the Holothouria. Biological objects as prototypes are used preferably due to the fact that during millions of years of evolution their principles of motion have been developed contemplating minimal energy wasting. [1] The essential design stage, which is discovering ideas for new functional principles of technical systems, is almost entirely based on the know-how of the engineer[2, 3] The subject of our work is the development of new functional principles of legged robots. By using a principle of work and kinematics of biological prototypes it is possible to develop new ideas for a moving robots improvement. Some biological objects use unusual ways of moving of the extremities to obtain the necessary trajectory. They change form and sizes of the body to create the necessary movement of legs. By applying the introduced method new robots can be created. It is based on the combination of biological and technical objects. The developed method is based on the well-known principle known as the combination of alternative systems. It enables the transfer of characteristics and structure from one object (i.e. its kinematics) to another object leading to new desirable characteristics or optimisations of existing technical objects[4]. Multy-legged mobile systems classification is represented .In our opinion, there exist only 4-5 main principles of functioning of biologic objects for providing the necessary trajectory of the legs movement. The suggested classification and the analysis of biological prototypes have allowed us to Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 245 create some new mobile robots. In known walking robots the several actuators for moving each leg are used. Our robots principle difference allow to use each actuator for moving several legs. Thus, we managed to minimize number of actuators at the robot. It opens the new possibilities of the considerable miniaturization of mobile robots in future. Thus, the ability to develop new functional principles of legged robots (i.e. new motion principles, new kinematics etc.) is provided. The analysis is used to realize the transition from known (in biological objects) to new (for legged robots) forms of motion. Minimization of number of actuators multi- legged robots can be reached through [6 7 8 9]: • use of periodical changing the shape of the body of the robot in horizontal dimension (salamander, lizard) • use of periodical changing the size of the body of the robot in vertical dimension (flying insects) • use of anisotropy of friction (snake) • use of periodical character or feature of trawling wave (holothouria) • use of multidimensional resonance swinging of elastic extremities (mosquito) • reducing of number of bearing legs (kangaroo, basilisk, birds) For micro robots it is possible to use a principle of movement as at Polichetae . In this biologic object the legs have no actuators and no degrees of freedom relative to a body. They are rigidly attached perpendicularly to a surface of a body, so they move and incline together with deformation of this surface. To create necessary trajectory of a distal end of a leg, Polichetae and Holothouria uses deformation of the case as trawling wave. The number of legs-needles is not limited, but number of the actuators enabling deformation of the case, is minimal. It is possible to create tiny robot with a plenty of legs and with low number of small-sized actuators. We have developed the moving robot- probe with 100 legs and with only four actuators - "Holothourobot. It can be used in medicine for minimal invasive surgeries. The salamander bends its body in a horizontal plane and due to this, moves the body relative to the points of support (Fig.3). By using deformation of a robot body in a horizontal plane it is possible to provide it’s moving due to a minimum number of actuators. The actuators are not connected to legs and they are necessary only for deformation of a robot body. Having as few as three actuators it is possible to provide moving of the robot with eight legs “Eightleggedrobot”. Some flying insects create resonant oscillations of the wings due to periodic change of the form and the sizes of the rigid body (Fig.4). These insects’ muscles are connected not to the wings, but to the walls of a rigid body and deform it. Deformation of body turns into swinging of wings. It is possible to create the moving robot at which the case vibrates, and legs have no actuators. The necessary trajectory of distal part of a leg is formed due to excitation of the high-frequency swinging in proximal part of an elastic curvilinear leg and due to mechanical transformation of these swinging in low-frequency. We have developed essentially new tiny moving system "Minchrobot". As the case and as the actuators the, piezo-bimorph-plate is used. It can cover 1 meter per 1 second. Summary The analyses of biological objects and alternative technical systems offer new opportunities for the engineers. That analysis is an indistinct provisional approach of solving a technical problem. In further stages of the design process the engineer formulates precisely this solution and verifies it by means of mathematical modeling and calculation. The described technique does not supply convertible constructive drawings immediately, however, it provides new solutions with new ideas. Furthermore, it is possible to develop essential new legged robots with minimal number of actuators. 1. Zimmermann, K.: An approach to the modelling of biological and technical movement systems. 1. International Conference on Motion Systems, Univ. Jena, 1997. 2. Lysenko; V.: Algorithmische Methode für die Entscheidung auf Anfangsstufen beim Entwerfen. 41. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. 1996. TU Ilmenau. 3. Lysenko, V: Method for improving actuators by modelling the motion of an earthworm. 1. International Conference on Motion Systems, Univ. Jena, 1997. 4. Lysenko, V.; Zimmermann, K.: New procedure for designing optimized technical systems with use of biological objects. 1st Intern. Conf. on Design & Nature, Udine, Sept. 2002, WIT Press Southampton 2002, pp.115-122. 5. Becker, F., Minchenya, V., Zimmermann, K., Zeidis, I. Single Piezo Actuator Driven Micro Robots for 2-dimensional Locomotion. Aachen: Electro. Proceedings of Workshop on Microactuators and Micromechanisms, 2010. 6. V. Lysenko, K. Zimmermann, A. Ahranovich. Method for designing new technical systems based on a Transparent Morphological Cube with the use of the tree-like classifications. – 53. Internationalen Wissenschaftlischen Kolloquium. 2008. TU Ilmenau. 7. V. Lysenko, W. Minchenya, K. Zimmermann. Minimization of the number of actuators in legged robots using biological objects 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 246 (Bionically Inspired Robotics Biomechanics). 52. Internationalen Wissenschaftlischen Kolloquium. 2007. TU Ilmenau. 8. On Mechanics of Bristle-Bots – Modeling, Simulation and Experiments. Lysenko V., Becker F., Zimmermann K. Zeidis I. Konferenz ISR/ROBOTIK Berlin 2014. 9. A Vibration-driven Robot for the Inspection of Pipelines., Lysenko V., Becker F., Zimmermann K., 58th IWK in Ilmenau. 2014. УДК 541.64 СВОЙСТВА КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА Адашкевич С.В.2, Бакаев А.Г.1, Жигулин Д.В.3 , Маркевич М.И.1, Стельмах В.Ф.2 , Чапланов А.М.1 , Щербакова Е.Н.4 1Физико-технический институт НАН Беларуси 2УО «Белорусский государственный университет» 3Открытое акционерное общество «Интеграл» 4Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Введение Волокна из сверхвысокомолекулярного поли- этилена (СВМПЭ) обладают очень высокой ус- тойчивостью к УФ – изучению, химическим воз- действиям и погодным условиям [1-3]. Удельная плотность СВМПЭ составляет примерно 0,98 г/см3, модуль Юнга до 200 ГПа. Сочетание этих свойств, придает волокнам характеристики, пре- восходящие подобные параметры для стальных волокон. Таким образом, все это делает компо- зиционные материалы из СВМПЭ незамени- мыми в конструкциях со статической и динами- ческой нагрузкой. Молекулы СВМПЭ состоят из длинных линейных цепочек полиэтилена с отно- сительно слабыми межмолекулярными связями (10-20 кДж/моль). При производстве таких мате- риалов применяются модифицированные техно- логические процессы с использованием сополи- меров [3-5]. Регулирование молекулярной массы продукта осуществляется изменением соотношения ком- понентов катализатора, и их концентрацией в процессе синтеза. В работе исследуется компо- зит из сверхмолекулярного полиэтилена и свя- зующего блок-сополимер стирол – изопропен – стирол. Целью данной работы являлись исследования морфологии композита на основе СВМПЭ и магнитного резонанса, а также установление возможности применения данного композита в радиоэлектронике. Методика и результаты эксперимента Исследования морфологии образцов прово- дились с помощью сканирующего электронного микроскопа фирмы «Bruker». Измерения прово- дились при значениях ускоряющего напряжения от 6,4 до 30 кВ. Исследования магнитного резонанса прово- дились на специализированном малогабаритном анализаторе ЭПР «Минск 22» при комнатной температуре. Рабочая длина волны — 3 см. Мак- симальное значение индукции магнитного поля — 450 мТл, частота модуляции - 30 кГц. Для калибровки интенсивности сигналов от объектов исследования использовался образец из моно- кристалла рубина (Al2O3:Cr 3+). В процессе изме- рений дополнительный контроль стабильности работы спектрометра осуществлялся путем из- мерения калибровочного материала - двухва- лентного марганца (MgO:Mn2+). На рисунке 1 представлено строение композита. а) б) Рис. 1- Морфология композита а) - вид сверху,б) - сечение Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 247 Из рисунка 1 следует, что средняя толщина волокна составляет примерно 3 мкм, композит представляет собой многослойный материал, средняя толщина которого составляет примерно 70 мкм. На рисунке 2 представлен элементный состав композита. Рис. 2 – Элементный состав композита Результаты микроанализа показывают, что в композите имеются следы технологических при- месей Al, S, O. На рисунке 3 приведен спектр ЭПР композита. Измерения магнитного резонанса свидетель- ствуют о том, что материал относится к радио- прозрачному и не вносит магнитных и электри- ческих потерь. Рис. 3- Спектр ЭПР композита Выводы Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что компо- зиционный материал на основе СВМПЭ приго- ден для создания радиопрозрачных диэлектриче- ских покрытий. 1. Андреева, И.Н. Сверхвысокомолекуляр- ный полиэтилен высокой плотности / И.Н. Андреева [и др.] - Л.: Химия, 1982. - 80 с. 2. Пахомов П.М., Колнинов О.В., Баран А.М. и др. Радиационная стойкость материалов, ис- пользуемых в полимерных оптических во- локнах. // Химия высоких энергий. 1993. Т.27, N3.-С.79. 3. Майер, Э.А. Сверхвысокомолекулярный по- лиэтилен: новая реальность отечественной промышленности полиолефинов / Э.А. Майер [и др.] // Пласт. массы.- 2003. - №8 . - С.3-4. 4. Михайлин, Ю.А. Сверхвысокомолекуляр- ный полиэтилен / Ю.А. Михайлин// Полим. матер. -2003.- № 3.- С. 18-21. Stein H.L. Ultra high molecular weight polyeth- ylene (UHMWPE) // Engineered Materials Handbook. ASM Int. - 1999. - P. 167-171. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 248 УДК 621.371 ДВУХСЛОЙНЫЙ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ЭКРАН СВЧ ДИАПАЗОНА Алешкевич Н.Н.1, Будай А.Г.1, Кныш В.П.1, Малый С.В.2, Наумович Н.М.3, Юбко А.П.3 1Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем БГУ 2Белорусский государственный университет 3Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск, Республика Беларусь Частотно-избирательные экраны (ЧИЭ) ши- роко используются для снижения радиолокаци- онной заметности, обеспечения электромагнит- ной совместимости и зашиты информации, в со- ставе конструкций антенных систем, антенных укрытий и обтекателей [1-3]. Электромагнитные свойства частотно-избирательных структур находятся в сложной зависимости от конструк- тивных и материальных параметров. Наличие потерь в материалах оказывает существенное влияние на электромагнитные свойства ЧИЭ. Представляет практический интерес создание ЧИЭ, частотная зависимость коэффициента про- хождения через которые близка к прямоуголь- ной. Основными требованиями к электродина- мическим характеристикам таких экранов явля- ются малые потери в рабочей полосе частот укрываемого объекта и минимальный коэффици- ент прохождения вне этой полосы. В зависимо- сти от условий эксплуатации к экрану могут предъявляться также требования по механиче- ским и климатическим характеристикам Выбор материалов для разработки ЧИЭ дол- жен учитывать уровень потерь на поглощение в рабочем частотном диапазоне. Для создания ЧИЭ предлагается использовать материалы и технологии, используемые при изготовления высокочастотных печатных плат (диэлектриче- ские листы с одно или двухсторонней металли- зацией), а также многослойные металло-диэлек- трические структуры. Основными варьируемыми параметрами яв- ляются: тип ЧИЭ, конструктивные и электроди- намические параметры используемых материа- лов. Следует учитывать, что выпускаемые мате- риалы для изготовления печатных плат имеют дискретный набор конструктивных (толщина диэлектрика, толщина металлизации, количество слоев) и электромагнитных параметров (диэлек- трическая проницаемость, тангенс угла диэлек- трических потерь). В качестве объектов исследования были рас- смотрены периодические дифракционные ре- шетки (ДР) с прямоугольной ячейкой из отвер- стий прямоугольной формы. Вычислительные модели ЧИЭ реализованы на основе метода минимальных автономных блоков (МАБ) и метода конечных интегралов. В вычислительных моделях ЧИЭ использова- лись два типа материалов: FR4 и Taconic RF35- А2. Первый из них является наиболее распро- страненным и сравнительно дешевым. Однако он обладает существенными потерями электриче- ского типа в СВЧ диапазоне и представляет практический интерес на этапе предварительного проектирования, изготовления и испытания опытных образцов. Наличие потерь существенно сказывается на резонансных свойствах ЧИЭ и снижает их добротность. Материал Taconic RF35-А2 предназначен для использования в составе высокочастотных устройств, обладает малыми потерями в СВЧ диапазоне и может быть использован для созда- ния ЧИЭ с требуемыми характеристиками. На первом этапе разработки рассмотрена мо- дель ЧИЭ, реализованная в виде периодической решетки из прямоугольных отверстий в тонком металлизированном слое материала с толщиной диэлектрической подложки 0.51 мм и толщиной слоя металлизации 0.017 мм. Для обеспечения радиопрозрачности в трехсантиметровом диапа- зоне СВЧ рассмотрена периодическая решетка прямоугольных щелей с параметрами: длина щели 11,25мм= ; ширина щели d=0,25мм, 0,5мм, 1мм; периоды решетки с прямоугольной формой ячейки - 7x мм∆ = и 15y мм∆ = . Анализ результатов численного моделирова- ния показал, что увеличение ширины щели при- водит к смещение резонансной частоты в более высокую область (d = 0,25 мм – f0 ≈ 9,5 ГГц, d = 1 мм - f0 ≈ 10,5 ГГц) и увеличение полосы пропускания (по уровню – 3 дБ для d = 0,25 мм – 2 ∆ f =1,5 ГГц, d = 1мм – 2 ∆ f =4 ГГц). При увеличением угла падения Ө волны в Е – плоскости резонансная частота практически не меняется, а частотный диапазон на фиксирован- ных уровнях радиопрозрачности расширяется (Ө = 00 - 2 ∆ f = 1,5 ГГц, Ө = 600 - 2 ∆ f = 3,5 ГГц). Форма частотная зависимость коэффициента прохождения для однослойной решетки далека от прямоугольной. Одним из возможных способов повышения крутизны частотной зависимости коэффициента прохождения на границах полосы радиопрозрач- ности является использования двухслойных ди- фракционных решеток. Анализ двухслойной структуры из одинаковых ранее рассмотренных ДР, показывает, что если исключить взаимное влияние ДР, входящих в слоистую структуру, Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 249 коэффициенты прохождения для каждой из них должны перемножаться, что обеспечивает увеличение крутизны кривой частотной зависимости коэффициентов прохождения. В результате вычислительного эксперимента установлено, что параллельно расположенные ДР взаимодействуют друг с другом, а расстояние между ними можно использовать в качестве управляющего параметра. На основе результатов компьютерного моде- лирования и предварительных эксперименталь- ных исследований была разработана ДР со сле- дующими конструктивными параметрами: - форма периодической ячейки – прямо- угольная; - периоды решетки: 8мм и 16мм; - длина щели 11,625мм; - ширина щели 0,25мм. Образец ЧИЭ представляет собой трехслой- ную конструкцию, включающую две панели ДР с диэлектрической пластиной между ними. Фото- графия фрагмента ЧИЭ представлена на рисунке 1. В качестве межслойного заполнителя исполь- зовалась пластина толщиной 8мм из пенополи- стирола плотностью 35 кг/м3. Рисунок 1. Фрагмент частотно- избирательного экрана Проведено измерение коэффициента прохож- дения ЧИЭ в диапазоне 8 ÷ 12ГГц. Исследуемый образец устанавливался в окно металлического экрана, который закреплялся на поворотном столе. Облучение образца производилось изме- рительной антенной П6-23А, с корректирующей линзой. Приемная антенна (открытый конец вол- новода) устанавливалась в зоне Френеля за экра- ном. Измерения проводились с использованием векторного анализатора цепей Vector Star VS4642B. Перед установкой измеряемого образца в от- верстие экрана для каждого положения экрана проводилась калибровка тракта (облучающая антенна –экран –приемная антенна) на коэффи- циент прохождения равный единице. На рис.2 приведена частотная зависимость коэффициента прохождения ЧИЭ на материале Taconic RF35-А2 при нормальном падении волны. Максимальное значение коэффициента про- хождения ЧИЭ на резонансной частоте (метка1) составило Т0 = - 0,2дБ, что значительно лучше, чем у структуры из F4 (Т0 = - 0,56дБ). Рисунок 2 Частотная зависимость коэффициента прохождения ЧИЭ. Ө = 00 Различие результатов натурного и вычисли- тельного эксперимента в зоне радиопрозрачно- сти не превышает 0,05дБ, что соизмеримо с точ- ностью измерений, а вне рабочей полосы – не более 2-3дБ на уровнях меньше – 10дБ. 1. B. A. Munk, Frequency Selective Surfaces: The- ory and Design. New York: Wiley Interscience, 2000. 2. Будай А.Г., Кныш В.П., Малый С.В., Рудниц- кий А.С., Орлова А.С. Частотно-селективные экраны на основе связанных полосковых ре- зонаторов // Материалы 7-й Международной научно-технической конференции «Приборо- строение-2014», 19-21 ноября 2014 г., Минск.– С.262-264. 3. Будай А.Г., Кныш В.П., Малый С.В., Рудницкий А.С. Электромагнитные экраны с расширенными функциональными свой- ствами // 25-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуни- кационные технологии». Материалы конфе- ренции. Севастополь, 6-12 сентября, 2015. С. 439-440. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 250 УДК 621.327 43 САМОСОГЛАСОВАННАЯ МОДЕЛЬ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПАРАХ РТУТИ Ануфрик С.С., Володенков А.П., Зноско К.Ф. Гродненский государственный университет Гродно, Республика Беларусь Для расчета оптических характеристик плазмы на смеси аргона и ртути на длине волны 254 нм была использована упрощенная четырех- уровневая схема энергетических переходов атома ртути, при этом учитывались основной уровень 61S0, уровни триплета 6 3P0,1,,2. Такая мо- дель позволяет определить максимально воз- можный выход резонансного излучения на длине волны 254 нм [1]. На рис. 1 представлена упрощенная четырехуровневая схема [1]. Рис.1 Упрощенная диаграмма уровней энер- гии ртути При расчете заселенностей уровней учитыва- лись следующие процессы с участием электро- нов. А) Прямое возбуждение электронным ударом из основного состояния атома ртути 61S0 на уровни триплета 63P0,1,,2. Б) Ионизации основного состояния атома ртути 61S0. В) Заселенности уровня 63Р1 при переходах с уровней 63P0 и 6 3P2. Г) Ионизация Пеннинга при столкновении атомов ртути в состоянии 63P2. Ионизация Пен- нинга при столкновении атомов ртути в состоя- ниях 63Р1 и 6 3P2. Д) Резонансное излучение с уровня 63Р1 на длине волны 254 нм. Учет этих процессов может быть описан сле- дующим набором плазмохимических реакций. Hg(61S0)+e = Hg(6 3P0)+e (S01); (1) Hg (61S0) +e = Hg(6 3Р1)+e (S02); (2) Hg (61S0) +e = Hg(6 3Р2)+e (S03); (3) Hg(63P0)+e= Hg(6 3P1)+e (S12); (4) Hg(63Р2)+e = Hg(6 3Р1)+e (S32); (5) Hg (61S0) +e = Hg ++2e (S0i); (6) Hg(63Р2)+Hg(6 3Р2)=Hg+ Hg ++e (K33); (7) Hg(63Р2)+Hg(6 3Р1)=Hg+Hg ++e (K32); (8) Hg(63Р2)= Hg+ hν (254 нм) (A). (9) В скобках около реакций указаны обозначе- ния скоростных коэффициентов. При расчетах задавались следующие пара- метры. Амплитуда напряжения U0= 2 220 ~310 В. Частота сети f=50 Гц. Балластная индуктив- ность L1=600 мГн; R1=10 Ом, С1=10-8 Ф. Меж- электродное расстояние d=40 см; радиус разряд- ной трубки R=1,1см. Концентрация атомов ар- гона 9,9 1016 1/см3 (парциальное давление 3 Торр). При исследовании эмиссионных характе- ристик в зависимости от состава смеси концен- трация атомов ртути менялась в пределах 1,5 1014 1/см3 – 3 1014 1/см3. На рис/ 2 представлена зависимость мощно- сти излучения (1) на длине волны 254 нм и мощности тепла, выделяемой в разряде (2), от концентрации атомов ртути. Рис.2 Зависимость мощности излучения (1) на длине волны 254 нм и мощности тепла, выделяемой в разряде (2), от концентрации атомов ртути Для построения замкнутой модели источни- ков излучения на парах ртути необходимо учесть зависимость концентрации атомов ртути от тем- пературы внутренней поверхности излучателя, которая определяется мощностью тепла выделя- емого в излучателе, параметрами излучателя и условиями теплообмена на внешней поверхности излучателя. Считаем, что излучатель имеет следующие параметры: внутренний диаметр D=2,2 см; тол- щина стенок d=0,2 см; длина излучателя L=40 см; излучатель изготовлен из кварца с коэффи- циентом теплопроводности λ=0,0138 Вт/(см К). Предположим, что мы реализуем такой режим работы, что в установившемся случае темпера- тура внутренней поверхности излучателя равна Твн=43,30 C. По графику зависимости концен- трации атомов ртути (парциального давления) от Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 251 температуры (рис. 3) определяем, что концен- трация атомов ртути равна 2.411 10+14 1/см3. Рис. 3 Зависимость концентрации атомов ртути от температуры По графику на рис.2 определяем, что при та- кой концентрации в разряде мощность тепловы- деления равна Р=13,744 Вт. Эта мощность должна отводиться через стенки излучателя, по- этому ( ) . cтвн d TT LDP − ⋅⋅⋅⋅= πλ Отсюда определяем температуру внешней стенки излучателя Тст. LD dP -TT ⋅⋅⋅ ⋅ = πλ внст =42.57950 C. Считаем, что теплообмен на внешней поверх- ности излучателя обусловлен продуванием по- тока воздуха с температурой Тв=200 C со скоро- стью W. Кинематическая вязкость воздуха при этой температуре равна ν= 15.06 10-2 см2/с, теп- лопроводность воздуха равна λв= 0.0259 10-2 Вт/(см К). Число Прандтля для воздуха при этой температуре равно Pr= 0,703. Рассчитываем число Рейнольдса как функцию скорости потока W. . )2( )( ν dDW WRe +⋅ = По данным [2] экспериментальные данные по теплоотдаче при поперечном обтекании одиноч- ной круглой трубы спокойным, нетурбулизиро- ванным потоком обобщаются следующей фор- мулой. ( ) ( )( ),)(55,043,0)( 38,05,0 PrWReWNu ⋅+= где Nu(W) – число Нуссельта. Тогда коэффици- ент теплоотдачи как функцию скорости потока W на участке стабилизированного течения будет равен. ( ) . в )()( 2dD WNuW + ⋅= λα Тогда тепловой поток будет равен как функция скорости потока W ( ) ( ).вст2)()(т TTLdDWWP −⋅⋅+⋅⋅= πα Подбираем такую скорость потока W, чтобы Pт(W) = Р = 13,744 Вт. Это равенство будет выполняться при W = 83.56 см/с. Тогда Re=1.443·10+3; Nu=18,702; α=1.863·10-3Вт/(см2 К); Pт(83.56) = 13.744 Вт. Рассмотрим случай конвективного теплообмена на внешней стенке излучателя. Безразмерное число Грасгофа для воздуха равно ( ) . 2)вcт( )в( 2 3 ν β dDTTg tGr +⋅−⋅⋅ = Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно пользуются зависимостью следующего вида [2]. ( ) , ст в вв)в( 25,0       ⋅⋅⋅= )Pr(T )Pr(T )Pr(T)Gr(TBtNu n где величины B, n зависят от произведения (Gr(Tв) Pr(Tв)) и приведены в [2]. Тогда коэффициент теплоотдачи как функцию температуры воздуха tв будет равен. ( ) . в )в()в( 2dD TNuT + ⋅= λα Тогда тепловой поток будет равен как функция температуры воздуха tв будет равен ( ) ( ).вст2)в()в(т TTLdDTTP −⋅⋅+⋅⋅= πα Приведенные выше соотношения позволяют построить самосогласованную модель для расчета мощности излучения люминесцентных ламп. На основании разработанной модели рассчи- таны эмиссионные характеристики разрядной плазмы в Ar-Hg смеси в ультрафиолетовой обла- сти спектра на длине волны 254 нм в зависимо- сти от параметров системы возбуждения, пара- метров излучателя и условий теплообмена на поверхности излучателя. Показано, что КПД преобразования, мощности полученной от сети в излучение на длине волны 254 нм составляет ~25 %. При этом полная средняя мощность излучения на длине волны 254 нм в условиях моделирования составляла ~13 Вт, при мощности вкладываемой в разряд ~34 Вт, и потребляемой от сети ~50 Вт. Установлено, что КПД преобразования и мощность излучения растут с увеличением концентрации паров ртути, поэтому целесообразно для охлаждения использовать естественную конвекцию. 1. Ануфрик С.С. Моделирование источников излучения на парах ртути / С.С. Ануфрик, А.П. Володенков, К.Ф. Зноско// 8-я Международная научно-техническая конфе- ренция «Приборостроение 2015», 25–27 ноября 2015 г., БНТУ, Минск, Беларусь.-2015.-Том 2, – с. 3-4. 2. Баскаков А. П. Теплотехника / А. П. Баскаков и др. – М.: Энергоатомиздат.1991.-224 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 252 УДК 681 АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА К ПРОИЗВОДСТВУ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ФИЛЬТРОВ Артамонов А.М., Хохлов Е.А. ООО «ИЗОВАК Технологии» Минск, Республика Беларусь Линейные перестраиваемые фильтры (Linear Variable Filter) представляют собой класс поло- совых фильтров на основе сложных многослой- ных интерференционных покрытий, обладающие линейной анизотропией оптических свойств по одной из геометрических осей, которая позво- ляет перестраивать выделяемую (фильтруемую) длину волны оптического излучения [1]. Анизотропия оптических свойств, как пра- вило, осуществляется за счет создания управляе- мой неравномерности вдоль оси по которой про- исходит перестроение длины волны. При этом основным параметром является величина спек- трального градиента, определяющая изменение оптической характеристики на единицу длины фильтра. Одним из способов управления неравномер- ностью осаждаемой пленки в PVD процессах, является вакуумное маскирование [2], которое, в основном, применяется для формообразования оптических поверхностей, а также для повыше- ния степени равномерности PVD (Physical Vapor Deposition) покрытий сверх той, которая обу- словлена геометрией расположения технологи- ческих устройств и подложки [3]. Цель работы состояла в определении пара- метров геометрии вакуумной маски, а также ее расположению в пространстве вакуумной ка- меры, для получения линейного перестраивае- мого фильтра с величиной спектрального гради- ента равной 20 нм/мм в диапазоне длин волн 400-700 нм. Для математического расчета вакуумных ма- сок и их влияния на распределение материала на поверхности детали необходимо обратиться к модели Кнудсена (рисунок 1), следующей из молекулярно-кинетической теории. Данная мо- дель описывает распределение потока эмитиро- ванных частиц из элемента площади источника 𝑑𝑆 и подчиняется косинусному распределению и может быть описана следующим выражением: 𝐽θ = 𝑄𝜋𝑟2 ∙ cos 𝜃, (1) где Q - скорость эмиссии частиц из элемента площади источника, 𝑟 - расстояние от элемента площади источника, 𝜃 - угол от нормали элемента площади источника. Для определения плотности частиц конден- сирующихся на произвольно расположенном элементе площади поверхности подложки 𝑑𝐴 из (1) следует следующее выражение: 𝐽 = 𝑄 𝜋𝑟2 ∙ cos 𝜃 ∙ cos𝜑, (2) где 𝜑 - угол от нормали элемента площади по- верхности подложки. Рисунок 1 – Модель распределения частиц из точечного источника В работах [3], [4] и [5] вычисление распреде- ления сконденсировавшегося материала на по- верхности подложки выполняется аналитиче- ским интегрированием. При этом для системы источник-подложка выводится частная подынте- гральная функция из уравнения (2) с учетом всех особенностей системы, таких как: геометрия подложки, геометрия источника, движение под- ложки относительно источника и др. При внед- рении в математическую модель геометрии маски сложность подынтегральной функции зна- чительно возрастает, что применение аналитиче- ских методов интегрирования становится за- труднительным при проведении моделирования с вариативностью геометрии маски. Для расчета было разработано программное обеспечение, которое вычисляет распределение материала на поверхности численными методами интегриро- вания. В основу геометрической модели для рас- чета легла геометрия вакуумного технологиче- ского оборудования Advanced Optical Coater (ВТО AOC) производства OOO «ИЗОВАК» [6]. Оптический дизайн был рассчитан в про- граммном комплексе OptiLayer. Формула покры- тия описывается следующим выражением: 3(HL)+2H+3(LH)+L+3(HL)+2H+3(LH), где в ка- честве материала с высоким уровнем показателя преломления (H) выступает Nb2O5, а с низким уровнем показателя преломления (L)-SiO2. Для Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 253 расчета геометрии вакуумной маски были полу- чены распределения физических толщин матери- алов для требуемого диапазона перестроения путем сдвига расчетной длины волны покрытия. Установлено, что для достижения требуемого спектрального градиента требуется обеспечить неравномерность слоев Nb2O5 на уровне 48,1%, а SiO2 на уровне 42,9%. Данные значения свиде- тельствуют о линейности (рисунок 2) зависимо- сти относительной неравномерности от коорди- наты подложки, а полученное различие объясня- ется различными характерами дисперсии показателя преломления для материалов. Таким образом был получен общий вид геометрии ва- куумной маски, представляющий собой в фрон- тальной проекции равнобедренную трапецию. Изменением угла наклона боковых граней можно управлять распределением материала по поверх- ности подложки в поперечной оси. Для простоты описания геометрии маски, а также ввиду того что держатель-барабан имеет форму цилиндра геометрия маски во время проведения расчета задавалась в цилиндрических координатах (r,φ,z) (рисунок 3). После установки граничных условий на гео- метрию маски были проведены численные моде- лирования процессов конденсации пленки с уче- том геометрии вакуумной маски. При этом зна- чение полярных углов φ1 и φ2 для нижнего и верхнего оснований трапеции задавались для получения максимального значения коэффици- ента линейной корреляции rXY (рисунок 4) между расчетной относительной неравномерностью и относительными неравномерностями, получен- ными в ходе анализа спектральной характери- стики при заданном спектральном градиенте. Для нижнего основания трапеции были полу- чены следующие координаты (210,±15°,0) для H и L, а для верхнего основания (210,±7°,30) для H и (210,±6°,30) для L. Величины коэффициентов линейной корреляции для H и L составили rXY=0,99956 и rXY=0,99934 соответственно. Таким образом в ходе работы была показана возможность получения линейных перестраива- емых фильтров на ВТО АОС. Были определены начальные цилиндрические координаты разме- ров вакуумных масок с минимальным коэффи- циентом линейной корреляции для материалов с учетом дисперсии показателей преломления для заданного спектрального градиента. Дальнейшим продолжением работы планируется проверка данных полученных в ходе данной работы. 1. Wolfe William L. Introduction to Imaging Spectrometers - Bellingham : SPIE, 1997. – Т. 25. 2. Каширин В. И. Основы формообразования оптических поверхностей: курс лекций – Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2006. 3. Oliver JB и Talbot D Optimization of deposition uniformity for large-aperture National Ignition Facility substrates in a planetary rotation system // Applied Optics. - 2006 г.. - 13 : Т. 45. - стр. 3097-3105. 4. Cunding Liu [и др.] Theoretical design of shadowing masks for uniform coatings on spherical substrates in planetary rotation systems // Optics express. - 2012 г. – 21 : Т. 20. 5. Сеник Б. Н. Метод определения площади функциональной маски для вакуумной асферизации // Прикладная физика. - 2007 г. –3. - стр. 129-135. Рисунок 4 – Зависимость коэффициента линейной корреляции от полярных углов φ1-φ2 Рисунок 3 – Геометрия маски в цилиндрических координатах Рисунок 2 - Зависимость относительной неравномерности от расстояния по подложке 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 254 УДК 004.942 СИНТЕЗ АДАПТИВНОГО РЕКУРРЕНТНОГО ФИЛЬТРА ПРИ КОМПЛЕКСИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь Введение Повышение точности фильтрации и надежно- сти при отказах датчиков достигается комплек- сированием результатов измерений одних и тех же параметров совокупностью измерителей, ко- торые могут быть построены на различных фи- зических принципах. Существующие методы [1] для своей реализации требуют знания моделей и априорных статистических характеристик, кото- рые в ряде случаев недоступны. Для решения задачи в условиях неопределенности применя- ется метод наименьших квадратов [2]. Однако для увеличения точности фильтрации в этом случае совместно применяют адаптивную филь- трацию, использующую дополнительную ин- формацию из текущих измерений [3, 4]. Вызывает интерес решение общей задачи синтеза адаптивных рекуррентных фильтров с нахождением их структуры, что можно осуще- ствить с помощью рекуррентного метода наименьших квадратов (РМНК) [5]. 1. Исходные положения Предполагается, что фильтрации подлежит случайная скалярная последовательность kx , где 0, 1, 2k =  есть дискретное время. Измерения осуществляются посредством N датчиков, сово- купность сигналов на выходах которых можно представить N -мерным вектором kx ⋅1 , [1,...,1]T=1 . Вектор сигналов датчиков представ- ляется в виде kx H1 , где N N× матрица H с элементами ,i jh ( 1,i N= , 1,j N= ) отображает характеристики датчиков и связей между ними. Наблюдения осуществляются со случайными ошибками в виде аддитивных шумов с нулевым математическим ожиданием 1, N,,..., T k k kv v =  v , в результате чего вектор наблюдений 1, N,,..., z T k k kz =  z имеет вид .k k kH x= +z 1 v (1) Считается, что модель формирования полез- ного сигнала kx и его характеристики априори неизвестны. Кроме того, неизвестной полагается и ковариационная матрица шумов kv . Адаптивная фильтрация должна обеспечить текущие рекуррентные оценки скалярного по- лезного сигнала kx по результатам измерений (1) . Для этого используется РМНК, в основе кото- рого лежит выбор подходящего функционала потерь. Одним из возможных вариантов функци- онала kJ может быть следующий: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 21 1 ˆ ˆ ˆ ˆx , ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ . T k k k k k k k k k k k k J a H x H x x a x a a− − = − − + + − + α − z 1 z 1 (2) В выражении (2) первое слагаемое задается невязкой решения, второе определяет согласова- ние оценки ˆkx с оценкой на предыдущем шаге 1ˆkx − и неизвестным сглаживающим коэффициен- том ˆka , подлежащим оценке наряду с ˆkx . Третье слагаемое обеспечивает сглаживание оценки этого коэффициента с размерным эмпирическим коэффициентом регуляризации α , дающим воз- можность получения стабильного решения. 2. Уравнения адаптивного фильтра Оптимальные текущие оценки ˆkx и ˆka нахо- дятся из условия минимума критерия (2): 12 2 0 0 ˆ 1 ˆ ˆ ; 1 1 Tk k k k a x x h h− = + + + b z (3) ( ) ( ) ( ) 2 0 1 12 2 2 2 2 2 0 0 1 0 0 1 1 ˆ ˆ ˆ . ˆ ˆ1 1 Tk k k k k k h x a a h h x h h x − − − − α + = + α + + α + + b z (4) где 20 T Th H H= 1 1 ; H=b 1 . В результате сомножитель T kb z будет скалярным комплексированным входным воздействием фильтра. Уравнения (3) и (4) являются рекуррентными, в которых значения 1ˆkx − и 1ˆka − определены на предыдущем шаге решения. Они отображают адаптивный характер фильтрации, поскольку их параметры не зависят от априорных сведений о модели полезного сигнала и характеристик шу- мов, а определяются на основе текущих измере- ний kz . Учет комплексирования происходит по- средством коэффициента 20h и вектора b , связанных с параметрами матрицы датчиков. 3. Сравнение адаптивного фильтра с фильтром Калмана Пусть формирование полезного сигнала kx осуществляется посредством модели в виде сто- хастического конечно-разностного уравнения первого порядка: 1k x k kx a x w−= + , (5) где постоянный параметр модели 0 1xa< < , а kw есть дискретный белый шум с нулевым мате- матическим ожиданием и постоянной диспер- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 255 сией 2wσ . Можно показать, что в установившемся режиме параметры модели (5) связаны с диспер- сией сигнала kx [6] соотношением ( )2 2 21w x xaσ = σ − .Параметр xa связан с длительностью корреля- ции xτ , соотношением ( )1x x xa = τ τ + . Диспер- сия 2vσ шума наблюдений в каждом канале филь- тра определяется исходя из отношения сигнала к шумам x vq = σ σ при заданных значениях q и xσ . Ниже приводятся результаты оценки точно- сти фильтрации в установившемся режиме при следующих параметрах: H I= , 1α = ; 2 400xσ = ; 10, 20, 50xτ = ; 3, 5, 10q = . Усреднение прово- дилось по данным 310 испытаний. На рис. 1 приведен фрагмент реализации ре- зультатов фильтрации входного сигнала (штрихпунктирная линия), фильтром Калмана (штриховая линия) и адаптивным фильтром наименьших квадратов (сплошная линия). Рис. 1. Фрагмент реализации результатов фильтрации при 50x =τ , 5q = На рис. 2,а сплошными линиями показана зависимость относительной величины среднеквадратического отклонения (СКО) ошибки фильтрации e xε = σ σ от числа каналов N измерений входного сигнала при различных значениях длительности корреляции xτ при 5q = , а на рис. 2,б – зависимость ε от N при различных значениях q и 50xτ = . На рис. 2 штриховыми линиями показаны результаты для фильтра Калмана, которые могут служить нижней границей ошибок. Увеличение ошибки фильтрации адаптивного фильтра по сравнению с этим случаем вызвано неучетом априорной информации. Заключение Полученные результаты позволяют утверждать, что адаптивные фильтры наименьших квадратов при комплексированных измерениях могут быть использованы при отсутствии априорной информации о моделях полезных сигналов и шумов наблюдений. В этом смысле данные фильтры универсальны по сравнению с фильтром Калмана и могут иметь широкое применение. Нахождение параметров адаптивного фильтра наименьших квадратов менее трудоемко, чем у фильтра Калмана, что упрощает их реализацию в реальном масштабе времени. Рис. 2. Относительные значения СКО ошибок фильтрации: а) при различных длительностях корреляции: 1) 10x =τ , 2) 20x =τ , 3) 50x =τ и 5q = ; б) при различных отношениях сигнала к шумам: 1) 3q = , 2) 5q = , 3) 10q = и 50x =τ 1. Справочник по теории автоматического управления / под. ред. А.А. Красовского. – М.: Наука, 1987. – 711 с. 2. Степанов, А.О. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навига- ционной информации // СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – Ч.1. Введение в теорию оценивания. – 496 с. 3. Maurice, G.B. A Fast Least-Squares Algo- rithms for Linearly Constrained Adaptive Filter- ing // IEEE Trans. Signal Processing.– 1996. – Vol. 44, № 5. – P. 1168–1174. 4. Адаптивные фильтры / под. ред. П.Н. Гранта, К.Ф. Коуэна. – М.: Мир, 1988. – 388 с. 5. Линник, Ю.В. Метод наименьших квадра- тов и основы математико-статистической теории обработки изображений. – М.: Физма- тгиз, 1962. – 349 с. 4. Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Оптимальная линейная совмещенная фильтрация случайных последовательностей на основе рекуррентного метода наименьших квадратов // Информатика. – 2015.– № 1. – С. 8–16. 1 2 3 1 2 3 б 1 1 a 2 2 3 3 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 256 УДК 535.317 ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗЕРКАЛ Артюхина Н.К., Марчик В.А., Самусенко А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Из всех известных методов измерений опти- ческие измерения относятся к наиболее точным. Пороговая чувствительность и точность класси- ческих методов оптических измерений находится на уровне длины волны применяемого излуче- ния, которая для видимого светового диапазона составляет величину порядка 0,5 мкм. Совре- менные технологии, в том числе электронные и компьютерные, как и другие научно-технические достижения, позволяют дополнительно повысить точность и чувствительность измерения в де- сятки раз. Незаменимым свойством результатов оптических методов и исследований является их наглядность, надежность и убедительность. Вследствие этого роль оптических измерений в большинстве областей естественнонаучных и научно-технических исследований, в техниче- ской, медицинской и биологической практике возрастает [1]. Интерферометры являются незаменимыми инструментами при оценке качества формы в оптическом производстве. Они используются в измерительных системах для контроля плоскост- ности и сферичности оптических поверхностей, измерения радиуса кривизны и оптических пара- метров линз [2]. На сегодняшний день проектирование интер- ферометров для оценки точности формы поверх- ности плоских оптических деталей осуществля- ется по следующим трем направлениям, которые представлены в виде следующих моделей интер- ферометров: 1. Голографический интерферометр. Особен- ностью приборов данного типа является обяза- тельное использование голограмм в качестве образцовой поверхности. Однако из-за техноло- гических трудностей получения стабильной во времени голограммы с достаточной разрешаю- щей способностью данные интерферометры применения не получили и существуют лишь на уровне опытных образцов. 2. Дифракционный интерферометр (point-dif- fraction interferometer – PDI). Отличительной особенностью данного измерительного оборудо- вания является использование волнового фронта сравнения, который образуется в результате ди- фракции света на малом отверстии в тонком по- лупрозрачном экране. Данный тип приборов от- личается отсутствием образцовой стеклянной поверхности и неизбежных ошибок связанных с изготовлением. Однако функция оценки точности измеряемой поверхности данными интерферометрами осуществима лишь при вспомогательном оборудовании. 3. Интерферометр, построенный по схеме Физо. В настоящее время интерферометры, позволяющие выполнять контроль формы деталей размерами от 10 до 80 мм, серийно не выпускаются. Большинство интерферометров для контроля плоскостности построено по принципиальной схеме такого интерферометра (рис.1). Рис. 1. Интерферометр Физо: 1 – источник света; 2 – конденсор; 3 – диафрагма; 4 – ветоделительная пластинка; 5 – телескопическая лупа; 6 – объектив коллиматора; 7 – эталонная клиновидная пластина; 8 – контролируемая пластина; 9 – стол Свет монохроматического источника 1 (чаще всего ртутной лампы) собирается конденсором 2 на диафрагме 3, расположенной в фокальной плоскости объектива 6 коллиматора. Интерфери- рующие пучки отражаются от нижней эталонной плоскости слегка клиновидной пластины 7 и от верхней контролируемой плоскости пластины 8, которая установлена на столе 9 и может переме- щаться и наклоняться относительно эталона. В ОАО «ЛОМО» (г. Санкт-Петербург) разра- ботан современный интерферометр ИКД-14, Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 257 предназначенный для внутреннего использова- ния на предприятии и позволяющий осуществ- лять высокопроизводительный контроль формы поверхностей различных оптических деталей в производственных условиях бесконтактным ме- тодом с автоматической обработкой результатов измерений. В данной работе рассматривается интерферо- метр для контроля крупногабаритных зеркал, который предназначен для оперативного контроля качества поверхности зеркал размером до 160 мм. Область применения интерферометра – проведение измерений контроля качества поверхности в оптических лабораториях, на производственных сборочных участках. Принципиальная оптическая схема разраба- тываемого интерферометра приведена на рис. 2. Световой пучок от лазера 1 с помощью мик- рообъектива 2 фокусируется на матовой пла- стинке 3, расположенной в фокальной плоскости коллиматорного объектива 8. Матовая пластинка 3 непрерывно вращается для уничтожения спекл- структуры изображения. Параллельный пучок света, вышедший из объектива 8, проходит через эталон 9 и попадает на контролируемую поверхность детали 10, рас- положенную на юстировочном столике 11. В обратном ходе лучи, отраженные от эталона 9 и контролируемой поверхности 10, возвращаются обратно через коллимирующий объектив 8 и, отразившись от светоделителя 5, формируют интерференционную картину, которая фокуси- рующим объективом 12 проецируется на свето- чувствительную площадку фотоприемника 13, оптически сопряженную с плоскостью контро- лируемого зеркала 10. Поляризатор 4 предназна- чен для регулировки уровня освещенности изоб- ражения на фотоприемнике. Рис. 2. Принципиальная оптическая схема интерферометра Оцифрованное изображение интерференци- онной картины с цифровой камеры передается на монитор (ПК). Питание лазера 1 осуществляется от источ- ника 14. Литература 1. В.К. Кирилловский. Оптические измерения. Часть 5. Аберрации и качество изображения. – СПб: СПбГУ ИТМО. 2006.- 107 с. 2. Коломийцев Ю.В. Интерферометры. Ос- новы инженерной теории, применение.- Л., Машиностроение, 1976. – 296 с. 3. Прикладная физическая оптика: Учебник для вузов / И.М. Нагибина, В.А. Москалев, Н.А. Полушкина, В.Л. Рудин. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 565 с. УДК 535.317 ОПТИЧЕСКИЕ КЛИНОВЫЕ ИМИТАТОРЫ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ Артюхина Н.К., Лещинская А.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Оптические клиновые компенсаторы пред- ставляют собой устройства, применяемые для сообщения определенной разности хода двум лучам света. Клиновые компенсаторы применя- ются для измерения и устранения малых смеще- ний или отклонения изображения в оптических системах. Основной принцип работы компенса- торов заключается в возможности введения очень малых разностей хода посредством грубых перемещений. Наиболее распространенные типы компенсаторов:  Качающаяся плоскопараллельная пла- стинка (смещение луча перпендикулярно оси);  Перемещающийся клин (смещение луча перпендикулярно преломляющему ребру);  Качающееся зеркало (отклонение луча на двойной угол поворота);  Вращающийся клин (изображение враща- ется по окружности); 2 1 3 5 1 1 6 7 8 9 10 11 4 А 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 258  Компенсатор из двух клиньев (отклонение луча пропорционально косинусу угла разворота клиньев). В данной работе представлены результаты модернизации системы, используемой в форми- рователе входных сигналов аппаратуры для ими- тации траектории движения точки. Такая модер- низация вызвана необходимостью улучшения технологичности конструкции, упрощения и из- менения параметров. Разработана конструкция из пары оптических клиньев для использования в формирователе. Оптическая система формирователя представ- лена на рисунке 1; она состоит из коллиматора, создающего необходимую цель, зеркал для из- лома оптической оси и компенсаторов, кон- струкция которых состоит из двух клиньев с одинаковыми преломляющими углами. Моделирование оптической систем прове- дено в программной среде ZEMAX. Модель оп- тической системы изображена на рисунке 1, где показано ¾ части элементов, для демонстриро- вания угла разворота клиньев. Углы разворота клиньев соответствуют расчетным значениям. Клинья, отклоняющие пучок лучей в плоскости чертежа, развернуты на 60,36° каждый относи- тельно друг друга. Отклоняющие клинья в плос- кости Y – на48.12°. Изучены зависимости изменения положения точки, созданной коллиматором с телескопиче- ской насадкой, для расширения до необходимого размера от угла разворота клиньев в паре. Рас- смотрены взаимодействие двух пар клиньев с указанием изменяющихся качественных харак- теристик системы в зависимости от угла разво- рота клиньев. Проведено исследование влияния использования различных марок стекол на хро- матическую аберрацию, возникающую в оптиче- ской системе. В данном случае хроматическая аберрация будет представлять разность углов отклонения пучка лучей от крайних длин волн. Угол отклонения пучка лучей, выходящего из пары клиньев находится по следующей формуле: 𝜀 = 2𝜔 cos𝜑 = 2(𝑛 − 1)𝜃 cos𝜑. Проведен анализ 13 марок стекол, и выбрана наиболее подходящая марка: стекло К8. Выяв- лена зависимость показателя преломления стекол на воздействие хроматической аберрации на си- стему. График применения различных марок стекол представлен на рисунке 2. Определен важнейший критерий оценки ка- чества изображения и воздействия хроматизма на систему в целом – диаметр кружка рассеяния. Для оценки качества изображения рассчи- таны функция концентрации энергии, функция рассеяния точки и число Штреля (рисунок 3). Качество изображения данной системы удовле- творяет заданным требованиям. Функция рассея- ния точки (ФРТ) имеет один ярко выраженный максимум. Функция рассеяния линии (ФРЛ) в меридиональном и сагиттальном направлениях имеют допустимое расхождение. Рассчитаны преломляющие углы клиньев и максимальные углы разворота клиньев. Расчет преломяющего угла клиньев состоял из расчета отклонения в горизонтальном направлении, рас- чета отклонения в вертикальном направлении и расчета чувствительности механизма вращения Рис 3. Функция рассеяния точки Рис 2. Зависимость хроматизма от угла разворота клиньев Рис 1. Модель оптической системы, построенная в программной среде ZEMAX Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 259 при повороте клиньев на 2°, с учетом диаметра клина. 𝑙 = 2𝜋𝑅360 ∗ 2,м. Результатом данного расчета является вывод о том, что для компенсации ошибки увода оси в призме равной 43´´ в двух сечениях, необходимо развернуть клинья, с разностью преломляющих углов 3´´, на 42° в противоположных направле- ниях. Проведено исследование воздействия пары вращающихся клиньев на заклон оптической оси. Призма-ромб БС-0 с двумя независимыми вра- щающимися клиньями, позволяет компенсиро- вать ошибки, возникающие в призме (рисунок 4). Были подобраны различные углы клиньев та- ким образом, чтобы заклон оптической оси со- ставлял 2´´ при повороте клиньев на 2°. Рис. 4. Система для компенсации увода оси в призме Данная система рассчитана и проанализиро- вана в программных средах OPAL и ZEMAX. Проведено 3Д моделирование оптической си- стемы и конструкции данной аппаратуры. . УДК 535.317 ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОЛЛИМАТОРНОГО ПРИЦЕЛА Артюхина Н.К., Першин Д.И., Аль-Махмуд Шуаиб Хассан Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В настоящее время широкое распространение получили коллиматорные прицелы, используе- мые при разработке аппаратуры для автоматиче- ского стрелкового оружия. Одним из оптических устройств, который получил широкое распро- странение в настоящее время, является коллима- торный прицел. Прицел – оптическое устрой- ство, предназначенное для наведения оружия на цель при стрельбе в любых условиях освещенно- сти: в дневное время, в сумерках и ночью (вме- сте с ПНВ). В стрелковом оружии, в зависимости от условий применения, используются различ- ные оптические приспособления. В данной работе представлена оптическая си- стема для коллиматорного прицела закрытого типа (рис. 1). Рис. 1. Оптическая схема коллиматорного прицела Особенностью схемного решения системы является использование полупрозрачной линзы со светоделительным покрытием, установленной под углом к оптической оси. Коллиматор про- ецирует на линзу прицельную марку, а светоде- лительное покрытие позволяет одновременно с прицельной маркой наблюдать через линзу внешние объекты и цели, без искажения и увели- чения. Луч света, проходя через линзы, образует световой пучок, в результате чего стрелок и ви- дит «марку». Для расчета и анализа аберраций выбрана ба- зовая схема, состоящая из центрированных эле- ментов. Использованы следующие условия нор- мировки для первого параксиального луча: 01 =α , 12 −=α , 0.11 =h , f ’=1.0. Методика расчета осуществлялась в два этапа. На этапе габаритного расчета, получены значения конструктивных параметров (радиусы кривизны и расстояния между поверхностями). На втором этапе для аберрационного расчета использовался пакет прикладных программ (ППП) для проектирования оптических систем OPAL-PC. Ход лучей системы в центрированном варианте дан на рис. 2. Система рассчитана для относительного отверстия 1:2, величины изображения 0,023 мм. Рис. 2. Ход лучей в оптической схеме 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 260 Параксиальные характеристики этой схемы представлены в таблице 1, Таблица 1. Параксиальные характеристики f fꞌ SF S’F’ SH S’Hꞌ - - - - 1,59 1,59 где f - переднее фокусное расстояние; fꞌ - заднее фокусное расстояние; SF - передний фокальный отрезок; S’F’ - задний фокальный отрезок; SH, S’Hꞌ - положение главных плоскостей. Результаты аберрационного расчета 3-го порядка оптической системы прицела в центрированном варианте, сведены в таблицу 2. По графикам аберраций установлено, что объектив удовлетворяет допустимым требова- ниям для такого типа прицелов. Таблица 2.Суммы и аберрации Зейделя S1 S2 S3 S4 S5 S1xp S2xp 0,304 0,466 0,715 0,389 1,693 -0,006 0,015 -0,226 -0,104 -0,047 0,904 0,394 0 0 -0,002 -0,031 -0,486 0,389 -1,499 -0,0004 0,001 0,076 0,331 0,180 1,684 0,588 -0,006 0,016 1. Коллиматорные прицелы - все о коллиматорах, 2015. – http://optical- devices.ru/pages/kollimatornye-pricely-vse-o- kollimatorah.html 2. Коллиматорные прицелы: принцип работы, устройство и типы, 2010. – http://www.profoptic.ru/articles/ id=55. УДК 535.317 ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЗАФОКАЛЬНОГО ТИПА Артюхина Н.К., Самбрано Л.Ф., Власовец Н.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Зеркальные системы приобрели широкое рас- пространение в оптической отрасли в настоящее время в связи с расширением спектрального диа- пазона работы оптической аппаратуры. В них отсутствуют хроматические аберрации для лю- бых значений оптических характеристик. Суще- ствующие схемы из двух зеркал имеют неслож- ную конструкцию; их можно разделить на два типа: предфокальные и зафокальные [1]. В работе проводится исследование двухзер- кальных систем зафокального типа. Предполага- ется апланатическая коррекция [2]. Оптические схемы базовых схем представлены на рисунке 1 (второе зеркало имеет центральное отверстие для прохождения светового пучка лучей). Пред- ставлены объективы, в которых лучи претерпе- вают по одному отражению от каждого из зеркал. Рис. 1. Схемные решения зафокальных объективов с малым главным и большим вторичным зеркалами Рассмотренные зафокальные объективы со- стоят из двух вогнутых зеркал и имеют проме- жуточное изображение. Кома и сферическая аберрация откоррегированы за счет придания асферической формы поверхностям зеркал. Для расчета и анализа аберраций выбраны базовые схемы (рисунок 1). Из пяти известных методов (метод проб, алгебраический, комбини- рованный, метод автоматической оптимизации и композиционный) в работе применен алгебраи- ческий метод, как наиболее подходящий при осуществлении аберрационного расчета. В частности, зафокальный объектив имеет следующие условия нормировки для первого параксиального луча: 01 =α , 02 <α , 13 −=α , 0.11 =h , 12 −α ; 12 −=α ; 1618034,1 2 −<α<− ; ;618034,12 −=α ; .618034,12 −<α Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 261 На втором этапе – этапе коррекции аберра- ций, использована система следующих уравне- ний, описывающих исправление сферической аберрации и комы: Таким образом, произведена апланатическая коррекция монохроматических аберраций треть- его порядка. Коррекционными параметрами аберраций третьего порядка в данном случае яв- ляются деформации каждой асферической по- верхности. Значения деформаций 2σ es −= опре- делены квадратом эксцентриситета меридио- нальных кривых второго порядка зеркальных поверхностей. Получены конструктивные параметры двух- зеркального зафокального объектива и значения деформаций, которые представлены в таблице 1. Таблица 1. Конструктивные параметры зафокальных объективов (в относительных величинах) № п/п α2 𝑟1 = −𝑟2 ℎ2 1 -1,000 -2,0000 -2,0000 2 -1,618034 -1,236 -1,618034 № п/п d σ1 σ2 1 -3,0000 0,33300 -0,08333 2 -1,618034 -0,52786 -0,12461 Для проведения более тщательного анализа аберраций необходимо было найти аберрацион- ные характеристики; результаты аберрационного расчета зафокальной системы, представлены в таблице 2. Таблица 2. Аберрационные характеристики (компьютерные расчеты в ППП Opal) m Точка на оси ∆S′, мм ∆Y′, мм η,% 2ω 0,707 -0,0112 -0,00225 0,0190 2° 1,0 0,00797 -0,01123 0,0819 4° Точка вне оси (2ω=4°) 0,707 𝑍′𝑚, мм 𝑍′𝑠, мм ∆Y′,% 1,0 -0,0073 0,1292 0,0189 где , - соответственно продольная и попе- речная сферическая аберрация, η, % – неизопла- натизм, , - астигматические отрезки. Чтобы оценить производственную адаптацию базовых схем, была проведена оценка величин технологических параметров, которые показаны в таблице 3 и 4. Таблица 3. Технологические параметры асферических поверхностей Меридиональное уравнение асферических поверхностей Высота Y, мм Световой диаметр, мм 𝑦2 = −247,2𝑥 − 0,72𝑥2 38,460 76,92 𝑦2 = 247,2𝑥 − 0,98𝑥2 65,959 131,917 Таблица 4. Расчет профиля асферики первой поверхности № Профиль поверхности Y (мм) Z (мм) 1 .000000 .000000 2 .769200 -.002393 3 1,538400 -.009574 4 3,076800 -.038299 5 4,615200 -.086180 6 5,384400 -.117307 7 6,153600 -.153228 8 7,692000 -.239458 9 8,461200 -.289772 10 10,768800 -.469543 № Отклонение от сферы ( мм) Параксиальной R0=-123.6 Ближайшей 1 R=-124.77868 Ближайшей 2 R=-124.73415 1 .000000 .000000 .019306 2 .000000 -.000031 .019276 3 .000000 -.000122 .019184 4 .000001 -.000274 .019032 5 .000003 -.000486 .018820 6 .000008 -.000756 .018550 7 .000016 -.001084 .018222 8 .000029 -.001468 .017838 9 .000050 -.001906 .017400 10 .000080 -.002396 .016910 11 .000122 -.002936 .016370 12 .000179 -.003522 .015784 13 .000254 -.004152 .015154 14 .000350 -.004822 .014484 15 .000471 -.005529 .013777 Расчет профиля асферики второй поверхно- сти был выполнен аналогично. Кроме вышеприведенных расчетов оценка производственной адаптации базовой модели к промышленному использованию была выпол- нена с учетом определения пределов допусков на конструктивные и технологические параметры, а также установлена возможность защиты поверх- ности приемника изображения от постороннего света и различных бликов. С целью улучшения оптических характери- стик базовой системы проведена оптимизация в программной среде Zemax. При проведении оп- тимизация базовой системы получены значения деформаций для первой поверхности 𝜎1 = −0.401, т.е. уменьшение на 24% , а для второй поверхности 𝜎2 = −0.074, (коническая постоян- S ′∆ Y ′∆ ' mZ ' SZ 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 262 ная уменьшена на 41%). Радиусы кривизны и осевое расстояние между поверхностями, а также параксиальные характеристики (фокусное рассто- яние, передний и задний отрезки) остались неиз- менными. Таким образом, зафокальные системы с ма- лым главным и большим вторичным зеркалами и равными по абсолютной величине радиусами являются светосильными и способны развивать значительные поля зрения. Они обеспечивают удовлетворительное качество изображения при относительных отверстиях до 1:1,2 и полях зре- ния до 4°. Возможны варианты модулей, обеспе- чивающих удобное положение плоскости изображения. В зафокальных двух- зеркальных системах данного типа экранирова- ние определяется размером приемника излуче- ния и блендой-экраном, необходимым для за- щиты приемника излучения от прямой засветки. Рассчитанная система технологически адаптиро- вана. В зафокальном объективе зеркала имеют эллипсоидную форму, но асферичность зеркаль- ных поверхностей не превышает 0,01мм, что со- ответствует технологическим стандартам. Результаты расчетов и полученные формулы могут быть использованы при проектировании новых зеркальных систем с повышенными опти- ческими характеристиками. 1. Максутов, Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики / Д.Д. Максутов. – М.: Наука, 1984. – 276 с. 2. Артюхина, Н.К. Теория, методы проектирования и расчет зеркальных систем: монография / Н.К. Артюхина, БНТУ. – Минск, 2009. – 309 с. УДК 620.179.1+534.1 ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ ПО ОБЪЕКТУ С НЕОДНОРОДНЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ СЛОЕМ Баев А.Р., Левкович Н.В., Коновалов Г.Е., Асадчая М.В., Стойчева И.В. Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь На промышленных предприятиях нашей рес- публики и за рубежом упрочнение поверхности металлоизделий производится различными спо- собами обработки, включая термические, хи- мико-термические, а также механические спо- собы. В подавляющем большинстве случаев кон- троль этой важной операции осуществляется разрушающим методом – по данным зависимо- сти твердости от глубины упрочняемого слоя B(z) либо изменения бальности зерна. Такой подход не дает полного представления о каче- стве контролируемой выборочно партии произ- водимой продукции. В работе проведен анализ известных в мире разработок по контролю каче- ства упрочнения металлоизделий магнитными, электромагнитными, акустическими методами в США, Франции, Германии, а также в странах СНГ и Республики Беларусь. Применение пред- лагаемых методов и средств имеет существенные ограничения, обусловленные требованиями к составу металла, геометрии и габаритам объекта, диапазону измеряемых толщин упрочненного слоя h, локальности и точности измерений, а также их трудоемкости и производительности. Использование именно ультразвукового кон- троля для решения указанной проблемы обу- словлено наличием наиболее высокой степени корреляции между твердостью B и скоростью моды упругой волны, которая может быть пред- ставлена в обобщенном виде: C=Θ(µ*)(E*/ρ*)0,5=Θ(µ*) c*, где E*, ρ* и µ*- некоторые эффективные па- раметры: модуль Юнга, коэффициент Пуассона и плотность материала соответственно; Θ(µ*) - некоторая функция, от вида которой зависит определяемая мода (продольная, поперечная и поверхностная); с* соответствует скорости нуле- вой моды стержневой волны. Отметим, что по отношению к свойствам слоя ΞА,i∈{E, ρ, µ} упрочненный поверхностный слой (УПС) боль- шого числа объектов можно считать слабонеод- нородным, т.к. εА =∆ΞА,i/ΞА,i={∆С/С,∆µ/µ,∆E/E,∆ρ/ρ}<<1, где ∆ΞА,i - максимальные изменения указанных параметров по глубине УПС. В то же время для физико-механических параметров величина εМ,i=∆ΞМ, /ΞМ,i={∆σпр/σпр,∆B/B} составляет де- сятки и сотни процентов. Данные об указанных свойствах УПС могут быть получены как при непосредственном измерении скорости поверх- ностной акустической волны (ПАВ) [1], так и зависящих от нее (косвенных) акустических па- раметров. Это могут быть: экстремумы углов падения и отражения падающей на упрочненный объект продольной волны βm [2]; зависимости амплитуды подповерхностной поперечной волны Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 263 AT(x) от расстояния, характер которых обуслов- лен эффектами рефракции [3]. Необходимо от- метить, во-первых, что для создания надежных и высокоточных методик и средств контроля УПС необходимо учитывать состояние поверхности объекта и характер распределения функции твердости по его глубине B(z), которая может быть неоднозначной. Во-вторых, как правило, не учитываются особенности дисперсии волны и расположение приемных преобразователей с акустической базой между ними L при измере- нии времени распространения волны ∆t между ними и определении скорости волны - СПАВ=L/∆t. Одна из задач настоящих исследований за- ключается в получении связи между характерной высотой слоя h и физико-механическими пара- метрами ΞМ,i, с одной стороны, и скоростью ПАВ с другой. Причем восстановление ΞМ,i по глубине слоя УПС на основе данных о скорости или вре- мени распространения ПАВ представляет собой фундаментальную научно-прикладную задачу. Проведено численное моделирование процес- сов возбуждения и распространения ПАВ в зави- симости от профиля твердости УПС, частоты волны f и глубины УПС. При моделировании переходных процессов используется программ- ный пакет “COMSOL MULTY PHYSICS”. Дис- персионные зависимости скорости ПАВ рассчи- тывались на основе формулы Олдера и данных о пространственном распределении плотности по- тока ПАВ: ∆СПАВ(С0) -2∼ ∫ ∞− 0 (-∆w2∆ρui*ui+ui,j*uk,l∆Pijkl)F(z)dz, где ui и ui*– скорости смещений невозмущенной и возмущенной волны соответственно; w - абсо- лютное значение средней за период энергии не- возмущенной волны, переносимой через упругое полупространство единичной ширины; С0 - ско- рость ПАВ в материале без УПС; ∆Pijkl - макси- мальные изменения упругих модулей, причем {∆ρ, ∆Pijkl}∼F(z). Некоторые результаты числен- ного моделирования влияния профиля твердости на изменение скорости ПАВ от частоты приве- дены на рисунках 1 и 2. Причем в первом случае (рисунок 1) профиль твердости УПС подобен ступеньке с различным углом наклона боковой стенки – т.е. ∆B∼z. Согласно данным работы [1], а также нашим исследованиям - ∆B∼∆С. Как показывают результаты численного мо- делирования, зависимости С(f) являются моно- тонно убывающими функциями, выходящими на насыщение при f→∞, если дB/дz <0 при z>0, а в окрестности z→0 дB/дz→0. С увеличением глу- бины слоя частотная область квазилинейного изменения дифференциального параметра сf=дС/дf возрастает. Показано, что в ряде слу- чаев, измеряя тангенс угла наклона квазилиней- ной зависимости С(f) путем зондирования объ- екта на двух частотах fi, представляется возмож- ным оценить глубину УПС по данным разницы фазовых сдвигов ПАВ: ϕ12= ϕ2-ϕ1. На рисунке 2 представлены данные численного моделирова- ния и данные эксперимента для случая, когда максимум твердости лежит в окрестности z=z0>0, что может иметь место в реальных производ- ственных условиях. При этом для характерных значений f>f0 или h>1) при длительности лазерного импульса τ реализуется, когда q≥q**=(2-3)%. Т.о., рост Ξ при q≥q** не зависит от коэффициента поглоще- ния излучения, а определяется упругими и теп- лофизическими свойствами коллоида. Т.к. τ~20нс, то возбуждаемые УВ во всех образцах МЖ имеют характерную длину λ≈CτL>α -1. Если УВ возбуждаются в режиме коротковолнового приближения (CαlτL<<1), наблюдаемого при q≤q*=(0,4-0,5)%, то во всей области частот ОА- преобразования спектр интенсивности близок к константе. Как показывают исследования, вос- становленные для каждого образца зависимости α(z) имеют плато при некотором z , (2) где δI(t) = I(t) – – флуктуации суммарного тока [1–4]. Усреднение в (2) проводится по времени. Спектральная плотность флуктуаций плотно- сти тока в диоде S может быть получена с ис- пользованием автокорреляционных функций (2) и определяется следующим выражением [1]: 0 ( ) 4 ( )cos(2 )S f C t ft dt ∞ = π∫ . (3) На рисунке 2 представлены рассчитанные спектральные плотности флуктуаций плотности тока в диоде в зависимости от частоты f для напряжений на электродах, равных 1 В (кривые 1), 2 В (кривые 2) и 3 В (кривые 3). Рисунок 2 – Спектральные плотности флуктуаций плотности тока в диоде. Сплошные кривые — без учета ударной ионизации, штриховые кривые — с учетом этого процесса При моделировании шумовых характеристик диода принимался во внимание только процесс ударной ионизации электронами. Интенсивность этого процесса рассчитывалась в рамках модели Келдыша с мягким порогом, параметры для ко- торой даны в [9]. Результаты проведенных расчетов показали, в частности, что процесс ударной ионизации ока- зывает заметное влияние не только на величину плотности тока в рассматриваемом субмикрон- ном кремниевом диоде при напряжениях между электродами, больших 1 В [10], но и на шумовые характеристики прибора. Как видно из рис. 2, процесс ударной ионизации приводит к увеличе- нию спектральной плотности флуктуаций в об- ласти низких частот. Увеличение напряжения между электродами диода, в свою очередь, ведет к увеличению спектральной плотности флуктуа- ций как в области низких частот, так и в области частот, больших 1 ТГц. 1. Zimmerman, J. Application of Monte Carlo techniques to hot carrier diffusion noise calculation in unipolar semiconducting components / J. Zimmerman, E. Constant // Solid-State Electron. – 1980. – Vol. 23. – P. 915–925. 2. Martin, M.J. Analysis of current fluctuations in silicon pn+ and p+n homojunctions / M.J. Martin, J.E. Velazques, D. Pardo // J. Appl. Phys. – 1996. – Vol. 79, No. 9. – P. 6975–6981. 3. Rengel, R. A microscopic interpretation of the RF noise performance of fabricated FDSOI MOSFETs / R. Rengel [et al.] // IEEE Trans. Electron Devices. – 2006. – Vol. 53, No 3. – P. 523–532. 4. Reklaitis, A. Monte Carlo investigation of current voltage and avalanche noise in GaN double-drift impact diodes / A. Reklaitis, 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 274 L. Reggiani // J. Appl. Phys. – 2005. – Vol. 97. – P. 043709-1–043709-8. 5. Gonzalez, T. Monte Carlo simulation of noise in electronic devices: limitations and perspectives / T. Gonzalez [et al.] // Unresolved Problems of Noise and Fluctuations: UPoN 2002: Third International Conference. – 2003. – Vol. CP665. – P. 496–503. 6. Muscato, O. Electrothermal Monte Carlo validation of a hydrodynamic model for sub- micron silicon devices / O. Muscato, V. Di Stefano // Journal of Physics: Conference Series. – 2009. – Vol. 193. – P. 1–4. 7. Борздов, В.М. Оценка эффективной пороговой энергии межзонной ударной ионизации в глубокосубмикронном кремниевом n-канальном МОП-транзисторе / В.М. Борздов [и др.] // Микроэлектроника. – 2014. – Т. 43, № 3. – С. 188–192. 8. Хокни, Р. Численное моделирование методом частиц: пер. с англ / Р. Хокни, Дж. Иствуд. – М. : Мир, 1987. – 640 с. 9. Ridley, B.K. Soft-threshold lucky drift theory of impact ionization in semiconductors / B.K. Ridley // Semiconductor Science and Technology. – 1987. – No. 22. – P. 116–122. 10. Борздов, А.В. Моделирование методом Монте-Карло влияния ударной ионизации на ВАХ и флуктуации тока в кремниевом диоде со структурой n+-n-n+ / А.В. Борздов, В.М. Борздов, В.В. Буслюк // Материалы и структуры современной электроники: сб. науч. трудов VI Международной научной конференции, Минск, 8–9 Октября 2014. – Минск: БГУ, 2014. – С. 40–43. УДК 621.382 ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКОМ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОМОЩНЫХ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ Бумай Ю.А.1, Бобученко Д.С.1, Трофимов Ю.В.2, Цвирко В.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2РНПУП «Центр светодиодных и оптоэлектронных технологий Национальной академии наук Беларуси» Минск, Республика Беларусь Ультразвуковое воздействие на светоизлуча- ющие диоды (СИД), вызывающее интенсивные механические колебания во всех их элементах, может быть использовано для выявления потен- циально ненадежных приборов. В кристаллах СИД оно может вызывать образование точечных дефектов структуры, протяженных дефектов – дислокаций и их миграцию. Проведена обра- ботка ультразвуком (180 кГц, ~12 Вт, до 122 часов) InGaN/GaN СИД фирмы Nichia (NSPB510S) синего свечения. В соответствии с рисунком 1 для данных СИД наблюдались доста- точно сильные изменения вольтамперных харак- теристик (ВАХ), измеренных в режиме стабили- зации тока. Рисунок 1 – Вольтамперная характеристика СИД № 7 до (1) и после (2) ультразвуковой обработки в течение 90 часов На первой стадии обработки наблюдалось смещение прямой ветви ВАХ в сторону более низких напряжений смещения. На рисунке 2 приведена зависимость прямого напряжения СИД № 7 при токе 30 мА от времени ультразвуковой обработки. В течение первых 40 часов (временной интервал 1) на пьезокерамике, генерирующей ультразвук, находилась эпоксидная линза СИД. Снижение напряжения проходило со скоростью 0,46 мВ/час. После этого периода на пьезокерамике располагались электроды СИД. Снижение напряжения проходило с большей скоростью 2,75 мВ/час. В результате на протяжении следующих 50 часов ультразвуковой обработки (временной интервал 2) наблюдалось уменьшение прямого напряжения на 120 мВ. После 90 часов обработки (область 3) наблюдались колебания ВАХ, а через 122 часов произошел пробой СИД. ВАХ СИД стала линейной, сопротивление составило 20 Ом. При этом необходимо отметить отсутствие временных нестабильностей ВАХ обработанных ультразвуком СИД, они достаточно точно воспроизводились при повторных измерениях через сутки (т.е. колебания напряжения СИД со временем обработки являлись объективными). Возможной причиной такого поведения является то, что под действием ультразвука происходит Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 275 разрушение или модификация (перестройка) протяженного дефекта, находящегося в области перехода и способного шунтировать переход, возможно приводя к локальному нагреву, который еще больше должен снижать прямое напряжение. Рисунок 2 – Зависимость прямого напряжения СИД № 7 при токе 30 мА от времени ультразвуковой обработки. Интервалы времени обработки ультразвуком: 1 – 40 часов; 2 – 40– 90 часов; 3 – 90–122 часов На рисунке 3 приведена зависимость прямого напряжения СИД № 14 на токе 30 мА от времени ультразвуковой обработки, проводившейся в течение 41 часа (на пьезокерамике располагались электроды СИД). В временном интервале 1 скорость изменения напряжения составляет 2,3 мВ/час (приблизительно как у СИД №7). После 10 часов обработки (временной интервал 2) происходят наиболее сильные изменения напряжения (на 120 мВ) причем с высокой скоростью 10,3 мВ/час. Однако после 23 часов (временной интервал 3) наступило увеличение напряжения и некоторая его стабилизация. ВАХ образца стала близкой к исходной. Рисунок 3 – Зависимость прямого напряжения СИД № 14 при токе 30 мА от времени ультразвуковой обработки. Интервалы времен обработки ультразвуком: 1 – 10 часов; 2 – 10– 23 часов; 3 – 23–41 часа Для СИД № 14 измерен спектр электролюми- несценции (рисунок 4). Обнаружено, что форма спектра после ультразвуковой обработки не из- менилась, но мощность излучения увеличилась в 2,2 раза, КПД с 7,4 % стал равным 16,6 %. Рисунок 4 – Зависимость спектрального потока излучения от энергии фотона для СИД №14 Nichia при токе 20 мА до (1) и после (2) ультразвукового воздействия Механическое напряжение для размножения дислокаций в СИД на базе нитридов составляет σо = 2,8 МПа (280 г/мм 2), мощность ультразвуко- вой волны для этого можно оценить по формуле [1, 2]: p p o V E f P 2σ = . Для частоты ультразвука f = 180 кГц, модуля Юнга и объема пьезокерамики Ep ≈ 7·10 10 Па, Vp = 0,9424·10 -6 м3 минимальная мощ- ность ультразвуковой волны, необходимая для эффективного размножения дислокаций (рас- трескивания), согласно расчету составляет ~22 Вт. В нашем случае мощность несколько ниже, т.е. является подпороговой, но в совокуп- ности с повышенной температурой пьезокера- мики (~67 °C), увеличивающей амплитуду коле- баний атомов, приводит, вероятно, к разруше- нию или перестройке уже имеющихся в СИД протяженных дефектов, не приводя к растрески- ванию. Таким образом, проведена обработка ультра- звуком индикаторных СИД фирмы Nichia (NSPB510S) синего свечения. Обнаружено, что в результате обработки происходит уменьшение прямого напряжения на СИД при стабилизиро- ванном токе. Наиболее эффективной для данного типа индикаторных СИД оказалось введение акустической мощности через электроды СИД. Обнаружены колебания прямого напряжения на СИД от времени обработки. Для одних СИД по- сле данного участка наблюдался электрический пробой, для других – стабилизация ВАХ. По 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 276 нашему мнению, причиной данного эффекта яв- ляется то, что под действием ультразвука проис- ходит разрушение или модификация (пере- стройка) протяженного дефекта, находящегося в области перехода. Обнаружено, что в случае ста- билизации ВАХ ультразвуковой обработкой энергетическая эффективность может суще- ственно возрастать. 1. Рабинович, О.И. Моделирование электриче- ских и оптических характеристик светоизлу- чающих диодов на основе многокомпонент- ных гетероструктур AlGaInN: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.10 / О.И. Рабинович; Рос. технолог. ун-т. – М., 2008. – 28 с. 2. Наими, Е.К. Влияние ультразвуковой вибра- ции на деградацию светоизлучающих диодов на основе InGaN / Е.К. Наими, С.Г. Никифо- ров, О.И. Рабинович, В.П. Сушков // Известия вузов. Материалы электронной техники. – 2009, № 1. – С. 86–92. УДК 681 ТРАНСФОРМАЦИЯ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ ПЛЕНОК ФОТОРЕЗИСТА НА КРЕМНИИ ПРИ γ-ОБЛУЧЕНИИ И ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ Бумай Ю.А.2, Бринкевич Д.И.1, Харченко А.А.1, Лукашевич М.Г.1, Просолович В.С.1, Оджаев В.Б.1, Янковский Ю.Н.1 1Белорусский государственный университет 2 Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Ионная имплантация широко применяется в современной полупроводниковой микро- и нано- электронике. Повышение степени интеграции предъявляет высокие требования к блоку опера- ций, обеспечивающих маскирование ионного пучка. В качестве масок в процессах субмикрон- ной и нанолитографии важную роль играют диа- зохинон-новолачные (ДХН) резисты [1]. Взаимо- действие ДХН-резистов с дальним ультрафиоле- том, рентгеновским и видимым излучением исследовано достаточно подробно. Однако влия- ние ионной имплантации и γ-облучения на свой- ства указанных материалов изучено недоста- точно, хотя протекающие в резистах процессы радиационного дефектообразования могут ока- зывать существенное влияние на качество созда- ваемых приборов. Целью настоящей работы яв- лялось изучение влияния высокоэнергетического воздействия на спектры отражения пленок диа- зохинон-новолачного резиста марки ФП9120. Пленки позитивного фоторезиста ФП9120 толщиной 1,8 мкм наносилась на поверхность пластин кремния марки КДБ-10 (111) методом центрифугирования при скорости вращения 1800 об/мин. Толщина пленок фоторезиста контроли- ровалась с помощью микроинтерферометра МИИ-4 и механическим способом на профило- метре «Dectak». Имплантация ионами Ag+ и Sb+ c энергией 30 – 60 кэВ в интервале доз 1⋅1015– 6⋅1017 cм-2 в режиме постоянного ионного тока (плотность ионного тока j = 4 мкА/см-2) прово- дилась при комнатной температуре в остаточном вакууме не хуже 10-5 Па на имплантаторах ИЛУ- 3 и «Везувий-6». Во избежание перегрева и де- струкции образца в процессе имплантации на ИЛУ-3 использовалась кассета, обеспечивающая эффективный сток ионного заряда с поверхности полимера и плотный контакт плёнок с металли- ческим основанием, охлаждаемым водой. Облу- чение осуществлялось γ-квантами 60Со при ком- натной температуре и атмосферном давлении на установке MPX-γ-25M. Мощность поглощенной дозы составляла 0.36 ± 0.008 Гр/с. Интервал по- глощенных доз 6 – 200 кГр. Спектры отражения регистрировались в обла- сти прозрачности пленки в диапазоне λ = 210- 1100 нм однолучевым спектрофотометром PROSKAN MC-122 при комнатной температуре с разрешением не хуже 1 нм. Углы падения и от- ражения света при всех измерениях составляли 25о к нормали. Калибровка спектров отражения проводилась прибором автоматически по интен- сивности пропускания диафрагмы. Согласно из- мерениям методом атомно-силовой микроскопии рельеф поверхности пленки был достаточно гладкий; средняя арифметическая шероховатость Ra поверхности пленки не превышала 2 нм. 300 350 400 450 0 5 10 15 20 25 3 2 1 λ, нм К оэ ф ф иц ие нт о тр аж ен ия , % Рис. 1 - Спектральные зависимости коэффициента отражения исходной (1) и γ- облученных (2,3) фоторезистивных пленок на кремнии. Доза, кГр: 1 – 0; 2 – 6; 3 – 2900 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 277 В спектрах отражения необлученных поли- мерных пленок в области прозрачности наблю- дались интерференционные полосы (рис.1). γ- облучение приводило к смещению интерферен- ционных максимумов и изменению расстояния между ними. При ионной имплантации, кроме того, снижа- ется интенсивность полос интерференции в вы- сокоэнергетичной области λ =300-500 нм (рис.2а). Причем при дозе 5.1016 см-2 в спектре отражения наблюдаются только две интерферен- ционные полосы (рис.2б). Этот эффект обуслов- лен смещением края поглощения пленки в низ- коэнергетическую область при ионной имплан- тации. 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 λ, нм О тр аж ен ие , % a) 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 λ, нм О тр аж ен ие , % б) Рис. 2 – Спектральные зависимости коэффициента отражения фоторезистивных пленок на кремнии, имплантированных ионами Sb+ . Е = 60 кэВ. Доза Ф, см-2: a -1.105; б -5,1016 Спектральные зависимости, представленные на рис.3, рассчитывались по формуле 1 1 1 1 2 m m d n λ λ − −   = −    . Поскольку толщина пленки d при γ-облучении не изменяется, то на рис.3 отражена зависимость показателя преломления пленки n от средней для двух соседних максимумов длины волны. Зави- симости для всех образцов выглядят как нор- мальные дисперсии dn/dλ < 0. В области ближ- него ультрафиолета показатель преломления ис- следуемых образцов резко возрастает. В видимой области (свыше 400 нм) наблюда- ется существенное отличие в поведении вели- чины оптической длины (2dn) от вида и дозы облучения. При γ-облучении происходит увели- чение оптической длины (2dn), что может быть обусловлено ростом показателя преломления слоя (кривые 2, 3 рис.3). При увеличении дозы облучения этот эффект усиливается. При ионной имплантации происходит снижение 2dn, что мо- жет быть обусловлено усадкой (уменьшением толщины) модифицированного слоя. Она обу- словлена удалением газообразных продуктов радиолиза (H2, CO, CO2, CH4 и т.д.), образую- щихся при ионной имплантации [2]. Причем эф- фект усадки полимерного слоя существенно пе- рекрывает возрастание показателя преломления в аморфизированном имплантацией слое. 300 400 500 600 700 800 900 1000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 6 54 3 1 2 λ, нм 2n d, н м 1 2 3 4 5 Рис. 3 – Спектральные зависимости оптической длины (2nd) исходного фоторезиста (1); имплантированного ионами серебра дозой 5⋅1016 cм-2 (2) и 5⋅1⋅1017 cм-2 (3); облученного γ-квантами дозой 6 кГр (4) и 2900 кГр (5); имплантированного Sb+ дозой 1015 см-2 (6) Таким образом показано, что облучение γ- квантами 60Co приводит к увеличению показателя преломления фоторезиста в диапазоне длин волн 400-900 нм. При ионной имплантации основной вклад в изменение оптической длины вносит усадка полимерного слоя, существенно перекрывающая рост показателя преломления. 1. Моро, У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. В 2-х ч. Ч.2./ У. Моро – М.: Мир, 1990. – 632 с. 2. Экспериментальные методы химии высоких энергий / Под общ. Ред. М.Я. Мельникова. – М.: МГУ, 2009. – 824 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 278 УДК 621.382 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОСАДКИ КРИСТАЛЛОВ НА ПРИПОЙ И ЭВТЕКТИКУ В МОЩНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРАХ КП7209 В КОРПУСЕ ТО-254 МЕТОДОМ ТЕПЛОВОЙ РЕЛАКСАЦИОННОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ Бумай Ю.А.1, Васьков О.С.1, Кононенко В.К.1, Нисс В.С.1, Керенцев А.Ф.2, Петлицкий А.Н.2, Соловьев Я.А.2 1Белорусский национальный технический университет 2ОАО Интеграл Минск, Республика Беларусь Методом тепловой релаксационной диффе- ренциальной спектрометрии (ТРДС) исследо- ваны профили растекания теплового потока и структура внутреннего теплового сопротивления экспериментальных мощных МОП – транзисто- ров КП7209 (производство ОАО Интеграл) в ме- таллокерамическом корпусе ТО-254, изготов- ленных при различных температурных режимах и методах посадки кристалла. Для испытания надежности транзисторы также были подверг- нуты серии термоударов в интервале от –196 до +200oС. Для снижения термических напряжений в кристаллах транзисторов конструкция корпуса ТО-254 (КТ-97В) содержит термокомпенсатор. Подробная теория метода ТРДС описана в ра- боте [1,2]. Исследования тепловых параметров транзисторов проведены с использованием раз- работанного в БНТУ релаксационного импеданс – спектрометра тепловых процессов [3]. Работа спектрометра основана на регистрации процесса релаксации напряжения на барьере (“исток - за- твор” в случае МОП – транзисторов) вследствие нагрева транзистора при прохождении импульса тока в виде ступеньки. Типичный вид дифферен- циальных и дискретных спектров тепловых со- противлений Rth(t), их компоненты R1 – R7 а также профили эффективной площади растека- ния теплового потока Sа(t) показаны на рисунках 1а,б. Вся партия из 24 транзисторов КП7209 в со- ответствии с методом посадки кристалла (на эв- тектику Au-Si, на припой ПОС-10) и типом тер- мокомпенсатора (МД-40, МД-50) разбита на че- тыре группы. Для образцов группы I и III (посадка на эвтектику, термокомпенсаторы МД- 50 и МД-40, соответственно) температура пайки варьировалась в интервале 440−480°С, а образ- цов группы II и IV (посадка на припой, термо- компенсаторы МД-50 и МД-40, соответственно) в интервале 390−420°С. Анализ спектров показывает, что основной вклад в разброс внутреннего теплового сопро- тивления внутри групп вносят компоненты обла- сти посадки кристалла - переходного слоя R3 (кристалл-припой), слоя припоя R4 и переход- ного слоя R5 (припой – термокомпенсатор). Рисунок 1 – Дифференциальный и дискретный спектры Rth(t), профили эффективной площади теплового потока Sа(t) и фотоизображения поверхности слоя посадки пар транзисторов с разным качеством посадки кристалла (верхние рисунки каждой пары соответствуют транзисторам с большим тепловым сопротивлением, нижние – с меньшим): а) монтаж кристалла на припой (с МД-50), транзисторы 23z , 21z – температура пайки 420°С, 400°С, соответственно (группа II); б) монтаж кристалла на эвтектику, транзи- сторы групп I и III 8z (с МД-50), 12n (с МД-40), – температура пайки 460°С, 480°С, соответственно Наименьший разброс уровня тепловых ком- понент обнаружен в группе I, а наибольший в группе IV. Для образцов группы I (эвтектика, МД50) наиболее существенен разброс компо- ненты R3, для группы II (припой, МД50) – R4, для группы III (эвтектика, МД40) и IV(припой, МД40) групп – R4 и R5. Для образцов I и II групп влияние на разброс теплового сопротивле- ния компоненты R5, связанной с дефектами тер- мокомпенсатора, минимально. Наименьшая зависимость теплового сопро- тивления слоя посадки от температуры пайки кристалла наблюдалась для транзисторов I и III групп (с посадкой кристалла на эвтектику). От- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 279 носительное изменение компонентов R3−R5 с ростом температуры пайки для образцов этих групп отрицательно и не превышает 0.5% на 1оС. Основным изменениям подвержена компонента R5, что возможно связано с отжигом дефектов на границе эвтектика – термокомпенсатор. Для образцов II и IV групп выявлена близкая к линейной зависимость теплового сопротивле- ния слоя посадки от температуры пайки кри- сталла. Для этих образцов, с ростом температуры пайки в диапазоне 300°С – 400°С, характерен существенный рост величины теплового сопро- тивления компонентов слоя посадки, близкий к 100%. Изменение теплового сопротивления об- разцов II и IV групп определяется в основном с компонентой R4, что вероятно свидетельствует о разрастании дефектов в слое припоя. Из анализа спектров ТРДС для образцов с посадкой кри- сталла на припой выявлено два типа дефектов слоя посадки, оказывающих существенное влия- ние на тепловое сопротивление измеренных об- разцов. Первый тип связан с наличием пустот в припое, приводящих к сужению теплового по- тока в этой области, и идентифицируется в спек- тре как пик R4, его значение увеличивается с площадью пустот на фотоизображении припоя под кристаллом. Для одних образцов вместе с ростом теплового сопротивления R4 пропорцио- нально уменьшается и тепловая емкость С4, для других рост R4 не приводит к существенному изменению С4, что свидетельствует с разраста- нием объемных и плоских дефектов, соответ- ственно. Второй тип определяется дефектами, присутствующими в переходном слое припой – термокомпенсатор (компонент R5). Для образцов с термокомпенсатором МД-40 наблюдалась су- щественное увеличение теплового сопротивле- ния R5, связанного, с дефектами слоя посадки в области термокомпенсатора. Контроль дефектов области посадки кри- сталла производился также разрушающим мето- дом путем стравливания кристалла и анализа фотоизображения границы посадки. Для пар об- разцов с посадкой кристалла на припой (групп II и IV), уровень теплового сопротивления увели- чивается с площадью дефектов области припоя, видимых на фотоизображении границы посадки. Для образцов с большей площадью дефектов припоя наблюдается сужение сечения теплового потока Sa в слое посадки R4 (рисунок 1а). Вместе с тем, для ряда образцов корреляция между ви- димой на фотоизображении площадью дефектов припоя и уровнем спектрального теплового со- противления слабая либо отсутствует, что воз- можно связано с влиянием дефектов термоком- пенсатора не видимых на фотоизображении при- поя. Для образцов с посадкой на эвтектику суще- ственным оказывается переходное тепловое со- противления термокомпенсатора. Различия в спектрах образцов с посадкой на эвтектику, воз- можно, определяются процессами теплового рас- сеяния в переходном слое эвтектика – термоком- пенсатор, не доступных визуализации на фото- изображении переходного слоя посадки под кристаллом (рисунок 1б). Термоудары использовались для выявления элементов структуры транзисторов, тепловое сопротивление которых изменялось при деграда- ционных испытаниях. После 100 термоударов выявлен рост теплового сопротивления практи- чески во всех транзисторах, причем в трех из всей партии значительный (более 20%), в остальных, в среднем 6%. Наименьший рост теп- лового сопротивления зафиксирован в транзи- сторах группы I (с посадкой кристалла на эвтек- тику и термокомпенсатором МД50). Корреляция между изменением теплового сопротивления после термоударов и уровнем исходного тепло- вого сопротивления исследованных транзисто- ров не выявлена. Обнаружена умеренная корре- ляция между изменением внутреннего теплового сопротивления транзисторов групп I, III и темпе- ратурой пайки кристалла на эвтектику. Наименьший уровень изменения теплового со- противления в измеренных образцах наблюдался при температуре пайки кристалла на эвтектику 480°С. Обнаружено, что основные изменения теплового сопротивления всех образцов после термоударов проявились в области посадки кри- сталла – в компонентах переходного слоя R3 (кристалл – припой), слоя припоя R4 и переход- ного слоя R5 (припой – термоконпенсатор). 1. Нисс, В.С. Оценка тепловых параметров мощных биполярных транзисторов методом тепловой релаксационной дифференци- альной спектрометрии / В.С. Нисс [и др.] // Приборы и методы измерений. − 2015. − Т. 6, № 2. − С. 249−256. 2. Vaskou, A.S. Diagnostics of the technological characteristics of high–power transistors using relaxation impedance spectrometry of thermal processes / A.S. Vaskou [et al.] // Russian Microelectron. - 2015. -Vol. 44, No. 8. – P. 579-584. 3. Бумай, Ю.А. Релаксационный импеданс- спектрометр тепловых процессов / Ю.А. Бумай [и др.] // Электроника инфо. − 2010. − № 3. − C. 58-59. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 280 УДК 621.382 АНАЛИЗ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДОВ-ГЕНЕРАТОРОВ ШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА Буслюк В.В.1, Оджаев В.Б.2, Панфиленко А.К.3, Петлицкий А.Н.3, Просолович В.С.2, Шведов С.В.3, Филипеня В.А.3, Черный В.В.4, Явид В.Ю.2, Янковский Ю.Н.2, Лановский Р.А.2 1Научно-исследовательское унитарное предприятие «СКБ Запад» 2Белорусский государственный университет 3Открытое акционерное общество «ИНТЕГРАЛ»-управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» 4Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Ранее было установлено, что обратный ток и пробой в генераторных диодах обусловлены ионизацией технологических примесей, состав- ляющих основу микроплазм [1]. Влияние при- месных атмосфер и структурных дефектов мик- роплазменных каналов являются определяю- щими факторами при разработке генераторных диодов, учитывая их возможное влияние на ос- новные параметры вольт-амперных характери- стик (ВАХ) диодов. В связи с этим актуальным является исследование влияния как технологиче- ских, так и основных легирующих примесей на электрофизические параметры генераторных диодов. В работе исследованы электрофизические па- раметры кремниевых диодов-генераторов шума ND102-ND104, изготовленных на основе моно- кристаллического кремния КДБ0.03(111), и ND201, изготовленных на подложках марки КДБ0.005(111). Глубина p-n-перехода, сформи- рованного диффузией фосфора, составляла ~ 6 мкм. Измерения ВАХ производились в интервале температур от –60 до 125 оС. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1E-17 1E-15 1E-13 1E-11 1E-9 1E-7 1E-5 321 I, A U, B Рис. 1. Типичные прямые ВАХ p-n-переходов, температурных измерений: 1 - 125 оС, 2 – 25 оС, 3 - −60 оС Установлено, что ВАХ всех исследовавшихся диодов в прямом направлении имеют активаци- онный характер. При построении данных зави- симостей в полулогарифмическом масштабе видно, что характеристики имеют экспоненци- альную зависимость (рис.1). Поскольку полный прямой ток p-n-перехода приближенно равен сумме диффузионного и рекомбинационного токов, то для резкого перехода (pn0>>np0 и V>kT/q) полученные результаты в общем случае можно описать следующим выражением [2]: ( )nkTqVJF /exp= , где n=1, если преобладает диффузионный ток, и n=2, если преобладает рекомбинационный ток. Когда оба тока сравнимы по величине, то n имеет значения между 1 и 2. При прямом смеще- нии, из-за генерационно-рекомбина-ционных явлений в обедненном слое определяющими ста- новятся процессы захватаносителей, и к диффу- зионному току добавляется рекомбинационный ток Jrec [2]. В таблице 1 приведены значения коэффициентов наклона ВАХ. Видно, что при уменьшении температуры измерения доля ре- комбинационного тока возрастает, что обуслов- лено, снижением при более низких температурах концентрации основных носителей заряда. При- чем, для диодов ND201 значения коэффициента наклона ВАХ при всех температурах измерения имеют несколько большие значения, что обу- словлено, вероятно, различием в уровнях леги- рования подложки и концентрации рекомбина- ционных центров Таблица 1. Коэффициенты наклона ВАХ Температура измерений ND103 ND201 -60 оС 1.40 1.48 20 оС 1.27 1.32 125 оС 1.14 1.17 На рис. 2 приведены обратные ветви ВАХ диодов, построенные в двойном логарифмиче- ском масштабе. Полный обратный ток для рез- кого p-n-перехода можно приблизительно пред- ставить суммой диффузионного тока в нейтраль- ной области и генерационного тока в обедненной области [2]. Плотность тока, обусловленного генерацией в обедненной области, принимается равной 2/1)(~~; 1 ~ VVWJJ bigen e gen +τ , где τe – эффективное время жизни носителей заряда, определяемое скоростью генерации электронно- дырочных пар в обедненной области p–n-пере- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 281 хода толщиной W, Vbi – контактная разность по- тенциалов. Таким образом, следует ожидать, для резкого перехода степенную зависимость гене- рационного тока от приложенного напряжения с показателем степени 0,5. 0,1 1 10 1E-15 1E-12 1E-9 1E-6 1E-3 3 2 1 I. A U, B Рис. 2. Типичные обратные ВАХ p–n-переходов, температурных измерений: 1 - 125 оС, 2 – 25 оС, 3 - −60 оС Из рис. 2 видно, что для ВАХ p-n-переходов при обратном смещении присуще наличие двух областей. При U<2 В ток практически не зависит от V, что свидетельствует о преобладании диф- фузионной составляющей, что обусловлено низ- кой концентрацией генерационных центров. При U >2 В наблюдается степенная зависимость тока от напряжения J ~ Vn, что характерно для об- ратной BAX p-n-перехода в области простран- ственного заряда которого преобладает генера- ция электронно-дырочных пар [2]. В данном случае n>1, что свидетельствует о высокой кон- центрации рекомбинационно-генерационных центров и их неоднородном распределении. Из исследования температурных зависимо- стей обратных токов установлено, что энергия активации в зависимости от величины прило- женного к p-n-переходу обратного напряжения имеет значения в диапазоне 0.25-0.45 эВ, причем с увеличением обратного напряжения данная величина уменьшается. Данный эффект может быть с одной стороны обусловлен температурным изменением ширины запрещенной зоны. Однако, наблюдаемое изме- нение глубины залегания уровня не превышает для используемого в данной работе температур- ного интервала исследований 0.05 эВ. С другой стороны, необходимо учитывать эффект Пула- Френкеля [3], заключающийся в уменьшении глубины залегания энергетических уровней в сильных электрических полях. Произведенные оценки показывают, что напряженность поля в области обеднения превышает 100 В/см. Этого достаточно для изменения глубины залегания энергетических уровней. При экстраполяции зависимостей энергии активации от приложен- ного напряжения (рис.3), к координатной оси, соответствующей 0 В, полученные значения дают величину залегания энергетического уровня 0.45+0.03 эВ. Такими примесями могут быть технологические фоновые примеси железа и меди. 0 2 4 6 8 10 0,2 0,3 0,4 0,5 2 1 E, э В U, B Рис.3. Зависимость энергии активации от приложенного обратного напряжения (1-диод ND103, 2-диод ND201) Показано, что анализ ВАХ позволяет уста- новить влияние неоднородностей легирования кристалла и ионизации глубоких примесных центров в области пространственного заряда на электрофизические параметры и процессы воз- никновения лавинного пробоя p-n-переходов генераторных диодов шума, обусловленного включением микроплазм в результате локаль- ного увеличения на них напряженности электри- ческого поля. 1. Буслюк В.В., Просолович В.С., Янковский Ю.Н., Русакевич Д.А., Черный В.В. Вольтамперные характеристики генераторных диодов для создания широкополосного шума // Матер. 7-й Межд. н.-т. конф. «Приборостро- ение – 2014», БНТУ, Беларусь, Минск, 2014, с. 268-269. 2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Москва «Мир», 1984. Т.1. 455 с. 3. Б.Г. Тагиев, О.Б. Тагиев, Р.Б. Джаббаров, С.А. Абушов, З.Я. Абдулаева, Ф. А. Казымова. Эффект Пула-Френкеля и спектроскопия локальных уровней в полупроводниках // Институт физики НАН Азербайджана, AZ 1143, Баку, пр. Г.Джавида 33., 2003 № 5. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 282 УДК 621.365 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ В ЗАЗОРЕ МАГНИТОПРОВОДА Васильев А.С., Ланин В.Л. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск, Республика Беларусь Использование магнитопровода для концен- трации электромагнитной энергии в области за- зора позволяет повысить эффективность нагрева. Увеличивается скорость нагрева, зона нагрева более локализована, что существенно при пайке изделий интегральной электроники. Индукцион- ные нагревательные устройства на магнитопро- воде из феррита с незамкнутой магнитной цепью обладают высокой скоростью бесконтактного и локального нагрева проводящих материалов и эффективны для монтажной пайки в электро- нике. Для формирования качественных паяных соединений необходима оптимальная конструкция. Индукционные нагревательные устройства на магнитопроводе из феррита с незамкнутой маг- нитной цепью (рисунок 1) обладают высокой скоростью бесконтактного и локального нагрева проводящих материалов и эффективны для мон- тажной пайки в электронике. Для формирования качественных паяных соединений необходима оптимальная конструкция индуктора, концен- трирующая магнитный поток в зоне пайки, и оптимизация температурного профиля нагрева [1]. Рисунок 1 – Магнитопровод с незамкнутой цепью При проектировании индукторов необходимо учитывать следующие ограничительные условия: максимальная плотность магнитного потока, ин- дукция магнитопровода, площадь обмотки и со- противление обмотки [2]. При подаче максимально возможного тока обмотки Imax ожидается получить максимальную плотность магнитного потока Bmax. Но величина Bmax должна быть не больше, чем величина мак- симального магнитного насыщения материала сердечника магнитопровода. Максимальная плотность магнитного потока будет равна: 𝐵𝑚𝑎𝑥 = ℎэ𝑛𝐼𝑚𝑎𝑥𝜇0 , (5) где n – количество витков обмотки. Индукция магнитопровода при этом будет 𝐿 = 𝑛2 𝑅ℎ = 𝜇0𝐴𝑐𝑛2 ℎэ , (2) где Rh – сопротивление воздуха в зазоре; Ас – ширина магнитопровода; Площадь обмотки Wa, доступная для обмотки определяется параметром, называемым коэффи- циентом заполнения Kf. 𝐾𝑓𝑊𝑎 = 𝑛𝐴𝑤, (3) где Аw – площадь поперечного сечения магнито- провода. Из-за собственного сопротивления обмотки, оптимальным значением Kf принято считать в диапазоне 0,65 – 0,95 [3]. Сопротивление обмотки магнитопровода 𝑅 = 𝜌 𝑙𝑏 𝐴𝑤 , (4) где ρ – сопротивление проводящего материала, lb – общая длина обмотки. Переменный магнитный поток, пронизываю- щий материал сердечника, вызывает появление в массе материала ЭДС индукции. Так как все ферромагнетики относятся к проводникам, то под действием этой ЭДС в сердечнике возни- кают электрические токи,протекающие по за- мкнутым контурам, расположенным в плоско- стях перпендикулярных направлению магнит- ного потока, и называемые вихревыми токами. Вихревые токи создают свой магнитный поток, стремящийся, в соответствии с правилом Ленца, ослабить изменение основного потока. Поэтому они действуют размагничивающим образом, уменьшая основной поток. Размагничивающее действие вихревых токов неодинаково в различных частях сердечника. Наиболее сильно оно выражено в центре сече- ния, т.к. центральные части охватываются мак- симальным числом контуров тока, МДС которых и создают размагничивающий поток. Поэтому в центре сечения плотность основного магнитного потока будет меньше, чем на краях, т.е. происхо- дит вытеснение основного магнитного потока в наружные слои магнитопровода. Это явление выражено тем резче, чем выше частота магнит- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 283 ного потока и больше сечение, магнитная прони- цаемость и удельная проводимость материала сердечника. Протекающий по материалу сердечника элек- трический ток вызывает его нагрев. Если это тепло не используется, то говорят о потерях на вихревые токи. В соответствии с законом Джо- уля-Ленца, мощность расходуемая на нагрев равна: 𝑃 = 𝐼𝐹2𝑟, (6) где IF - действующее значение вихревых токов, а r - сопротивление контура, по которому они за- мыкаются. Очевиднно, что эффективно снизить эти потери можно уменьшив ток. Это достига- ется увеличением удельного сопротивления ма- териала и разделением его на отдельные изоли- рованные друг от друга слои вдоль линий маг- нитного потока. Активная мощность, преобразуемая в тепло вихревыми токами PF , будет равна [3]: 𝑃𝐹 = 𝜀𝑓2𝐵𝑚𝑎𝑥2𝑉, (7) где 𝜀 – ЭДС, f – частота переменного тока, V – потери на вихревые токи Из выражения (7) следует, что потери на вих- ревые токи очень сильно (во второй степени) зависят от частоты переменного тока f а также от амплитуды индукции (плотности магнитного потока) Bmax. Методика моделирования распределения электромагнитных полей включает создание геометрической модели, задание свойств матери- ала, источника возбуждения, граничных условий, настройку опций расчета и сетки, решение за- дачи распределения и анализ результатов. Геометрическая модель индукционного устройства в соответствии с ANSOFT MAXWELL имеет составные части: – магнитопровод ферритовый марки Ф-86, свойства которого выбирались из библиотеки ANSOFT MAXWELL; – катушки возбуждения с числом витков N=25 реализуются в модели как два полых ци- линдра с толщиной стенок, равной высоте намотки. Приложенное к ним токовое возбуждение за- дается в сечении цилиндра с указанием ам- пер/витков и направления. Граничные условия: поле Н непрерывно при пересечении границ объектов; условие Неймана на границе области моделирования – поле Н не пересекает границы области моделирования. В результате моделирования с использова- нием уравнений электромагнитного поля Макс- велла без учета конвективного теплообмена нагреваемого тела с окружающей средой полу- чены распределения плотности вихревых токов в металлических деталях, магнитного поля индук- ционного устройства в пространстве. Анализ зависимостей показывает, что наибольшая мощность нагрева характерна для металлов с наибольшей электропроводностью, т.е. для меди. Плотность вихревых токов с по- вышением частоты увеличивается, так как силь- нее сказывается скин-эффект. Частота более 950 кГц не приводит к существенному повышению эффективности нагрева. Скоростью и температу- рой нагрева можно управлять, изменяя величину тока в обмотках возбуждения. Рисунок 2 – Распределение плотности вихревых токов в зазоре магнитопровода Для эффективного управления мощностью и скоростью индукционного нагрева необходимо контролировать величину тока в рабочих обмот- ках, а изменяя частоту питающего тока, можно регулировать характер нагрева – общий или ло- кальный поверхностный. Избирательный характер индукционного нагрева проводящих материалов позволяет реа- лизовать процесс пайки электронных компонен- тов на плату без перегрева корпуса. С помощью индукционного нагрева можно осуществлять формирование матричной структуры выводов припоя на контактных площадках печатной платы. 1. Ланин, В.Л. Высокоэффективные индукционные устройства для монтажной пайки в электронике / В.Л. Ланин // Технологии в электронной промышленности. – 2007. – № 5. – С. 46–49. 2. Erickson, R.W. Fundamentals of Power Electronics / R.W. Erickson. – Boston: Kluwer Academic Publishers, 2004. – 881p. 4. Немков, В.С. Теория и расчет устройств индукционного нагрева / В.С. Немков, В.Б. Демидович. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. – 280 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 284 УДК 535.34, 535.37 СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО КРИСТАЛЛА Er:LiKYF5 Вилейшикова Е.В.1, Лойко П.А.2, Хайдуков Н.М.3, Юмашев К.В.1 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2KTH – Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden 3Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН Москва, Россия Кристаллы сложных фторидов K2YF5 и LiKYF5, активированных ионами редкоземель- ных элементов RE3+ = Er3+, Nd3+ и др., известны как перспективные лазерные среды, характери- зующиеся относительно большими временами жизни редкоземельных ионов в возбужденных состояниях и высоким квантовым выходом лю- минесценции [1,2]. Структурные особенности этих фторидных соединений позволяют дости- гать высоких концентраций оптически активных ионов RE3+, вплоть до получения стехиометриче- ских составов, например K2ErF5 и LiKErF5 [3], без значительного концентрационного тушения люминесценции. В совокупности с относительно невысокими максимальными энергиями в фонон- ном спектре (~440 см-1), и, следовательно, низ- кими вероятностями безызлучательных перехо- дов для ионов RE3+, возникают благоприятные условия для разработки лазерных материалов на их основе. Кристаллическая структура LiKYF5 отно- сится к моноклинной сингонии (пр. гр. P21/c) и обеспечивает низкосимметричную координацию ионов Y3+/RE3+ (симметрия локального окруже- ния С1). В таких кристаллографических позициях ионы RE3+ характеризуются широкими спек- тральными полосами и высокими пиковыми зна- чениями поперечных сечений в спектрах погло- щения и вынужденного испускания [1]. В настоящей работе исследованы спектроско- пические свойства лазерных кристаллов LiKYF5, активированных ионами Er3+. Концентрацион- ный ряд кристаллов LiKY1–xErxF5 синтезирован в гидротермальных условиях методом прямого температурного градиента в результате реакции водного раствора, содержащего 20–30 мол. % KF и 5 мол. % LiF, с оксидами (1–x)Y2O3–xEr2O3, где х = 0.02, 0.05, 0.1, 1.0. Синтез осуществлялся при температуре в зоне синтеза T ~ 750 K, при давле- нии ~100-150 MПа в течение ~200 ч. В резуль- тате были получены кристаллы объемом ~0.5 cм3, из которых были изготовлены экспериментальные образцы в виде произвольно ориентированных кристаллических пластин толщиной ~1-2 мм. На рис. 1 приведен спектр поперечного сече- ния поглощения σabs в области длин волн 690 – 990 нм, соответствующей переходу 4I15/2 → 4I11/2 ионов Er3+, зарегистрированный для образца LiKY0.9Er0.1F5. Данная полоса использовалась для возбуждения люминесценции в образцах излуче- нием лазерного InGaAs диода. Отметим, что мак- симум значения σabs = 0.47×10 -20 cм3 достигается на длине волны 970.5 нм с FWHM = 1.8 нм. В области длин волн 1450–1650 нм расположена еще одна интенсивная полоса поглощения ионов Er3+ (рис. 2) с максимумом на длине волны 1524.0 нм (σabs = 0.55×10 -20 cм3), которая может быть использована для осуществления резонансного возбуждения ионов Er3+ на переходе 4I15/2 → 4I13/2). Рисунок 1 – Спектр поглощения кристалла 10 at.% Er3+:LiKYF5 в области 950-1025 нм Спектральная зависимость поперечных сече- ний вынужденного испускания σSE для перехода 4I13/2 → 4I15/2, соответствующего излучению в области длин волн ~1.47-1.65 мкм, были полу- чены при помощи метода соответствия [4]: 1 ZL SE abs 2 / ( ) ( ) exp , Z hc E Z kT λσ λ σ λ − = −    exp( / ),mm k k Z E kT≈ −∑ (1) где Emk – энергии Штарковских подуровней для основного (m = 1, 4I15/2) и возбужденного (m = 2, 4I13/2) состояний [1], EZL – различие энергий между нижними подуровнями обоих мультипле- тов, Zm – статистические коэффициенты заселен- ности мультиплетов, k – постоянная Больцмана, T – температура (293 K), с – скорость света, λ – длина волны излучения. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 285 Рисунок 2 – Спектры поперечных сечений поглощения σabs и вынужденного испускания σSE, соответствующих переходам 4I15/2 ↔ 4I11/2 ионов Er3+ в кристалле LiKYF5 Результаты, полученные для кристалла LiKY0.9Er0.1F5, приведены на рис. 2. Максималь- ное значение поперечного сечения вынужден- ного испускания σSE = 0.61×10 -20 cм2 достигается на длине волны 1537.1 нм. С целью определения времен жизни возбуж- денных состояний ионов Er3+ в кристаллах LiKYF5 были зарегистрированы кинетические характеристики затухания люминесценции в ближней ИК области. Измерения проводились для кристаллов LiKY0.98Er0.02F5 на длине волны возбуждения в 960 нм (рис. 3). Время затухания люминесценции из состояния 4I11/2, измеренное на длине волны ~1020 нм, составляет τexp = 1.56 мс. Затухание люминесценции из состояния 4I13/2 регистрировалось на длине волны ~1540 нм, τexp = 7.1 мс. Рисунок 3 – Кинетика затухания люминесценции ионов Er3+ из состояний 4I13/2 и 4I11/2 для кристалла 2 at.% Er3+:LiKYF5 Радиационное время жизни τrad состояния 4I13/2 было оценено при помощи модифицированного метода соответствия [4]: /( ) 2 rad 2 /( )4 1 abs 1 , 8 ( ) d ZL ZL hc kT hc kT Z e Zn c e λ λτ π λ σ λ λ − −−= ∫ (2) где n – показатель преломления кристалла, λZL – длина волны, соответствующая переходу между нижними Штарковскими подуровнями основ- ного (4I15/2) и возбужденного ( 4I13/2) состояний. Радиационное время жизни составляет 10.5±0.5 мс. Для лазерного перехода 4I13/2 → 4I15/2 были определены спектральные зависимости попереч- ных сечений усиления: g SE abs( ) ( ) (1 ) ( ).σ λ βσ λ β σ λ= − − (3) Здесь β = N2/N0 – параметр, характеризующий инверсию населенностей, где N2 и N0 – объемная концентрация ионов Er3+ в возбужденном состо- янии (4I13/2) и полная объемная концентрация ионов Er3+ в кристалле, соответственно. Резуль- таты, полученные при различных значениях β, приведены на рис. 4. В условиях низкой инверсии населенностей (β < 0.1) в спектре усиления наблюдается макси- мум в области длины волны 1623 нм. С увеличе- нием параметра β вплоть до значения 0.5, спектр усиления распространяется в коротковолновую область спектра, в котором появляется несколько локальных максимумов при ~1614 нм, 1579 нм и 1565 нм. Рисунок 4 – Спектры поперечных сечений усиления σg для кристалла Er 3+:LiKYF5, соответствующие переходу 4I13/2 → 4I15/2 Таким образом, кристаллы Er3+:LiKYF5 обла- дают относительно большим временем жизни ионов Er3+ на верхнем лазерном уровне и высо- кими значениями поперечных сечений поглоще- ния и вынужденного испускания для перехода 4I15/2 ↔ 4I11/2, что делает их перспективными для разработки лазеров с резонансной накачкой, генерирующих в условно безопасной для глаз спектральной области 1.5–1.6 мкм. Соактивация кристаллов LiKYF5 ионами Yb 3+ и Er3+ перспек- тивна для получения up- и down-конверсионных материалов [3]. 1. A. Smith, J.P. Martin, M.J. Sellars, N.B. Manson, A.J. Silversmith, B. Henderson. Site selective excitation, upconversion and laser operation in Er3+: LiKYF5 // Opt. Commun. – 2001. – Vol. 188, No. 1. – P. 219-232. 2. P.A. Loiko, E.V. Vilejshikova, N.M. Khaidukov, M.N. Brekhovskikh, X. Mate- os, M. Aguiló, K.V. Yumashev. Judd–Ofelt 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 286 modeling, stimulated-emission cross-sections and non-radiative relaxation in Er: K2YF5 crystals // J. Lumin. – 2016. – Vol. 180. – P. 103-110. 3. P.A. Loiko, N.M. Khaidukov, J. Méndez- Ramos, E.V. Vilejshikova, N.A. Skoptsov, K.V. Yumashev. Up- and down-conversion emissions from Er3+ doped K2YF5 and K2YbF5 crystals // J. Lumin. – 2016. - Vol. 170. - P. 1-7. 4. A.S. Yasyukevich, V.G. Shcherbitskii, V.É. Kisel', A.V. Mandrik, N.V. Kuleshov. Integral method of reciprocity in the spectroscopy of laser crystals with impurity centers // J. Appl. Spectr. – 2004. – Vol. 71, No. 2. – P. 202-208. УДК 535.34, 535.37 ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ РОМБИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ Eu:Li2Mg2(MoO4)3 Вилейшикова Е.В.1, Лойко П.А.2, Юмашев К.В.1, Кулешов Н.В.1, Павлюк А.А.3 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2KTH – Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden 3Институт неорганической химии СО РАН Новосибирск, Россия Кристаллы двойных и тройных вольфраматов и молибдатов привлекательны для активации трехвалентными ионами редких земель RE3+ = Yb3+, Tm3+, Ho3+ и др., для создания на их основе лазеров, излучающих в ближнем ИК диапазоне спектра. Недавно было показано, что кристаллы двойных вольфраматов, допированные ионами европия Eu3+, например, Eu:KY(WO4)2, обладают набором привлекательных спектроскопических свойств (высокими сечениями переходов в поглощении и испускании, высоким квантовым выходом люминесценции и стабильностью к изменению валентности ионов Eu3+ → Eu2+), что позволяет получать лазерную генерацию на данных кристаллах в красной области спектра [1, 2]. Нанокристаллы вольфраматов и молибдатов с ионами Eu3+ также находят применение как красные люминофоры. В настоящей работе представлены результаты исследования спектрально-люминесцентных свойств нового кристалла литий-магниевого молибдата Li2Mg2(MoO4)3, активированного ионами Eu3+ (Eu:LiMgMo). Рост кристаллов производился в ИНХ СО РАН. Кристаллы Eu:LiMgMo плавятся инконгруэнтно при температуре 1130 °С, что препятствует их синтезу традиционным методом Чохральского из стехиометрического расплава. В данной работе кристалл Eu:LiMgMo был выращен из высокотемпературного раствора в расплаве Li2MoO4 (метод TSSG). В качестве шихты использовались спеки, полученные из реагентов Li2CO3, MgO и MoO3. Затравка была ориентирована вдоль кристаллографической оси [010]. Скорость вытягивания составляла 1–5 мм/сут, скорость вращения – 20–30 об/мин. Полученная буля показана на рис. 1. Выращенные кристаллы являются прозрачными с розоватым оттенком. Рисунок 1 – Кристалл 0.4 at.% Eu:LiMgMo По данным рентгеноструктурного анализа, структура кристалла Eu:LiMgMo соответствует ромбической сингонии (структурный тип лионсита‚ пр. гр. Рnma, параметры решетки: а = 5.085 Å, b = 10.482 Å‚ с = 17.614 Å, Z = 4, V = 938.799 Å3), см. рис. 2. Поперечное сечение кристалической були имеет прямоугольную форму, вытянутую вдоль оси [100]. Рисунок 2 – Рентгенограмма порошка кристалла 0.4 at.% Eu:LiMgMo Концентрация Eu в шихте составила 10 at.%. По данным метода Energy Dispersive X-ray (EDX) Spectroscopy, концентрация Eu в кристалле составила 0.4 at.% (по отношению к ионам Mg2+, которые преимущественно замещаются ионами Eu3+). Низкий коэффициент сегрегации для Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 287 ионов Eu3+ KEu ~0.04 связан с тем, что их ионный радиус (0.947 Å для к.ч. = VI, соответствующего октаэдрам (Eu/Mg)O6 в структуре LiMgMo), существенно больше, чем соответствующий ионный радиус Mg2+ (0.72 Å). Рисунок 3 – Спектр пропускания кристалла 0.4 at.% Eu:LiMgMo (толщина 4 мм) Для исследования оптических свойств кристаллов Eu:LiMgMo были приготовлены полированные пластинки, вырезанные перпендикулярно оси [010], толщиной 4 мм. Спектры поглощения и люминесценции измерялись в неполяризованном свете, при комнатной температуре. В спектре оптического пропускания кристалла Eu:LiMgMo, рис. 3, в области прозрачности кристаллической матрицы наблюдается несколько слабых полос поглощения, характерных для ионов Eu3+, наиболее интенсивная из которых с максимумом при 397.8 нм (вставка на рис. 3) соответствует переходу 7F0 → 5L6. Данная полоса поглощения позволяет возбуждать люминесценцию ионов Eu3+ излучением синих GaN лазерных диодов. УФ край оптического поглощения матрицы LiMgMo соответствует длине волны λg = 320 нм (Eg = 3.9 eV). Спектр люминесценции ионов Eu3+ в кри- сталле LiMgMo при возбуждении на длине волны люминесценции 400 нм показан на рис. 4. Люминесценция Eu3+ связана с излучательными переходами из долгоживущего состояния 5D0 в более низколежащие состояния 7FJ (J = 0–6). В спектре отсутствуют полосы в синей области спектра, относящиеся к ионам Eu2+. Рисунок 4 – Спектр люминесценции кристалла Eu:LiMgMo, длина волны возбуждения 400 нм Для иона Eu3+ переход 5 D0 → 7F 2 является электрическим дипольным (ED) и он ги- пер-чувствителен к симметрии локаль- ного окружения иона. Преобладание по ин- тенсивности данного перехода над магнитным дипольным (MD) переходом 5D0 → 7F 1 говорит о преимущественно нецентральной симметрии ближайшего окружения иона Eu3+. Параметр асимметрии люминесценции: 5 7 ED 0 2 5 7 MD 0 1 ( D F ) , ( D F ) I R I → = → (1) характеризующий степень искажения ближай- шего окружения иона Eu3+ от центросимметрич- ного, для кристалла Eu:LiMgMo равен R = 7.8. Данное значение несколько ниже, чем для ионов Eu3+ в моноклинных кристаллах двойных воль- фраматов (R = 10–13). Исследованы кинетические характеристики люминесценции ионов Eu3+ в кристалле LiMgMo при импульсном возбуждении на длине волны 532 нм в состояние 5D1 (при этом ионы Eu 3+ быстро безызлучательно релаксируют в более низколежащее состояние 5D0), и регистрации люминесценции на длине волны 612 нм, см. рис. 5. Кривая затухания люминесценции имеет ти- пичный моноэкспоненциальный характер, время жизни уровня 5D0 составляет τ( 5D0) = 0.537 мс. Полученное время жизни близко к значениям τ(5D0) для ионов Eu 3+ в моноклинных кристаллах двойных вольфраматов (0.4–0.6 мс) [1,2]. Рисунок 5 – Кинетика затухания люминесценции ионов Eu3+ для кристалла 0.4 at.% Eu:LiMgMo Согласно стандарту CIE 1931 (Commission internationale de l'eclairage), наблюдаемая люминесценция характеризуется цветовыми координатами (x = 0.672; y = 0.328) – красный цвет – с доминантной длиной волны λd = 610 нм и параметром чистоты цвета p > 99%. Перспективны исследования кристаллов LiMgMo c другими лазерными активными ионами, например Yb3+ или Tm3+, для которых более вероятно получение лазерной генерации. Соединения же Eu:LiMgMo и Eu:LiMgW, 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 288 синтезированные в форме нанокристаллов, представляют интерес как красные люминофоры [4]. 1. P.A. Loiko, et al. Spectroscopic characterization and pulsed laser operation of Eu3+: KGd(WO4)2 crystal // Laser Phys. – 2013. – Vol. 23. No. 10. – P. 105811. 2. V.I. Dashkevich, et al. Red Eu,Yb:KY(WO4)2 laser at ~702 nm // Laser Phys. Lett. – 2015. – Vol. 12. No. 8. – P. 085001. 3. V.A. Trifonov, et al. Growth and spectroscopic characteristics of Li2Mg2(MoO4)3 and Li2Mg2(MoO4)3:Co 2+ crystals // Inorg. Mater. – 2013. – Vol. 49. No. 5. – P. 517–519. 4. Z. Mu, et al. Red phosphor Li2Mg2(WO4)3:Eu3+ with lyonsite structure for near ultraviolet light- emitting diodes // Displays. – 2016. – Vol. 43. – P. 18–22. УДК 535.34, 535.37 СИНТЕЗ И СПЕКТРОСКОПИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ Eu:Lu3Al5O12 ДЛЯ КРАСНЫХ ЛЮМИНОФОРОВ Вилейшикова Е.В.1, Хорт А.А.2, Подболотов К.Б.2, Лойко П.А.4, Шиманский В.И.3, Юмашев К.В.1 1Белорусский национальный технический университет 2Белорусский государственный технологический университет 3Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь 4KTH – Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden Кристаллы гранатов RE3Al5O12, где RE = Y, Gd или Lu, широко используются в качестве ла- зерных кристаллических материалов, а также как основа для порошковых и керамических люми- нофоров. Они обладают высокой механической и радиационной устойчивостью и привлекатель- ными люминесцентными свойствами различных ионов-активаторов, например, Eu3+, для приме- нения в красных люминофорах [1]. В настоящей работе представлены результаты исследования спектрально-люминесцентных свойств и струк- туры керамических люминофоров на основе нанопорошков Lu3Al5O12, легированных ионами Eu3+. Образцы Eu:Lu3Al5O12 были синтезированы методом экзотермического горения в растворах (SCS) стехиометрических смесей нитратов соот- ветствующих металлов и восстановителей. В качестве восстановителей использовалась смесь карбамида (U) и глицина (G) в мольном отноше- нии U:G = 2.778:1. Стехиометрические количе- ства нитратов лютеция, алюминия, европия и восстановители в количествах, необходимых для соблюдения соотношения восстановитель / окис- литель φ = 1.25 были растворены в малом коли- честве горячей бидистиллированной воды. В по- лученный раствор при постоянном перемешива- нии медленно приливался раствор аммиака до получения значения pH = 6.5–7. После этого об- разовавшийся гель быстро обезвоживался в мик- роволновой печи до получения пены. Затем пре- курсор материала в термостойком стакане поме- щался в предварительно разогретую до 600 °С муфельную печь, где в течении 10–15 сек начи- налась экзотермическая реакция горения, сопро- вождающаяся выделением большого объема га- зообразных продуктов реакции. В результате горения образовывался легкий рыхлый порошок. Синтезированный порошок измельчался и для дальнейшего исследования делился на три рав- ные порции, две из которых прокаливались на воздухе при температурах 800 °С и 1150 °С, со- ответственно. Синтез порошков осуществлялся для соотно- шения реагентов, обеспечивающих стехиометри- ческую формулу (Lu0.7Eu0.3)3Al5O12, т.е. актива- цию материала 30 at.% Eu3+. С целью исследования структурно-фазовых превращений, протекающих во время синтеза Eu:Lu3Al5O12, были проанализированы рентгено- граммы, зарегистрированные для исходного по- рошка и для прокаленных образцов. Согласно полученным результатам, рис. 1, образцы кри- сталлизовались в кубическую структуру (пр. гр. Ia-3d) с близкими параметрами кристаллической решетки a. Рисунок 1 – Рентгенограммы нанопорошков Eu:Lu3Al5O12 до и после термической обработки Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 289 В процессе термической обработки (т.о.) ис- ходного порошка параметры структуры несуще- ственно изменялись. Уточненные методом Рит- вельда параметр a, объем кристаллической ячейки V и средний размер кристаллитов d при- ведены в табл. 1. Рост температуры прокалива- ния приводит к увеличению d от 26 нм (для непрокаленного порошка) до 37 нм (для по- рошка, прокаленного при T = 1150°С). Таблица 1 – Параметры кристаллической ячейки Eu:Lu3Al5O12. Образец a, Å V, Å3 d, нм исходный 11.9300 1697.94 26 т.о. 800°С 11.9221 1694.46 29 т.о. 1150°С 11.9309 1698.32 37 SEM-изображения порошков зарегистриро- ваны на растровом электронном микроскопе LEO1455VP при ускоряющем напряжении 20 кВ в режимах регистрации отраженных и вторичных электронов. Элементный состав порошков опре- делялся на основе рентгеноспектрального мик- роанализа (EDX) на микроанализаторе Oxford Instruments X-MaxN, работающего совместно с растровым электронным микроскопом. Анализ изображений показывает, что морфо- логия нанопорошков характерна для материалов, полученных по методу экзотермического горе- ния. Образец представляет собой агломераты высокопористых образований. В следствие того, что материалы на основе R3Al5O12 характеризу- ются высокими значениями температуры начала плавления (>1600°С) т.о. приводит к укрупнению кристаллитов, но не их спеканию. На рис. 2 при- ведены SEM-изображения, полученные для об- разца, прокаленного при температуре 1150°С. Элементный состав полученных порошков под- твержден при помощи метода EDX. Рисунок 2 – Микроструктура порошка Eu:Lu3Al5O12, прокаленного при T = 1150°С. Изображение получено при помощи сканирую- щего электронного микроскопа На рис. 3 приведены спектры люминесценции ионов Eu3+ в порошках Eu:Lu3Al5O12 при возбуж- дении на длине волны 400 нм при помощи си- него GaN лазерного диода. В спектрах для непрокаленного порошка и порошков, прошед- ших термическую обработку, наблюдается ряд узких пиков со спектральным положением 573.7 нм (переход 5D0→ 7F0 для ионов Eu 3+), 587.5 нм и 592.2 нм (5D0→ 7F1), 605.7 и 626.7 нм ( 5D0→ 7F2), 646.1 нм (5D0→ 7F3) и 692.1 нм и 705.6 нм (5D0→ 7F4). Рисунок 3 – Спектры люминесценции нанопорошков Eu:Lu3Al5O12 до и после термической обработки, длина волны возбуждения 400 нм Распределение интенсивностей в спектрах люминесценции характерно для ионов Eu3+ в высокосимметричном кубическом окружении. Переход 5D0 → 7F1 по характеру принято считать магнитным дипольным (MD). Пользуясь извест- ными значениями вероятности AMD = AMD(vac)n 3 = = 90 c-1 (AMD(vac) – вакуумное значение вероятнос- ти магнитного дипольного перехода [2], n ≈1.84 – показатель преломления материала) и опреде- ленными экспериментально значениями коэффи- циентов ветвления люминесценции BJJ’, можно оценить вероятности остальных переходов, а также радиационное время жизни состояния 5D0, τrad = 5.4 мс. Результаты приведены в табл. 2. Ненулевое значение вероятности перехода 5D0 → 7F3 интерпретируется как вклад действия кристаллического поля, который может также объяснить появление в спектре слабого пика, относящегося к переходу 5D0 → 7F0, также запре- щенному по правилам отбора для магнитных и электрических дипольных переходов. Таблица 2 – Вероятности излучательных переходов ионов Eu3+ из состояния 5D0 для нанопорошков Eu:Lu3Al5O12 (т. о. при T = 1150°С). Переход ‹λ›, нм AJJ', с-1 BJJ’, % Atot, с-1 τrad, мс 5D0→ 7F1 591 90 MD 41 185 5.4 5D0→ 7F2 605 22ED 10 5D0→ 7F3 630 20 9 5D0→ 7F4 700 53ED 24 Параметры Джадда-Офельта, оцененные на основе полученных вероятностей, составили Ω2 = 0.35×10 -20 см2 и Ω4 = 1.84×10 -20 см2. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 290 Согласно стандарту CIE 1931, люминесцен- ция непрокаленного порошка и образцов, прока- ленных при T = 800 °С и 1150 °С, характеризу- ется цветовыми координатами (x = 0.608; y = 0.392) с доминантной длиной волны λd = 594 нм, (x = 0.594; y =0.406) и λd = 592 нм, (x = 0.589; y = 0.411) и λd = 590 нм, соответственно. Высокие значения параметров чистоты цвета (красный, по системе CIE 1931) зарегистриро- ванной люминесценции делают синтезированные нанопорошки Eu:Lu3Al5O12 перспективным мате- риалом для разработки на их основе красных люминофоров. Дальнейшая работа с данными материалами будет направлена на их допирова- ние парой ионов (Yb3+, Eu3+) для реализации up- и down-конверсионных процессов. 1. D. Uhlich, P. Uppertz, D.U. Wiechert, T. Jüs- tel. Preparation and characterization of nanoscale lutetium aluminium garnet (LuAG) powders doped by Eu3+ // Opt. Mater. – 2007. –Vol. 29. No. 11. – P. 1505-1509. 2. C.M. Dodson, R. Zia. Magnetic dipole and electric quadrupole transitions in the trivalent lanthanide series: Calculated emission rates and oscillator strengths // Phys. Rev. B. – 2012. – Vol. 86. No. 12. – P. 125102. УДК 621.385.6 НОВАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ФОТОАКУСТИЧЕСКОЙ ИНТРОСПЕКЦИИ Волкенштейн С.С.1, Керенцев А.Ф.2, Рубцевич И.И. 2, Хмыль А.А.3 1ОАО «Планар-СО» 2ОАО «ИНТЕГРАЛ»-управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» 3УО БГУИР Минск, Республика Беларусь Метод лазерной фотоакустической (ЛФА) ин- троспекции разрабатывался и доказал эффектив- ность контроля качества и диагностики неис- правностей во всём диапазоне сборочных опера- ций при производстве изделий электронной техники и микроэлектроники (ИЭТиМЭ) приме- нительно ко всем типам неразъёмных соедине- ний, используемых в монтажных конструкциях приборов [1]. Такие широкие возможности обеспечиваются координатными системами пространственного сканирования (X, Y) охватывающими диапазон перемещений более четырёх порядков от 51200 мкм до единиц микрометра, обеспечивая про- странственное X, Y разрешение от 200 мкм до 0,5 мкм. При этом также предусмотрена возмож- ность изменения диаметра пятна сфокусирован- ного лазерного импульсного ультрафиолетового излучения от 2 до 200 мкм. Высокая чувствительность данного метода к нарушению сплошности неразъёмных соедине- ний в монтажных конструкциях позволяет каче- ственно оценить адгезионные свойства различ- ных систем металлизационных покрытий. От- личные результаты в своё время были получены при проведении контроля металлизированных шин СВЧ транзисторов (рис. 1) [2]. Рис. 1. Общий вид кристаллодержателя СВЧ транзистора с отслоением металлизации на шине Рис. 2. Лазерные фотоакустические топограммы кристаллодержателей СВЧ транзистора: годных (1, 2, 3, 4) и с отслоением металлизации на шине (5, 6, 7, 8, 9, 10). Пространственное разрешение X, Y – 50 мкм Импульсное (τ = 10 нс) нормальное зондиро- вание поверхности металлизации 10 приборов проводилось ультрафиолетовым (λ = 337 нм) пучком (рис. 1) с шагом регистрации фотоаку- стического отклика на теневой стороне равным 50 мкм. В результате на топограммах (рис. 2) визуализировались области отслоения металли- зации (белый цвет), а также особенности её тон- кой структуры. В данном случае при помощи ЛФА интро- спекции была проведена качественная оценка адгезии без разрушения образцов, что позволяет провести многочисленные повторные оценки после различных тестов и проследить динамику влияния внешних воздействий на состояние ад- гезионного покрытия. Это позволит спрогнози- ровать эксплуатационную надёжность испытуе- мого изделия. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 291 Задача оценки адгезии различных покрытий выходит далеко за пределы микроэлектронной отрасли. В качестве примера можно привести stealth- технологию, где зачастую применяются радио- поглощающие покрытия (РПП). РПП изготавли- вается, как правило, в виде слоев радиопогло- щающего материала (РПМ), нанесенных на ме- таллическую или диэлектрическую подложку, которая представляет собой поверхность защи- щаемого изделия. Нанесение слоев РПМ тради- ционно производится путем сухого распыления с последующей сушкой каждого слоя. Толщина каждого слоя и количество слоев определяется заданными условиями получения РПП, опреде- ляющими необходимые конкретные параметры покрытия. Одной из важных задач при создании РПМ является требование высокого коэффици- ента поглощения и одновременно низкого отра- жения в широком диапазоне длин волн. Важ- ными свойствами радиопоглощающего покрытия являются их термостойкость, эластичность, кор- розионная стойкость, стойкость к другим экс- тремальным условиям, к которым относятся воз- действие повышенных и пониженных темпера- тур, воздействие повышенной влажности, солевого (морского) тумана, термическое старе- ние покрытия при низких и высоких температу- рах, циклическое изменение температуры окру- жающей среды. Реализованная на действующем оборудова- нии возможность макросканирования образцов на поле 5х5 см позволяет получить достоверные данные при исследовании опытных образцов покрытий и оценки их физико-механических свойств при воздействии наиболее критичных климатических факторов. В конечном счёте, это позволит точно прогнозировать эксплуатацион- ную надёжность конкретной реализации техно- логического решения. Ещё одной областью со схожими проблемами является создание различных биметаллических соединений. В настоящее время разработано большое ко- личество всевозможных силовых элементов, принцип работы которых основан на реализации эффектов памяти формы (ЭПФ). В процессе осуществления обратного мартенситного пре- вращения они в заданной последовательности способны восстанавливать предварительно за- данную деформацию различного типа. В основ- ном эти элементы представляют собой взаимо- связанную пару из сплава с ЭФП и упругого кон- тртела. От жесткости контртела зависит рабочий ход и усилие, развиваемое рабочим телом с ЭПФ. В связи с этим, актуальной является задача разработки композитов, сочетающих функции исполнительного механизма с ЭПФ и контртела, в частности, получение биметаллических конструкций. Процесс соединения никелида титана с дру- гими материалами, особенно с нержавеющими сталями, довольно труден. При сварке нитинола образуются хрупкие интерметаллические фазы, которые значительно уменьшают силу соедине- ния [3, 4]. С точки зрения технологии материала, самым многообещающим способом для соедине- ния TiNi является метод высокоскоростного де- формирования (сварка взрывом). В качестве образца исследования было взято трёхслойное соединение TiNi-сталь обеспечива- ющее высокие термоупругие и возвратные ха- рактеристики силовых элементов, работающих на эффекте памяти формы (рис. 3). Слои металла наносились друг на друга мето- дом сварки взрывом в два этапа. Вначале прово- дили сварку пластин TiNi-сталь, затем на двух- слойный пакет наносился третий слой – нержа- веющая сталь [5]. Рис. 3. Внешний вид трёхслойного образца TiNi-сталь со стороны стали На рис. 3 приведен внешний вид исследуе- мого образца, на поверхности которого за счёт абляционного воздействия импульсного лазер- ного излучения на поверхностные загрязнения отобразилась область сканирования 25,6х23,5 мм. Рис. 4. Лазерная фотоакустическая топограмма трёхслойного образца TiNi-сталь со стороны стали На лазерной фотоакустической топограмме (рис. 4) исследуемого трёхслойного образца 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 292 TiNi-сталь зарегистрирован косой излом в верх- ней части поля сканирования, что явно коррели- рует с внешним видом при визуальном осмотре образца. Дальнейшие исследования требуют проведения верификации, тестовых испытаний и анализа полученных результатов. 1. Волкенштейн С.С., Хмыль А.А. Неразрушающие методы контроля качества монтажа полупроводниковых кристаллов в корпуса ИМС. Технологии в электронной промышленности, №2, 2011 г., с. 18-22 2. Волкенштейн С.С., Турцевич А.С., Соловьёв Я.А., Керенцев А.Ф., Хмыль А.А. Формирование и контроль системы металлизации Mo-Ni-Au на бериллиевой керамике. V Международная научно- техническая конференция «Приборостроение – 2012», Минск, Беларусь, 2012 г. с. 256-258 3. Schlobmacher P., Haas T., Schubler A. Laser- welding of a Ni-rich NiTi shape memory alloy // SMST-97: Proceedings Conference, California, 2-6 March 1997 / Ed. by A.Pelton.- Asilomar, California, 1997.- P. 137-142. 4. Schubler A. Micro-machining and joining of NiTi-alloys using Nd:YAG lasers // SMST-97: Proceedings Conference, California, 2-6 March 1997 / Ed. by A.Pelton.- Asilomar, California, 1997.- P. 143-148. 5. Рубаник В.В., Клубович В.В., Рубаник В.В.мл., Петров И.В., Рубаник О.Е. Получение трехслойных соединений сталь- Ti-Ni сваркой взрывом // Актуальные проблемы прочности. XLVI Международная конф. Тез. докл. Витебск, 15-17 октября 2007 г. – С.330-331. УДК 621.315 ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР С ГЛУБОКИМИ МНОГОЗАРЯДНЫМИ ПРИМЕСЯМИ Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Формирование приборных структур мно- гофункциональных датчиков (МФД) на основе собственных полупроводников с глубокими мно- гозарядными примесями возможно и традицион- ными методами, широко используемыми при формировании активных слоев с высокой кон- центрацией примеси. Однако процессы форми- рования активных слоев МФД на основе соб- ственных полупроводников отличаются специ- фическими требованиями и для них желательно использовать ряд технологических операций, оптимизированных для формирования слоев с высокой чистотой примесного состава при низ- кой концентрации примеси. Электронные свойства приборных структур, формируемых в собственных полупроводниках, в значительной степени зависят от метода их получения. Так, например, свойства активных слоев ряда МФД на основе собственных полу- проводников формируются низкими концентра- циями глубоких примесей с несколькими зарядо- выми состояниями, но в той же области энергий образуются локализованные состояния, связан- ные с вводимыми при технологической обра- ботке дефектами. Различные технологические операции характеризуются и различным соста- вом, и концентрацией сопутствующих дефектов. В отличие от традиционных, газоразрядный метод легирования, использующий в качестве материала электродов примесные элементы, поз- воляет получить легирующие примеси непосред- ственно в установке диффузии или эпитаксиаль- ного наращивания. В качестве газа, в котором формируется разряд, используют инертные газы, которые не являются легирующими примесями, в качестве источника легирующих примесей ис- пользуют сильнолегированный электрод в форме пластины (электрода-мишени). Легирующий элемент появляется в газовой среде за счет ка- тодного распыления электрода-мишени при ион- ной бомбардировке. В дальнейшем ионы леги- рующего элемента ионизируются и внедряются в пластину. Этот метод обеспечивает высокую чистоту процесса. Степенью легирования легко управ- лять электрическими параметрами газового раз- ряда и тем самым можно получать заданные рас- пределения примесей в процессе эпитаксиаль- ного наращивания. Собственно, газоразрядный метод легирования обычно использует искровой или тлеющий разряды, часто при атмосферном давлении. Кроме того, плазма может быть воз- буждена и с помощью лазерного излучения. По- лучение легирующей примеси непосредственно в процессе легирования позволяет избавиться от применения высокотоксичных соединений, ко- торые к тому же являются нестабильными, например, диборан как соединение устойчив не более 2-х месяцев. Все это приводит к неконтро- лируемому легированию при использовании смесей. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 293 Газоразрядные методы легирования лишены недостатков методов жидкостного легирования, индивидуальных легирующих соединений в по- токе транспортирующего газа, газовых смесей. К преимуществам газоразрядных методов легиро- вания относятся: возможность внедрения ряда элементов при отсутствии токсичных газов, бо- лее точный контроль условий легирования и меньшая степень загрязнения формируемых слоев. Газоразрядный метод легирования позволяет получить легирующие примеси из материала электродов непосредственно в технологической установке. Этот метод при использовании элек- тродов из примесных элементов обеспечивает высокую чистоту процесса. Степенью легирова- ния легко управлять электрическими парамет- рами газового разряда. Если электроды выпол- нены из различных материалов, то смена поляр- ности разряда приведет и к смене вводимой в полупроводник примеси. При этом возможно формирование слоев с чередующимся типом проводимости. Конструктивно основу технологической установки составляет диодная система, образо- ванная сильнолегированным электродом-источ- ником примеси, и размещенная в технологиче- ском реакторе со средствами прокачки и напуска газов. Наиболее просто реализуется искровой газо- вый разряд, он характеризуются большей интен- сивностью процесса внедрения примеси, но он хуже управляем и не позволяет достичь тех же значений качества, которые реализуются в тле- ющем разряде. Искровой метод легирования эпитаксиальных структур обладает рядом суще- ственных недостатков: 1) применение искрового разряда для газоразрядного легирования приво- дит к заметному увеличению числа дефектов упаковки за счет образования аэрозолей; 2) управлять током искрового разряда с необходи- мой степенью точности невозможно; 3) в случае искрового разряда происходит значительное раз- рушение поверхности электродов, что приводит к изменению геометрии газоразрядного проме- жутка, а это, в свою очередь, вызывает измене- ние тока газового разряда, что обусловливает неконтролируемое легирование. Указанные не- достатки могут быть исключены, если для осу- ществления газоразрядного легирования эпитак- сиальных структур использовать тлеющий раз- ряд. Поэтому в технологических установках необходим постоянный контроль процесса газо- вого разряда для предотвращения перехода тле- ющего разряда в искровой. В газоразрядных ме- тодах легирования фактором, ограничивающим применимость того или иного материала для ле- гирования, является не его давление паров, как в традиционных методах, а электрическая прово- димость электрода, который и является источни- ком внедряемой примеси. Но и это ограничение снимается при возбуждении плазмы в области мишени-электрода с помощью лазерного излуче- ния. Физические процессы, связанные с погло- щением лазерного излучения в твердых телах, существенно разнятся для диэлектриков (про- зрачные материалы) и металлов (сильно погло- щающие материалы) только при сравнительно небольших плотностях мощности оптического излучения. С возрастанием плотности потока излучения диэлектрик также становится непро- зрачным, и наблюдающиеся явления становятся близкими по своей физической природе. При некоторой пороговой плотности потока лазер- ного излучения поглощенная энергия превышает энергию связи атомов в веществе и энергию ионизации, в результате чего слой облучаемого вещества превращается в плазму. Сильно иони- зированная плазма эффективно поглощает ла- зерное излучение, что приводит к ее значитель- ному разогреву. Из-за большого градиента дав- ления вещество выбрасывается с облученной поверхности мишени. При этом не важно, ка- кими свойствами, диэлектрическими или метал- лическими, обладает мишень. Характерное время развития лавинной ионизации слабо зависит от начальной и конечной концентрации электронов и составляет около 10-10 с, что значительно меньше длительности импульсов технологиче- ских лазеров, например, длительности импульса лазера в режиме модулированной добротности (около 10-8 с). Это означает, что степень иониза- ции лазерной плазмы, образующейся при воздей- ствии лазерного излучения с плотностью потока более 109 Вт/см2, практически равна 100 %. При использовании тлеющего разряда в газо- разрядном легировании тлеющий разряд возбуж- дается в потоке водорода. В процессе развития разряда происходит изменение температуры и плотности газа, и, связанное с этим, перемеще- ние зон ионизации. Характер разряда зависит от скорости газового потока. При увеличении ско- рости потока выше некоторого критического значения, разряд скачкообразно переходит в диффузную форму, характеризующуюся высокой степенью однородности. Критическая скорость потока газа увеличивается с ростом тока разряда. Однородность и воспроизводимость параметров формируемых слоев существенно выше при диффузной форме тлеющего газового разряда, поэтому важно поддерживать скорость прокачки газа выше критического значения. Уровень леги- рования слабо зависит от межэлектродного про- межутка, и определяется в основном током раз- ряда. Изменяя ток разряда можно управлять ско- ростью внедрения легирующей примеси в широких пределах, до нескольких десятков раз. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 294 Газоразрядные методы легирования, включая лазерный метод возбуждения плазмы на поверх- ности мишени, отличаются тем, что легирующее соединение синтезируется в плазме тлеющего разряда между электродами, содержащими мате- риал требуемой примеси. Это позволяет прово- дить контролируемое легирование полупровод- никовых структур, расширяет диапазон концен- трации вводимых примесей, дает возможность получать эпитаксиальные слои с количеством дефектов упаковки на несколько порядков меньше, чем это возможно в случае искрового метода, улучшает качество эпитаксиальных структур, позволяет создавать многослойные полупроводниковые структуры с заданным гра- диентом концентрации по глубине каждого слоя, поддается автоматизации. Исходя из требований, предъявляемых к структурам многофункцио- нальных датчиков на основе собственных полу- проводников (германия и кремния) с глубокими многозарядными примесями (Cu, Pt, Au, Ni, Fe, Se, S), которые должны содержать минимально возможное количество структурных дефектов, низки требуемым уровнем легирования, можно сделать вывод, что газоразрядные методы леги- рования с лазерной инициализацией плазмы, хотя и не являются единственно пригодными, но желательными технологическими методами формирования активных слоев МФД. 5. Газоразрядные технологии легирования позволяют исключить из технологического процесса такие высокотоксичные химические соединения, как арсин, фосфин, диборан. От- каз от гидридов и галогенидов легирующих элементов позволяет проводить процесс плаз- менного легирования без специальных мер безопасности, убрать из процесса дорогостоя- щие высокочистые токсичные, пожаро- и взрывоопасные газы, упростить техпроцесс и снизить затраты. УДК 544.22+544.08 ДАТЧИКИ ДИОКСИДА АЗОТА НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ WO3-In2O3 Гайдук Ю.С.1, Реутская О.Г.2, Савицкий А.А.1, Таратын И.А.3 1Белорусский государственный университет 2Белорусский национальный технический университет 3ОАО «Минский НИИ радиоматериалов», Минск, Республика Беларусь Полупроводниковые резистивные датчики на основе SnO2, In2O3, WO3, ZnO и др. оксидов ши- роко применяются для обнаружения и определения концентрации различных газов. В работе [1] исследовалось влияние добавки In2O3 в количестве 1,5, 3,0 и 5,0 % мас. на газо- чувствительные свойства WO3. Соответствую- щие композиции были получены твердофазным высокотемпературным синтезом из коммерчески доступных WO3 и InCl3. В интервале температур 100 – 200 °С датчики были селективны к NO2, при этом наибольшей чувствительностью к 4 ppm NO2 в воздухе, превышающей 170 %, обла- дал состав, содержащий 3 % мас. In2O3 [1, рис. 2]. Целью нашей работы стало изучение структур- ных и газочувствительных свойств композиции оксидов вольфрама (WO3) и индия (In2O3), полу- ченных золь-гель методом. Золь-гель метод поз- воляет получать наноразмерные материалы с высокой однородностью и развитой удельной поверххностью, что особенно важно для оксид- ных газочувствительных материалов. Методика эксперимента. Гель вольфрамо- вой кислоты получен из 1,23M р-ра вольфрамата натрия и 12M р-ра азотной кислоты. Na2WO4×2H2O по каплям добавляли к раствору HNO3. При термическом разложении геля обра- зуется нанокристаллический триоксид вольфрама. Оксид индия In2O3 получали осаждением 9,24М р-ром аммиака гидрооксида индия из 0,78 М р-ра In(NO3)3×4,5H2O. Отжиг высушен- ного при комнатной температуре ксерогеля в интревале 200 – 800 °С приводил к получению нанокристаллического In2O3. Полученные золи смешивались в необходимых пропорциях для получения пористых газочувствительных нано- композитов, содержащих 3, 25, 50, 95, 99 % In2O3. C целью изучения газочувствительных свойств исследованных композиций были изго- товлены двухэлектродные датчики (Рис. 1). Газовые датчики были изготовлены по стан- дартной технологии следующим образом: на кремниевую пластину осаждалась методом маг- нетронного распыления платина. Затем произво- дились процессы фотолитографии, ионно-луче- вого травления платины с целью формирования нагревателей и электродов. Затем производили травление подложки для разделения на кри- сталлы 1,3 × 1,3 мм с одновременным формиро- ванием в них мембраны и сквозных участков, разварку в корпус платиновой проволоки диа- метром 20–35 мкм, нанесение чувствительных слоев, приклеивание газопроницаемого колпака с сеткой из нержавеющей стали. Чувствительные слои после нанесения отжигали при 450–600 оC в течение 72 ч. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 295 Чувствительность (сенсорный отклик) S, % определяли по формуле S = (Ra – Rg)/Ra × 100 %при воздействии газовоздушной смеси, содержащей CO и пропан, и по формуле S = (Rg – Ra)/Ra × 100 % при воздействии газо- воздушных смесей, содержащих диоксид азота. Рентгенографические исследования проводи- лись при помощи дифрактометра ДРОН-3 (Cо-Кα1–излучение). ОКР (размер кристаллитов) определяли по формуле Дебая–Шеррера. Обсуждение результатов. Термообработка ксерогеля вольфрамовой кислоты (Н2WO4 × Н2О) в интервале 200 – 800 °С (2 ч) приводит, по данным РФА, к образованию моноклинной структуры ок- сида вольфрама WO3. C увеличением температуры наблюдается рост степени кристаллизации и уве- личение области когерентного рассеяния (ОКР), размеры которой принято соотносить с физическим размером кристаллитов, от 60 – 70 нм при 200 °С до 200 нм при 800 °С. Рис. 1. Внешний вид Si-подложки с Pt-нагревателем и измерительными электродами газового датчика (увеличение, без чувствительного слоя) Исследования методом РФА полученных золь-гель методом образцов оксида индия, пока- зали формирование (на стадии фильтрации и сушки при 20 ˚С ксерогеля) аморфной, слабо- кристаллизованной структуры гидрооксида ин- дия In(OH)3. Последующий отжиг при повышен- ных температурах (200 – 800 ˚С) приводил к образованию In2О3. Для образца, отожжённого при 200 ˚С, ОКР составила 10 – 12 нм, при 300 ˚С – 20 нм, при 450оС – 35 нм, а при 800оС – 50 нм. При совместном отжиге смесей порошков окси- дов индия и вольфрама формируется гетероген- ный материал, состоящий из фаз: C–In2O3 (PDF 6–416) и моноклинного WO3. (JCPDS 71–2141). Отжиг при 800 °С и выше приводит к образованию In2(WO4)3. Полупроводниковый слой из чистого WO3 в составе газовых датчиков с рабочей температу- рой до 250 °С демонстрирует определённую чув- ствительность к различным газам окислительной и восстановительной природы, в т.ч. к СH4, C3H8, CO, NO2 [2]. а) б) Рис. 2. Зависимость сенсорного отклика от времени пропускания газовоздушной смеси: а) In2O3; 1 – 80 pm CO/воздух, 131 mA; 2 – 80 pm CO/воздух, 121 mA; 3 – 4 ppm NO2, 121 mA; 4 – 4 ppm NO2, 131 mA б) 1 – In2O3, 4 ppm NO2, 71 mA; 2 – WO3 + 3 % In2O3, 4 ppm NO2, 51 mA Наибольшей чувствительностью к диоксиду азота обладают датчики, содержащие в составе газочувствительного слоя 1 – 5 % мас. In2O3. При увеличении содержания оксида индия снижается как чувствительность, так и селективность дат- чиков к NO2. Высокое время возврата для ука- занных слоев может быть в значительной мере уменьшено путём оптимизации топологии под- ложки или специальным режимом работы при- бора, предусматривающем возможность кратко- временного отжига слоя при повышенной темпе- ратуре. Вместе с тем, датчики, содержащие 1 – 5 % мас. WO3, также демонстрируют cравнительно высокую чувствительность к NO2 при низких рабочих температурах, и обладают при этом удо- влетворительными временами срабатывания и восстановления. Для датчиков, содержащих 25, 50, 75 % мас. In2O3 характерна сравнительно не- высокая газовая чувствительность и низкая се- лективность к диоксиду азота. Композиция WO3 + 3 % мас. In2O3 демон- стрирует более низкие отклики к 80 ppm CO и 20 ppm C3H8 во всем исследованном интервале то- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 296 ков нагрева (11 – 131 mA, наибольший S = 18 % при 131 mA для СО и 3 % для C3H8 при 111 mA). Все исследованные датчики характеризуются также низким энергопотреблением (не более 30 мВт при токе нагрева 51 мА). Выводы. Высокая газовая чувствительность (S≤2×105 %) полученной золь-гель методом ок- сидной композиции WO3–In2O3, превышающая чувтвительность исходных оксидов, позволяет её применение для формирования чувствительных элементов селективных газовых датчиков NO2 с низким порогом чувствительности (1 ppm и менее), рабочей температурой < 200 ˚С, низкой чувствительностью к газам-восстановителям. По сравнению с чистыми WO3 и In2O3 композиция обладает значительно большей чувствительно- стью и селективностью к NO2, а также суще- ственно меньшей рабочей температурой. 1. Khatko, V. Gas sensing properties of nanoparti- cle indium-doped WO3 thick films / V. Khatko, E. Llobet, X. Vilanova, J. Brezmes, J. Hubalek, K. Malysz, X. Correig // Sens. Actuators B. Chem. – 2012. – Vol. 111 – 112. – P. 45 – 51. 2. Гайдук Ю.С., Реутская О.Г., Таратын И.А., Савицкий А.А., Стрижаков Д.A. Газовые сен- соры на основе композиций WO3 c Cо3O4 и многостенными углеродными нанотруб- ками: Материалы 8 Междунар. конф. «При- боростроение–2015», Минск, 25–27 ноября 2015 г. Т. 1 / Белорусский национальный тех- нический университет; под ред. О.К. Гусев [и др.]. – Мн., 2015. С. 67 – 69. – 320 с. УДК 519.63 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЛЕНКАХ TiAlN ПРИ НАНОСЕКУНДНОМ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Гацкевич Е.И.1, Ивлев Г.Д.2, Людчик О.Р.2 1Белорусский национальный технический университет 2Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь Одними из наиболее перспективных покры- тий, используемых для упрочнения режущего инструмента, являются покрытия на основе TiAlN [1]. В частности, эти покрытия обладают высокой тепло- и изностойкостью, а также более высокой стойкостью к окислительному износу по сравнению с существующими покрытиями [1]. Для оптимизации свойств указанных покры- тий используют различные способы их нанесе- ния и последующей обработки [2,3]. Недавно [4] было проведено экспериментальное исследова- ние эффектов модификации тонких пленок TiAlN на кремнии воздействием интенсивного наносекундного излучения рубинового лазера. Установлено, что в определённом интервале плотностей энергии лазерного облучения си- стемы TiAlN/Si ниже установленного порога разрушения/абляции субмикронной плёнки TiAlN наблюдается изменение морфологии по- крытия. Наблюдаемая трансформация строе- ния/морфологии плёнки является следствием релаксационных процессов, происходящих в поле значительных (термостимулированных) механических напряжений, которые обуслов- лены нагревом плёнки во время действия лазер- ного импульса. Цель настоящей работы заключается в ана- лизе методом численного моделирования приме- нительно к экспериментальной ситуации [4] тер- мостимуллированных процессов лазерного воз- действия, приводящих к модификации структурного состояния плёнок TiAlN/Si. Для моделирования процессов нагрева и остывания численно решалось нелинейное урав- нение теплопроводности. В условиях экспери- мента [4] плотность энергии падающего излуче- ния равномерно распределена по облучаемой зоне образца (радиус зоны облучения r0=4 мм), что позволяет ограничиться одномерным при- ближением. Временная форма (гаусс) и длитель- ность лазерного импульса (70 нс по уровню 0,5) соответствовали эксперименту. Конкретные рас- четы проводились для образца TiAlN/Si с тол- щиной пленки нитрида 0,5 мкм. В расчете учитывались температурные зави- симости теплофизических параметров пленки и подложки. Для коэффициентов отражения и по- глощения TiAlN использовались эксперимен- тальные данные, полученные в работе [4], отра- жательная способность R=28% и коэффициент поглощения α= 1,7·105 см-1. Уравнение теплопроводности для системы плёнка – подложка решалось в конечных разно- стях методом прогонки по неявной разностной схеме. В результате вычислений получены дан- ные о пространственно-временной эволюции температуры в нагреваемом слое системы TiAlN/Si при ряде плотностей энергии лазерного облучения. На рисунке 1 представлено распреде- ление температуры по глубине в момент дости- жения пиковой температуры поверхности и в Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 297 момент окончания импульса (140 нс) при облу- чении образцов лазерными импульсами с раз- личными плотностями энергии W. 0,0 0,5 1,0 1,5 500 1000 1500 2000 2500 б 3 2 1 z, мкм 140 нс 500 1000 1500 2000 2500 3000 3 2 1 a Те м пе ра ту ра , K 94 нс 95 96 Рисунок 1- Распределение температуры по глубине в момент достижения максимальной температуры (а) и в момент окончания импульса (б) при плотностях энергии облучения 1(1), 0,8 (2) и 0,5 Дж/см2 (3) Согласно [4] при W=0,5 Дж/см2 каких-либо изменений в морфологии плёнки не наблюда- ется. В этом режиме лазерного воздействия рас- чётная пиковая температура поверхности состав- ляет 1640 K. На границе пленка-подложка мак- симальная температура равна 1020 К. При увеличении W до 0,6 Дж/см2 происходит морфо- логическое изменение состояния пленки с обра- зованием системы латеральных ячеек микронных размеров (в среднем 1,8 мкм), превышающих толщину самой плёнки TiAlN, причём средний размер ячеек уменьшается примерно в 2 раза с увеличением W до 0,8 – 0,9 Дж/см2 [4]. Для оценки термоупругих напряжений, воз- никающих при наносекундном лазерном нагреве, воспользуемся аналитическими выражениями из работы [5]. В центре зоны облучения (r=0) для составляющих тензора напряжений σ можно ис- пользовать выражения: 𝜎𝑟𝑟(𝑧) = 𝜎𝜑𝜑(𝑧) = − 𝐸𝛼𝑇(1 − ν) [𝑇′(𝑧) − (ν − 1)𝑟02(𝑧2 + 𝑟02)32 � 𝑑𝑧′𝑇′(𝑧)𝜇𝜋 (1)𝐷0+ 3𝑧2𝑟022(𝑧2 + 𝑟02)52 � 𝑑𝑧′𝑇′(𝑧)]𝐷0 , где E и ν - модули Юнга и Пуассона, αT - коэффициент линейного расширения, D- глубина прогрева. T′(z)=T(z)-T0, T0=300 K – начальная температура. Расчетные данные для рассмотренных выше режимов облучения, полученные по формуле (1), показаны на рисунке 2. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 -20 -16 -12 -8 -4 б 3 2 1 z, мкм 140 нс -20 -16 -12 -8 -4 3 2 1 a Н ап ря же ни я, Г П а 94 нс 95 96 Рисунок 2 – Распределение термоупругих напряжений по оси лазерного пучка в пленке TiAlN. Обозначения те же , что на рисунке 1 Наряду с термоупругими напряжениями в пленке будут также присутствовать напряжения несоответствия, обусловленные различием между параметрами решетки пленки и под- ложки. Согласно справочным данным параметр кристаллической решетки пленки af = 0,423 нм [6], для кремниевой подложки as = 0,543 нм. Напряжения несоответствия можно оценить по формуле [7] 𝜎𝑓 = 𝐸(1 − 𝜈) (𝑎𝑠 − 𝑎𝑓)𝑎𝑓 . (2) Внутренние напряжения в пленке действуют в плоскости параллельно её свободной поверх- ности и являются напряжениями сжатия, как и термоупругие напряжения. Расчетное значение σf соответствует значению порядка 200 ГПа. Ука- занная оценка является завышенной, то есть со- ответствует верхнему пределу внутренних напряжений. В действительности в значения внутренних напряжений будут вносить вклад дополнительные напряжения, возникающие в пленке в результате пластической деформации. Релаксационные процессы, связанные с пласти- ческой деформацией, существенно снижают внутренние напряжения в пленке. Экспериментальные значения предела теку- чести σT соответствуют значению 12,26 ГПа [6]. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 298 Таким образом, возникающие в пленке TiAlN на кремниевой подложке термоупругие напряжения при импульсных лазерных воздействиях срав- нимы по величине с пределом текучести TiAlN покрытий, что может быть причиной морфоло- гических изменений в пленке. 1. Локтев, Д. Основные виды износостойких покрытий / Д. Локтев, Е. Ямашкин // Наноиндустрия.-2007.-№5.-С.24-30. 2. Получение и свойства покрытий TiAlN на стали / Ф.Ф. Комаров [и др.]// Ползуновский альманах.-2014.-№2.-С.10-15. 3. Влияние структуры напыляемых слоев TiN и AlN на свойства нанокомпозитного TiAlN покрытия/ А.Н. Броздниченко [и др.]// Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. -2006. –T.6, №15.-C. 64-68. 4. Воздействие наноимпульсного лазерного излучения на тонкие пленки TiAlN/Si / Г.Д.Ивлев [и др.] // Взаимодействие излучений с твёрдым телом. Материалы 11-й Международной конференции. Минск, Беларусь, 23-25 сентября 2015 г. Минск, Издательский центр БГУ, 2015.- С.33-35. 5. Гацкевич, Е.И. Термоупругие напряжения в поверхностных слоях при наносекундном нагреве // ИФЖ.-1991.-Т.60, №2.-С.344. 6. Табаков, В.П. Определение механических характеристик износостойких ионно- плазменных покрытий на основе нитрида титана / В.П. Табаков, А.В. Чихранов // Изестия Самарского научного центра РАН. – 2010.-Т.12, №4.-С.292-297. 7. Овидько, И.А. Релаксация напряжений несоответствия путем зернограничной диффузии в нанокристаллических пленках / И.А. Овидько, Н.В. Скиба, А.Г. Шейнерман // Materals Physics and Mechanics.-2009.-V.8. – P.149-154. УДК 681 ГАЗОВЫЙ СЕНСОР С НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ НА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ Горох Г.Г.1, Захлебаева А.И.1, Ткач А.Н.1, Реутская О.Г.2, Хатько В.В.2, Таратын И.А.2 1Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 2Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Исследован газовый сенсор с низким энерго- потреблением на двухслойной диэлектрической мембране с тонким слоем анодного оксида алю- миния. Представлена технология изготовления газового сенсора на наноструктурированной мембране SixNy/Al2O3. Исследованы отклики сенсора к 1 ppm CO при различных температурах нагрева чувствительного слоя. Определен опти- мальный режим работы сенсора Для минимизации потребляемой мощности полупроводниковых газовых сенсоров их изго- тавливают на тонких диэлектрических мембра- нах, формируемых в кремниевых подложках по МЭМС-технологии [1]. Стандартная технология формирования мембран на основе оксида и нит- рида кремния обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить плохое согласование термомеханических свойств используемых мате- риалов и их плохую адгезию к нитриду крем- ния [2]. Одним из способов решения данных проблем является формирование двухслойных мембран с высокоупорядоченным диэлектриче- ским слоем на основе анодного оксида алюминия (АОА), который за счет пористой структуры обеспечивает высокую адгезию и хорошее согла- сование термомеханических свойств используе- мых материалов [3]. Изготовление газовых сен- соров на двухслойных SixNy/АОА мембранах позволяет уменьшить тепловые потери на нагрев сенсоров до рабочих температур за счет упоря- доченной структуры АОА, ограничивающей рас- пространение тепла по подложке [4]. В настоя- щей работе представлена технология изготовле- ния тонкопленочного сенсора на комбинированной SixNy/АОА мембране, иссле- дованы его структурные и функциональные ха- рактеристики. Технологический маршрут изготовления сен- сора на комбинированной мембране включает в себя три технологических блока. Первый блок объединяет операции формирования мембраны SixNy/АОА (рис. 1, а): очистка поверхности Si, осаждение слоя SixNy, фотолитография и локаль- ное плазмохимическое травление SixNy с непла- нарной стороны подложки до Si, анизотропное щелочное травление Si, напыление Al и его двух- стадийное электрохимическое анодирование. Ко второму блоку относятся операции по изготовле- нию платинового нагревателя и информационных электродов к чувствительному слою (рис. 1, б): напыление слоя Pt на поверхность АОА и его ионно-лучевое травление. Хорошая адгезия пла- тины к пленке оксида алюминия позволяет избе- жать применения адгезионных слоев, что в свою очередь улучшает стабильность Pt нагревателя, работающего при высокой температуре, по срав- нению с Si микронагревателями [4]. Третий блок включает в себя операции нанесения и термооб- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 299 работки полупроводникового чувствительного слоя In2O3-GaO2 (рис. 1, в). а) б) в) 1 – Si подложка; 2 – SixNy; 3 – АОА; 4 – Pt электроды; 5 – Pt нагреватель; 6 –In2O3-GaO2 Рис. 1 – Технология изготовления газового сенсора на двухслойной мембране SixNy/АОА Разработанная конструкция сенсора пред- ставляет собой Si подложку площадью 1,35×1,35 мм и толщиной 0,38 мм, в центре кото- рой сформирована диэлектрическая мембрана размером 400×400×1,7 мкм (рис. 2, а), состоящая из 0,8 мкм слоя SixNy и 0,9 мкм слоя АОА (рис. 2, б). На планарной стороне мембраны сформирован Pt нагреватель и информационные электроды к чувствительному слою In2O3-GaO2. а) б) Рис. 2 – Микрофотографии поперечного сечения Si подложки с мембраной (а), мембраны SixNy,/Al2O3 (б) Изучение теплопроводности изготовленных структур показало, что при нагреве сенсора мак- симум температуры локализован в области чув- ствительного элемента и не выходит за пределы мембраны (рис. 3). При этом температура края кремниевой подложки, а также контактных пло- щадок для АОА пористостью 10% в 2 раза, а для АОА пористостью 70% в 3 раза ниже темпера- туры чувствительного слоя [4]. Рис. 3 – Распределение температурного поля в конструкции сенсора на двухслойной мембране Исследования вольт-амперных характеристик сенсоров на двухслойной мембране показали снижение потребляемой мощности сенсоров на 21% с увеличением пористости АОА до 70% [4]. Сформированные сенсорные структуры ис- следовали на чувствительность к воздействию 1 ppm CO. На рис. 4 представлены временные зависимости сенсорного отклика сформирован- ных структур при температурах нагрева чувстви- тельного слоя 300°С (кривая 1) и 340°С (кривая 2). Температуре нагрева чувствительного слоя 300°C соответствовала величина потребляемой мощности сенсора 14,0 мВт, а температуре 340°C – 15,4 мВт. Рис. 4 – Отклики сенсора, сформированного на двухслойной мембране SixNy/АОА, на 1 ppm CO Величину сенсорного отклика определяли как разность между сопротивлением сенсора при воздействии активного газа (Rgas) и сопротивле- нием сенсора в воздухе (Rair). Чувствительность сенсора 1 ppm СО была рассчитана как процент- ное отношение Rgas и Rair: S = [(Rair-Rgas)/Rgas]×100% и составила 23,08% для потребляемой мощности сенсора 14,0 мВт и 9,73% для потребляемой мощности сенсора 15,4 мВт. Нагрев чувствительного слоя до тем- ператур свыше 300°С приводит к уменьшению чувствительности сенсора, увеличению его по- требляемой мощности и ухудшению вида кривой сенсорного отклика (рис. 4). Формирование газовых сенсоров на нано- структурированных двухслойных диэлектриче- ских мембранах из нитрида кремния и анодного оксида алюминия позволяет решить проблему адгезии и согласования термических и механиче- ских свойств используемых материалов, повы- сить чувствительность и уменьшить потребляе- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 300 мую мощность. Изготовленные структуры по- казали хорошие отклики на 1 ppm CO, при этом для работы сенсора в оптимальном режиме тем- пература нагрева чувствительного слоя не должна превышать 300°C. Чувствительность сенсора к 1 ppm CO в этом случае составляет 23,08% при потребляемой мощности 14,0 мВт. Нагрев чувствительного слоя до температур свыше 300°С приводит к уменьшению чувстви- тельности сенсора, увеличению его потребляе- мой мощности и ухудшению вида кривой сен- сорного отклика. 1. Semiconductortype MEMS gas sensor for real- time environmental monitoring applications / S.E. Moon, N.-J. Choi, H.-K. Lee [et al.] // ETRI Journal. – 2013. – Vol. 35. – Iss. 4. – P. 617-624. 2. Васильев, А.А. Технология «Нано-на- микро». Улучшение характеристик газовых сенсоров / А.А. Васильев, И.М. Олихов, Н.Н. Самотаев // Электроника. Наука, технологии, бизнес. – 2011. - №1(00107). – С. 36-44. 3. Пути снижения потребляемой мощности тонкопленочных химических сенсоров / Г.Г. Горох, А.И. Захлебаева, И.А. Таратын, О.Г. Реутская, В.В. Хатько // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: КрыМиКо`2015: Материалы 25-й Международной Крымской конференции, Севастополь, 6–12 сентября 2015 г. : в 2 т. – Севастополь, 2015. – Т. 1. – С. 645–648. 4. Маломощный газовый сенсор на наноструктурированной диэлектрической мембране / Е.А. Белогуров, В.В. Хатько, Г.Г. Горох, А.И. Захлебаева, О.Г. Реутская, И.А. Таратын // Нано- и микросистемная техника. – 2015. – № 6. – С. 34–42 УДК 519.210 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ОКРЕСТНОСТИ ТРЕЩИНЫ ОБЩЕГО ВИДА Гундина М.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Рассматривается неподвижная трещина в бес- конечной пластине, материал которой предпола- гается упругопластическим, упрочняющимся по степенному закону, несжимаемым, в условиях плоской деформации. Исследуется напряженно- деформированное состояние в малой окрестно- сти конца трещины общего вида. Заметим, что под трещиной общего вида по- нимается прямолинейная неподвижная трещина- разрез, произвольно ориентированная по отно- шению к нагрузкам на бесконечности. Задача решается методом асимптотических разложений по малому параметру, где в качестве малого параметра используется расстояние от вершины трещины. При рассмотрении процесса разрушения необходимо находить асимптотики полей напряжений и деформаций, которые явля- ются предельным представлениями решений краевых задач у вершины трещины. В этом слу- чае, напряжения и деформации представляются в виде разложений по степеням расстояния от вершины трещины. Единственной возможностью построения таких разложений для упругопласти- ческих задач является реализация итерационного процесса: вначале задача решается для нахожде- ния первого члена ряда, затем находится второй член разложения и т.д. С целью исследования основных закономер- ностей деформирования упругопластического материала для сравнения используем решение упругопластической задачи в рамках деформа- ционной теории методом конечных элементов. С целью исследования основных закономер- ностей деформирования упругопластического материала у вершины трещины при растяжении используем решение упругопластической задачи в рамках деформационной теории методом ко- нечных элементов. Построим модель для задачи о растяжении плоскости, ослабленной прямоли- нейной трещиной. Бесконечную плоскость заменим квадратом достаточно большого размера. Размеры квадрата будем выбирать так, чтобы была возможной за- мена бесконечной области конечной. Можно рассматривать квадрат ayaaxa ≤≤≤≤− , . Проанализировав аналитическое решение задачи, можно сделать вывод, что при удалении от края отверстия на величину a концентрация напряжений быстро уменьшается. Локальный характер оправдывает возможность сравнения решений, полученных для бесконечной пластины и пластины конечных размеров. В задачах тео- рии упругости и пластичности [1,2], если ширина пластины превышает на порядок длину трещины, то разница в решениях по наиболее чувствитель- ному параметру ϕσ не превысит 6%. Объектом численного исследования служила пластина высотой 200 мм, длиной 200 мм с тре- щиной длиной 20=l мм. Размеры пластины были приняты схожими как в [1]. Поскольку в пакете SolidWorks плоский обра- зец представляем, как приближение простран- ственного с малой толщиной пластины. Толщина Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 301 пластины удовлетворяет следующему соотноше- нию: Wl 6,0≥ , где W − ширина брутто-сече- ния образца, т.е. в нашем случае W можно взять равным 10 мм. Зададим на границе рассматриваемого квад- рата давление, соответствующее одноосному растяжению пластины в МПа70− . Поскольку трещину можно представить в виде отверстия в форме эллипса с полуосями bl, . То дальнейшие расчеты в нелинейной постановке будут проводится на сформирован- ной расчетной схеме, содержащей трещину с конечным радиусом кривизны l b2 =ρ , где bl, − полуоси эллипса, который в приближении дает прямолинейную трещину. Отношение этого ра- диуса к длине трещины l примерно составляет 310/ −=lρ , т.е. ммlb 22 10−== ρ . После того, как будут полученные значения напряжений и деформаций, соотнесем их к вели- чине коэффициента интенсивности 22 /GK . В качестве материла для пластины выбрана сталь X6CrNiTi18-10, иностранный аналог близ- кий к стали Сталь марки 12Х18Н9Т, рассмотрен- ной в данной работе. Поскольку материал должен обладать спо- собностью к пластическому деформирова-нию, в качестве модели пластического течения примем модель Мизеса с изотропным упрочнением для численного решения. В качестве материала для пластины выбрана сталь X6CrNiTi18-10. На рисунках представ- лены распределения безразмерных компонент напряжений для стали с упругопластическими характеристиками: 2 61077000 м н G ⋅= , 6 2 102124114.3B −⋅= при нагрузке МПа70P = (рис. 1-3). а б Рисунок 1 – Распределение напряжений 11σ : а – полученные методом конечных элементов; б – полученные методом асимптотических разложений а б Рисунок 2 – Распределение напряжений 22σ : а – полученные методом конечных элементов; б – полученные методом асимптотических разложений а б Рисунок 3 – Распределение напряжений 12σ а – полученные методом конечных элементов; б – полученные методом асимптотических разложений Влияние отверстия носит локальный харак- тер: с увеличением отдаления от отверстия напряжения 22σ приближаются к значению Р. Следует отметить, что максимальное напря- жение принимает наибольшие значения не при φ = 0, а при φ = –π. Среднее напряжение до- стигает своего наибольшего значения при φ = –π. Исследование распределения окружной ком- поненты напряжений ϕϕσ показывает, что мак- симум имеет место в направлении предполагае- мого развития трещины. Наблюдается схожая с полученной в работе [3] картина распределения нормальных компонент тензора напряжений: напряжения убывают по мере удаления от конца трещины. На определенном удалении от вершины тре- щины по длине трещины наблюдается более равномерное распределение касательных напря- жений. Противоположная ситуация возникает для нормальных напряжений. В непосредственной окрестности вершины касательные напряжения имеют минимальные значения для трещины нормального отрыва и общего вида, в то же время для поперечного сдвига они достигают максимального значения, но при удалении от трещины быстро уменьшаются. При увеличении радиуса скорость изменения касательных напря- жений уменьшается. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 302 Рассмотренное в работе асимптотическое ре- шение сравнивается с приближенным решением, полученным методом конечных элементов. Сравнивая численное и аналитическое решения, можно объяснить различия в значениях тем, что при использовании численного метода имеем дело с сеткой конечных элементов. Проявляются следующие закономерности: - увеличение внешней нагрузки сопровожда- ется разрастанием пластической области; - при фиксированной нагрузке в более мягком материале появляется большая пластическая об- ласть. 1. Timoshenko, S.P. Theory of Elasticity / S.P. Timoshenko, J.N. Goodier. – NY: McGraw-Hill −1970. - С. 100-209. 2. Морозов, Е.М. Техническая механика разрушения – 1997. − 390 с. 3. Subramanya, H. Y., Viswanath, S., Narasimhan, R., A three- dimensional numerical study of mixed mode (i and ii) crack tip fields in elastic- plastic solids / H.Y. Subramanya, S. Viswanath, R. Narasimhan // International Journal of Fracture. – 2005. – P. 167−184. УДК 621.373.826:535.54 НЕПРЕРЫВНЫЙ ТУЛИЕВЫЙ МИКРОЧИП ЛАЗЕР С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ, ИЗЛУЧАЮЩИЙ В ОБЛАСТИ 1,95 МКМ Гусакова Н.В., Демеш М.П., Ясюкевич А.С., Кисель В.Э., Кулешов Н.В., Курильчик С.В., Ивашко А.М. НИЦ оптических материалов и технологий, Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Одним из актуальных направлений лазерной физики в настоящее время является создание лазерных систем, работающих в спектральном диапазоне 1.9 мкм. Для этих целей широко при- меняются лазерные кристаллы, активированные ионами тулия. Освоение данного спектрального диапазона открывает благоприятные перспек- тивы решения ряда прикладных задач, таких как: дистанционное зондирование атмосферы, эколо- гический мониторинг окружающей среды, разви- тие медицинских технологий, создание систем оптической связи. Кроме того, излучение с дли- ной волны более 2 мкм может быть эффективно преобразовано в средний ИК-диапазон (3-8 мкм) с помощью нелинейных кристаллов. В последнее время все больше внимания уделяется разработке эффективных микрочип- лазеров, способных работать без системы актив- ного охлаждения. Это обусловлено компактно- стью, простотой конструкции и сравнительно низкой стоимостью данных систем. Ранее мик- рочип-лазеры были реализованы на ряде кри- сталлов легированных ионами тулия например, на основе матриц: YVO4 [1], YLiF4 [2], YAlO3 [3], YAP [4], KY(WO4)2 [5]. Рис. 1 – Фотография микрочип лазера В настоящей работе была получена эффек- тивная генерация на основе кристалла Tm(13.2 ат%):KLuW. На рисунках 1 и 2 пред- ставлены фотография и схема макета микрочип лазера. Рис. 2 – Схема микрочип лазера Накачка осуществлялась лазерным диодом (M2=20) с длиной волны 802 нм, что соответ- ствует максимуму в спектре поглощения (EIINm) кристалла Tm:KLuW. Диаметр волокна лазер- ного диода – 250 мкм. Система фокусировки из- лучения накачки, состоящая из двух линз, обес- печивала диаметр перетяжки в активном эле- менте 150 мкм. Кристалл толщиной 0.5 мм был вырезан вдоль оси оптической индикатриссы Ng. Лазерный элемент был закреплен на медном теп- лоотводе таким образом, что входное зеркало резонатора подводилось вплотную к торцу ак- тивного элемента. Между выходным зеркалом и активным элементом был воздушный зазор 2.5 мм. Лазер работал в непрерывном режиме генерации. Пропускание выходного зеркала со- ставляло T=2%. Зависимость выходной мощно- сти от падающей мощности накачки показана на рисунке 3. Максимальная выходная мощность лазера составила 576 мВт. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 303 Рис. 3 – Зависимость выходной мощности микрочип Tm(13.2 ат%):KLuW лазера от поглощенной мощности накачки На рисунке 4 представлен спектр лазерной генерации при падающей мощности накачки 1Вт. Рис. 4 – Спектр генерации микрочип лазера при падающей мощности накачки 1 Вт На рисунке 5 представлен спектр усиления для Nm поляризации при относительной заселенности верхнего лазерного уровня 10.5%. Пунктирной линией показаны потери в резонаторе. Как видно из представленных данных, лазерная генерация возникала в области максимума в спектре усиления. Порог генерации лазера наблюдался при 292 мВт падающей мощности накачки. В кристалле поглощалось ~70% падающей мощности накачки. Дифференциальная эффективность по поглощенной мощности накачки составляла 36%. Лазер работал в режиме генерации TEM00 моды. Генерируемое излучение было поляризо- вано вдоль оптической индикатрисы Nm. Рис. 5 –Спектр усиления кристалла Tm(13.2 ат%):KLuW для Nm поляризации, при относительной заселенности верхнего лазерного уровня 10.5% Таким образом, была получена эффективная генерация на основе кристалла Tm:KLuW в мик- рочип конфигурации с диодной накачкой. Cравнительно высокая концентрация ионов ту- лия (13.2 ат.%) позволила использовать тонкий активный элемент и реализовать эффективное охлаждение кристалла, как результат, снизить термооптические напряжения. Максимальная выходная мощность лазера ограничивалась мак- симальной мощностью накачки. 1. Tm:YVO4 microchip laser/ J. J. Zayhowski, J. Harrison, C. Dill III, and J. Ochoa // Applied Optics, –1995.–Vol. 34, Issue 3, P. 435-437. 2. LD-pumped Ho,Tm:YLF microchip laser / Jing-hua Sun and Xin-lu Zhang// Journal of Ma- rine Science and Application, Volume 2, Number 1, 71-75, 2003. 3. Comparative investigations on continuous wave operation of a-cut and b-cut Tm,Ho:YAlO3 lasers at room temperature/ H. Bromberger, K.J. Yang, D. Heinecke, T. Dekorsy, L.H. Zheng, J. Xu, and G. J. Zhao // Appl. Phys. – 2008. 4. Room-temperature cw and pulsed operation of diode-end-pumped Tm:YAP laser/ S.S. Cai, J. Kong [et al.] // Appl. Phys. – 2008. – P. 133-136. 5. Thermal lensing and microchip laser perfor- mance of Ng-cut Tm 3+:KY(WO4)2 crystal / M.S. Gaponenko, P.A. Loiko, N.V. Gusakova, K.V. Yumashev, N.V. Kuleshov, A.A. Pavlyuk // Appl. Phys. B, P. 603-607, 2012. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 304 УДК (539.25+548.74+539.533):669 МИКРОСТРУКТУРА БЫСТРОЗАТВЕРДЕВШИХ СПЛАВОВ Bi – Sn – Ag Гусакова О.В.1, Шепелевич В.Г.2, Гусакова С.В.2 1Международный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова БГУ 2Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь Ограничение на использование легкоплавких припоев, содержащих опасные для человека и окружающей среды свинец, кадмий и другие компоненты, вызвали проведение исследований по разработке новых припоев. К таким припоям относятся и эвтектические сплавы систем Sn – Bi, Sn – In, и такие сплавы составы которых не- значительно отличаются от эвтектического [1,2]. Качество пайки при использовании указанных припоев можно улучшить, используя дополни- тельное легирование третьим компонентом [3-5]. Компоненты, заменяющие свинец в припоях, значительно дороже свинца, что повышает себе- стоимость новых припоев. Поэтому при изготов- лении беcсвинцовых припоев целесообразно применение ресурсо- и энергосберегающих тех- нологий, к которым относится и сверхбыстрое охлаждение жидкой фазы со скоростью не менее 105 К/с [6,7]. Быстрозатвердевшие сплавы могут быть получены в виде фольг толщиной в не- сколько десятков микрон, что позволяет расши- рять область применения припоев, а также авто- матизировать процесс пайки [8]. В данной работе представлены результаты исследования микро- структуры быстрозатвердевших фольг сплавов системы висмут-олово, дополнительно легиро- ванных серебром. Сплав Bi – 62 ат.% Sn легировался серебром, их состав определялся формулой (Bi - Sn)100-XAgX (X=0.8, 1.5 и 3.0).Капля расплава выплескивалась на внутреннюю полированную поверхность быстровращающегося медного цилиндра [7]. При затвердевании получалась фольга длинной до 15 см и шириной до 10 мм. Для исследования использовались фольги толщиной 30…70 мкм. Средняя скорость охлаждения расплава, как по- казал расчет [6], выше 105 К/с. Изучение микроструктуры быстрозатвердев- ших сплавов проведено на растровом электрон- ном микроскопе LEO 1455 имеющем приставку, позволяющую проводить рентгеноспектральный микрокроанализ, исследовать структуру фаз и зерен. При обработке фотографий микрострук- туры применялся метод случайных секущих [9]. Изображение микроструктуры быстрозатвер- девшей фольги сплава (Bi - Sn)97Ag3, полученное через 70 часов после ее изготовления, приведено на рисунке 1. Наблюдаются белые, серые и чер- ные зоны. Рисунок 1 – Изображение микроструктуры фольги сплава (Bi - Sn)97Ag3 Распределение интенсивностей линий вис- мута, олова и серебра при сканировании элек- тронного луча вдоль линии на поверхности A фольги приведено на рисунке 2. Рисунок 2 – Распределение интенсивностей линий висмута, олова и серебра при сканирова- нии электронного пучка по поверхности фольги сплава (Bi - Sn)97Ag3 Сопоставление их с изображением фольги позволяет утверждать, что белые зоны соответ- ствуют висмуту, черные – олову, а серые – про- Bi Sn A Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 305 межуточному соединению олова и серебра. Со- гласно диаграмме состояния [10], таким соеди- нением может быть Sn3Ag (ε-фаза). Гистограмма распределения хорд случайных секущих, расположенных на сечениях висмута фольг сплава (Bi - Sn)97Ag3по размерным груп- пам представлена на рисунке 3. Максимальная доля хорд приходится на размерную группу 0,45…0,85 мкм. Максимальная длинна хорд слу- чайных секущих не превышает 6 мкм. Среднее размеры хорд на сечениях выделений висмута и олова равны DBi=1,2 мкм DSn=1,3 мкм соответ- ственно. Удельная поверхность межфазных гра- ниц равна S=1,5 мкм-1. Рисунок 3 – Распределение длин хорд случайных секущих, расположенных на сечениях висмута и олова фольг сплава (Bi - Sn)97Ag3 по размерным группам Изображения зеренной структуры висмута и олова на поверхности А фольги сплава (Bi - Sn)97Ag3 полученные через 72 часа после изго- товления приведены на рисунке 4. Bi Sn Рисунок 4 – Зеренная структура фольги быстрозатвердевшего сплава (Bi - Sn)97Ag3 Толстые линии соответствуют высокоугло- вым границам зерен, а тонкие – малоугловым. Сечение висмута и олова может содержать не- сколько сечений зерен. Средние длины хорд слу- чайных секущих на сечениях зерен висмута и олова равны dBi=0,56 мкм -1 и dSn=0,62 мкм -1 соот- ветственно. Удельная поверхность высокоугло- вых границ зерен типа «грань» равна 160,0 −= мкмS BiВУГ и 146,0 −= мкмS SnВУГ соответствен- но. Таким образом быстрозатвердевшие фольги сплавов (Bi - Sn)100-XAgX являются мик- рокристаллическими. Удельная поверхность ма- лоугловых границ в висмуте 113,0 −= мкмS BiМУГ и в олове 121,0 −= мкмS SnМУГ . Таким образом, быстрозатвердевшие фольги сплавов (Bi - Sn)100-XAgX(X=0.8, 1.5 и 3.0) состоят из трех фаз: висмута, олова и Sn3Ag. Cредние длины хорд секущих на сечениях этих фаз не превышают 1 мкм, а удельная поверхность меж- фазной границы достигает значения 1,5 мкм-1. Фольги имеют микрокристаллическую струк- туру. 1. О.В. Гусакова, В.Г. Шепелевич. Быстрозатвердевшие сплавы олова. Минск: РИВШ, 2012. – 150 с. 2. J.W. MorrisIr., J. L. F.U.,Goldstein, Z. Mei. Microstructure and Mechanical Properties of Sn- In and Sn-Bi Solders // JOM, 1993, July. – P. 25–27. 3. K.–W. Moon, W.J. Boettinger, U.R. Kattror, C.A. Handwerker, J.–J. Lee. The Effect of pb Contamination on the Solidification Behavior of Sn-Bi Solder // J. Eletron. Mater.– 2001, – 30. – P. 45–52. 4. R.M. Shalaby. Wettahibilynd and Electrical Properties of Bi-Based Lead Free Solder Alloys // Int. J. of Physics and Reseach. –2013, – vol. 3, iss3. – P. 1–3. 5. M.H. Braga, J. Vizdal, A. Kroupa, J. Ferreira, L.F. Malheiros. The Experimental Studi of the Bi-Sn, Bi-Zn, Bi-Sn-Zn System // Computer Coupling of Phase Diagrams Thermochemistry. – 2007, – 31. – P.468–467. 6. И.С. Мирошниченко. Закалка из жидкого состояния. –М.: Металлургия, 1982. –168 с. 7. Ван Цзинцзе, В.Г. Шепелевич. Быстрозатвердевшие фольги индия. – Минск: РИВШ, – 2011. –172 с. 8. И.Н. Пашков, М.В. Пикунов, С.А. Таволжанский, А.И. Пашков. Разработка процессов получения и применения сплавов припоев в дисперсионном состоянии с микрокристаллической или аморфной структурой // Металлургия. –2010, №6. – С.43–45. 9. С.А. Салтыков. Стереометрическая металлография. – М.: Металлургия, 1976. – 272 с. 6. Диаграммы состояния двойных металлических сплавов /Спр. В 3 т./Под ред. А.П. Лякишева.М.: Машиностроение, 1996. Т.1. – 992 с. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Размерные группы, мкм Д о л я хо р д Bi Sn 0,05 0,45 0,85 1,25 1,65 2,05 2,45 2,85 3,25 3,65 4,05 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 306 УДК 51-73 МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИНКЛИНОМЕТРА ЕМКОСТНОГО ТИПА Гущик Р.Ю.1, Рыжковская Д.С.2, Хатько В.В.1 1Белорусский национальный технический университет 2ОАО «Минский НИИ радиоматериалов» Минск, Республика Беларусь Инклинометр (датчик угла наклона) – это первичный датчик, используемый для измерения величины угла наклона различных объектов. В основе работы датчика лежит явления воздействия гравитационного поля Земли на его чувствительный элемент. Измерение угла проис- ходит относительно гравитационного поля Земли. При нахождении контролируемого объ- екта не в статическом состоянии датчик измеряет результат взаимного воздействия не только век- тора земной гравитации, но и всех векторов ускорения и вибрации, действующих на данный объект. Акселерометры и инклинометры на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС), а также экодатчики (миниатюрные датчики для измерения освещенности, температуры и влаж- ности) благодаря своим особенностям находят все большее применение в беспроводных систе- мах мониторинга объектов. Преимущества инте- грации МЭМС-датчиков – малый размер, низкое энергопотребление, возможность динамических измерений по одной или нескольким осям, высо- кая температурная стабильность, а также изме- няющаяся (т. е. можно задавать) в зависимости от приложения чувствительность. Повышенные характеристики разрабатывае- мых устройств, оснащенных МЭМС-сенсорами, позволяют применять беспроводную сенсорную сеть (БСС) в жестких условиях эксплуатации. Эти устройства регистрируют и передают дан- ные о статических и динамических измерениях в реальном времени, устанавливают оптимальный режим сбора данных, уровень энергопотребле- ния. Благодаря применению более мощных ан- тенн и, как следствие, увеличенной дальности действия, в БСС можно использовать меньшее число сенсоров Сегодня БСС с интегрирован- ными МЭМС-датчиками находят все большее применение для мониторинга сохранности зда- ний, промышленных сооружений, производ- ственного оборудования, мостов, контроля мик- роклимата теплиц, мониторинга работы буровых установок и состояния стационарных нефтяных платформ, трубопроводов, используемых в нефтяной и газовой промышленности, а также в инженерных системах (например в системах "умный дом"). На рис. 1 представлены схематическое изоб- ражение емкостного МЭМС инклинометра (а) и геометрическая модель его чувствительного эле- мента (б). а) б) Рис. 1. Схематическое изображение емкостного МЭМС инклинометра (а) и геометрическая модель его чувствительного элемента (б): 1—кремниевый торсион, 2—кремниевая рамка, 3—инерционная масса из кремния В ходе создания трёхмерной модели МЭМС инклинометра были приняты некоторые ограни- чения и допуски. Моделирование проводилось при определенных условиях: в местах крепления торсионов к рамке и к инерционной массе отсут- ствуют плавные переходы из одного объёма в другой. Предполагалось также, что вся кон- струкция абсолютно жёстко крепится за одну из поверхностей рамки. Таким образом, все точки, расположенные на данной поверхности при лю- бом воздействии обладают нулевым пере- мещением. При создании модели использовался внут- ренний модуль пакета Ansys, используемый для создания геометрических моделей. Чувствитель- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 307 ный элемент МЭМС инклинометра состоит из рамки, двух торсионов, инерционной массы. При создании модели задавались следующие размеры чувствительного элемента инклинометра: рамка – 10 x 10 x 0,38 мм; торсион – 1,5 x 0,5 x 0,03 мм; инерционная масса – 4 x 4 x 0,38 мм. В вертикальном положении емкость между электродом инерционной массой и электродом корпуса инклинометра составляет С0=4 пФ при расстоянии между ними d0 = 17 мкм. В данном положении сила тяжести действует вдоль инер- ционной массы и не приводит к изменению рас- стояния между электродами, а, следовательно, и емкости С0. При наклоне корпуса инклинометра сила тяжести разлагается на две составляющие, одна из которых действует вдоль инерционной массы (Р||), а другая – перпендикулярно к ней (Р⊥). Именно действие составляющей Р⊥ приво- дит к изгибу торсионов, смещению инерционной массы к одной из стенок корпуса инклинометра и, как следствие, изменению расстояния между ними (∆d) и начальной емкости на ∆С. На рис. 2 схематически представлено дей- ствие составляющей Р⊥ силы тяжести на гори- зонтально расположенную инерционную массу инклинометра (а) и его представление в среде Ansys (б). а) б) Рис. 2. Положение наклона инерционной массы под действием силы P0 (Р⊥) схематическое (а) и в среде Ansys (б) Величина Р⊥ зависит от угла наклона инклинометра (α) и находится из выражения Р⊥=V×ρ×g×sinα, где V и ρ - соответственно объем инерционной массы и плотность кремния, g – ускорение свободного падения. Значения изменения емкости инклинометра от смещения ∆d (или угла наклона) инерционной массы, находятся по формуле ∆𝐶 = 𝐶0 × ∆d(d0 − ∆d). На рис. 3 представлены расчетные значения изменения емкости для трех диапазонов угла наклона инклинометра 10"-1' (а), 1'-1° (б) и 1°-10° (в). 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 ∆C x 1 04 , п Ф Угол наклона, секунда а) 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 ∆C x 1 03 , п Ф Угол наклона, минута б) 0 2 4 6 8 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 ∆C x 1 03 , п Ф Угол наклона, градус с) Рис. 3. Изменения емкости инклинометра в зависимости от угла наклона: диапазон углов 10"-1' (а), 1'-1° (б) и 1°-10° (в) Таким образом, при начальном значении емкости инклинометра С0=4 пФ ее изменение при углах отклонения 10", 1', 1° и 10° составляет 1,059×10-4, 6,354×10-4, 0,037 и 0,41 пФ. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 308 УДК 621.372.821.1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЛОЯ Er:KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2 ДЛЯ ПЛАНАРНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ ЛАЗЕРОВ Дернович О.П.1, Курильчик С.В.1, Кисель В.Э.1, Кулешов Н.В.1 Гурецкий С.А.2, Колесова И.М.2 1НИЦ оптических материалов и технологий БНТУ 2ГНПО «Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению» Минск, Республика Беларусь Твердотельные лазеры на основе монокри- сталлических слоев, называемые волноводными, сочетают в себе преимущества как волоконных, так и объемно-кристаллических лазеров. Они характеризуются пространственной согласован- ностью мод резонатора и накачки, отличаются высокими коэффициентами усиления, имеют низкий порог генерации, и могут использоваться вместе с другими оптическими компонентами в составе современных интегральных оптических систем. В настоящее время для создания волно- водных лазеров стали активно применяться мо- нокристаллические слои калий-редкоземельных вольфраматов KRe(WO4)2 (Re=Y,Gd,Lu) [1-3]. Указанные моноклинные кристаллы, активиро- ванные ионами редкоземельных элементов, об- ладают большими сечениями поглощения и сти- мулированного испускания, допускают возмож- ность высокого уровня легирования примесными ионами (до 100ат.%), имеют широкие спектраль- ные линии при активации редкоземельными ионами, а также характеризуются сравнительно высокими показателями преломления (~2,0-2,1) [1,4]. В случае использования ионов Er3+ в каче- стве активных, их концентрация в таких матри- цах не может превышать 1,5-2,0 ат.% по причине наличия ап-конверсионных потерь [5], что не позволит достичь необходимой разницы показа- телей преломления слоя и подложки для получе- ния волноводного режима. В работе [6] был предложен подход, позволяющий увеличить по- казатель преломления слоя и добиться хорошего согласования кристаллической решетки под- ложки и слоя, состоящий в дополнительном ле- гировании слоя оптическими инертными ионами, такими как Gd3+ и Lu3+. Основная задача иссле- дователей при этом заключается в выборе опти- мального химического состава слоя, обеспечи- вающего необходимые значения показателя пре- ломления и согласование кристаллической структуры слоя и подложки для получения об- разцов требуемой толщины без трещин и дефек- тов. Цель данной работы заключалась в расчете химического состава и получении методом жид- кофазной эпитаксии на подложке кристалла KY(WO4)2 (KYW) монокристаллических слоев KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2, легированных ионами Er3+, для использования в качестве активных сред планарных волноводных лазеров. Для этого была разработана математическая модель, позво- ляющая рассчитывать параметры кристалличе- ской ячейки и показатель преломления слоя KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2 при различном соотноше- нии ионов Gd и Yb. Расчет производился на ос- новании выражений для размеров кристалличе- ской ячейки вдоль кристаллических осей a, b и c, описанных в [7]. Как было показано в [7], для получения свободных от трещин слоев требуется рассогласование по размерам кристаллической решетки слоя и подложки не более ~0,08%. На рисунке 1 представлено соотношение между содержанием ионов Gd и Yb в слое KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2, обеспечивающее выпол- нение условия по рассогласованию параметров решетки при изменении содержания ионов Gd3+ в пределах от 0 до 60 %. Рисунок 1 – Содержание ионов Gd и Yb в слое KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2, обеспечивающее минимальное рассогласование параметров кристаллической решетки слоя и подложки KY(WO4)2 На рисунке 2 показано, как изменяется раз- ность показателя преломления слоя и подложки KY(WO4)2, при различном содержании ионов Gd3+ в слое на длине волны 1,6 мкм. При этом содержание ионов Yb3+ в слое линейно зависит от содержания Gd3+, как показано на рисунке 1. По результатам выполненных расчетов вы- бран химический состав экспериментального образца слоя – Er0,01:KGd0,2Yb0,148Y0,642(WO4)2. Разность показателя преломления подложки и слоя при этом составляет 0,004-0,006. Рост монокристаллического слоя Er0,01:KGd0,2Yb0,148Y0,642(WO4)2 на подложке KYW Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 309 производился методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ). Рисунок 2 – Разность показателя преломления на длине волны 1,6 мкм слоя KGdxYbyY(1-x- y)(WO4)2 и подложки KY(WO4)2 при различном содержании ионов Gd в слое В результате был получен образец монокри- сталлического слоя указанного состава на под- ложке KYW толщиной 250 мкм и площадью 25×20 мм, выращенный вдоль кристалло-графи- ческой оси b, совпадающей с осью оптической индикатрисы Np. Для устранения клиновидности образец подвергался тонкой полировке. Полу- ченная в результате толщина слоя составила 180 мкм. На рисунке 3 приведена фотография торца изготовленного слоя, сделанная через микроскоп Полам РП-1 (ЛОМО). Рисунок 3 – Фотография торца выращенного монокристаллического слоя Er0,01:KGd0,2Yb0,148Y0,642(WO4)2 Спектр поглощения образца, измеренный на спектрофотометре Cary 5000 (Varian) в спек- тральном диапазоне около 1,45-1,65 мкм для из- лучения, поляризованного вдоль осей оптиче- ской индикатрисы Nm и Ng, приведен на рисунке 4. На основании анализа спектров коэффициента поглощения слоя в сравнении с литературными данными, было установлено, что концентрация ионов Er3+ в образце составляет 9,15×1019 см-3, что соответствует 1,4 ат.%. Рисунок 4 – Спектр поглощения выращенного монокристаллического слоя Er0,01:KGd0,2Yb0,148Y0,642(WO4)2 Таким образом, разработанная математическая модель позволяет рассчитывать параметры кристаллической ячейки и показатель преломления слоя KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2 при различном соотношении ионов Gd и Yb. Методом жидкофазной эпитаксии получен образец слоя KGd0,2Yb0,148Y0,642(WO4)2 с содержанием ионов Er3+ 1,4 ат.%, толщиной 180 мкм, который может использоваться в качестве активной среды планарных волноводных лазеров, излучающих в спектральной диапазоне около 1,5 мкм. 1. Double Tungstate Lasers: From Bulk Toward On-Chip Integrated Waveguide Devices / M. Pollnau [et.al.] // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. – 2007. – Vol.13, No.3. – P. 661-671. 2. Tm:KY(WO4)2 waveguide laser / S. Rivier [et.al.] // Optics express. – 2007. – Vol.15, No.9. – P. 5885-5892. 3. Yb-doped KY(WO4)2 planar waveguide laser / Y.E. Romanyuk [et.al.] // Optics letters. – 2006. – Vol. 31, No.1. – P. 53-55. 4. Pulsed laser operation of Yb-doped KY(WO4)2 and KGd(WO4)2 / N.V. Kuleshov [et.al.] // Optics letters. – 1997. – Vol.22, No.17. – P. 1317-1319. 5. In-band pumped room-temperature Er:KY(WO4)2 laser emitting around 1.6 μm / K. Gorbachenya [et.al.] // Laser Physics. – 2013. – Vol.23. – P. 125005. 6. Lu, Gd codoped KY(WO4)2:Yb epitaxial layers: Towards integrated optics based on KY(WO4)2 / F. Gardillou [et.al.] // Optics letters. – 2007. – Vol.32, No.5. – P. 488-490. 7. Engineering lattice matching, doping level, and optical properties of KY(WO4)2:Gd, Lu, Yb layers for a cladding-side-pumped channel waveguide laser / S. Aravazhi [et.al.] // Appl. Phys. B. – 2013. – Vol. 111. – P. 433-446. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 310 УДК 621.762 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ТОЛСТОСТЕННЫХ СОСТАВНЫХ ЦИЛИНДРОВ В ЭЛЕМЕНТАХ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Дудяк А.И., Хвасько В.М. Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Наиболее нагруженной частью аппарата вы- сокого давления являются матрицы, которые находятся в условиях всестороннего неравно- мерного сжатия. Экспериментально установлено, что при испытании на растяжение или сжатие и одновременном воздействии на образцы всесто- роннего гидростатического давления в 2,6 ГПа пределы прочности на растяжение для твердых сплавов марок ВК-6 – ВК-8 увеличиваются более чем в пять раз, а пределы прочности на сжатие – более чем в два раза [1]. Так как матрицы аппаратов высокого давле- ния изготавливаются из твердого сплава ВК-6, то с целью получения в них условий всестороннего сжатия необходимо создать как можно большее контактное давление по их боковой поверхности. Этого можно добиться за счет запрессовки мат- риц в блок стальных колец, а также за счет де- формации этих матриц в радиальном направле- нии в процессе их нагружения. Такая конструк- ция позволяет значительно увеличить срок службы аппаратов высокого давления [2]. Рассмотрим конструкцию блока стальных ко- лец, состоящего из двух колец, запрессованных друг в друга с некоторым натягом (см. рис. 1). Как правило, расчет таких конструкций основан на определении контактного давления в зоне со- пряжения цилиндров в зависимости от величины диаметрального натяга [3]. Величину натяга можно найти из условия равнопрочности колец при заданной величине внутреннего давления. Обычно ее выбирают такой, чтобы эквивалент- ное напряжение было минимальным, что не для всех подобных конструкций является целесооб- разным [4]. Также в большинстве источников равнопрочность цилиндров описывается как не- обходимое равенство эквивалентных напряже- ний на внутренних поверхностях внутреннего и наружного колец [3-7]. Однако, для работы ци- линдров в абсолютно равнопрочных условиях данного требования недостаточно. Необходимо также, чтобы эквивалентные напряжения на наружных поверхностях внутреннего и наруж- ного колец были равны между собой. Только в этом случае цилиндры будут работать в одина- ковых по равнопрочности условиях. В данной работе преследуется цель опреде- лить теоретическим путем максимальное внут- реннее давление (P1) в составном цилиндре пу- тем определения оптимального размера зоны контакта поверхностей внутреннего и наружного цилиндров (радиус rк), а также вычислить вели- чину контактного давления (Pк). Рисунок 1. Распределение эквивалентных напряжений после запрессовки стальных колец друг в друга и создания внутреннего давления Примем следующие размеры цилиндров: r1 – внутренний радиус внутреннего цилиндра; rк – наружный радиус внутреннего цилиндра и внут- ренний радиус наружного цилиндра; r2 – наруж- ный радиус наружного цилиндра. Условия равнопрочности внутреннего и наружного цилиндров можно представить сле- дующим образом: ,≤)()( пцэквэкв σσ=σ СА ),()( эквэкв DВ σ=σ где ( )DBCA ,,,эквσ - эквивалентные напряжения сечений A, C, B, D; пцσ – предел пропорциональности для материала цилиндров. В общем случае радиальные и окружные напряжения можно определить из выражений вида [5]: ( ) ( )         ⋅ ⋅ +=σ ⋅ ⋅ =σ , 1 - - - - , 1 - - - - - 22 1 2 2 2 2 2 121 2 1 2 2 2 22 2 11 22 1 2 2 2 2 2 121 2 1 2 2 2 22 2 11 rrr rrPP rr rPrP rrr rrPP rr rPrP t r эквσ А B С D r2 r1 P1 r Pк Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 311 где rσ и tσ – соответственно радиальные и окружные напряжения рассматриваемого цилин- дра; P1 и P2 – соответственно давление на внутрен- нюю и наружную поверхность цилиндра; r1 и r2 – соответственно внутренний и наружный радиусы цилиндра; r – координата точки, в которой определяют напряжение. В предположении, что оба кольца выполнены из пластичного материала, для определения эквива- лентных напряжений можно воспользоваться третьей теорией прочности [3]: ,≤- пц31экв σσσ=σ где 1σ , 3σ – главные напряжения ( ,321 σ>σ>σ 02 =σ ). В рассматриваемой задаче главные напряжения равны: ,1 tσ=σ .3 rσ=σ Тогда эквивалентные напряжения в опасных точках поверхностей цилиндров можно предста- вить в следующем виде: ( ) ;≤ - -2 )( пц2 1 2 к 2 кк1 экв σ ⋅ =σ rr rPP А ( ) ( ) ;2 2 1 2 к 2 1к1 экв rr rPP B − ⋅− =σ ;≤ - 2 )( пц2 к 2 2 2 2к экв σ=σ rr rP С ( ) .2 2 к 2 2 2 кк экв rr rP D − =σ Используя выше приведенные условия рав- нопрочности, были получены следующие теоре- тические результаты: 1) формула для определения контактного давления в зоне сопряжения колец: ; 2 22 2 к 2 2 пцк r rr P − σ≤ 2) формула для вычисления максимально возможного значения внутреннего давления на боковую поверхность матриц: ; 2 22 2 к 2 2 пцк1 r rr PP − σ+≤ 3) формула для определения оптимального радиуса контакта соприкасающихся поверхно- стей цилиндров: .21к rrr = Выводы. В данной работе была описана мето- дика расчета оптимального соотношения разме- ров цилиндров в двухслойной толстостенной составной конструкции с целью создания макси- мально возможных давлений на ее внутреннюю поверхность. При этом в процессе эксплуатации обеспечиваются абсолютные условия равно- прочности внутреннего и наружного колец. Также становится возможным определение до- пустимой величины внутреннего давления и дав- ления, возникающего в зоне контакта цилиндров. Благодаря этому достигается увеличение несу- щей способности составной конструкции в це- лом. Предложенная методика может быть также использована для расчета многослойных состав- ных конструкций, которые, к примеру, приме- няются в элементах аппаратов высокого давле- ния для синтеза порошков искусственных алма- зов. После определения рациональных размеров зон сопряжения цилиндров, а также величин контактных и максимальных внутренних давле- ний по аналогии с приведенными формулами, становится возможным определение значений осевых и радиальных натягов, необходимых при задании оптимальных конструктивных условий синтеза и соответственно производства каче- ственных кристаллов алмазов. 1. Свенсон К. Физика высоких давлений. – М.: Мир. – 1963. – 203 с. 2. Туркевич В.З. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: в 6 т. – Т.1: Синтез алмаза и подобных материалов. – Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, ИПЦ «Алкон» НАНУ. – 2003. – 320 с. 3. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов: учеб. для вузов / В.И. Феодосьев. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – С. 389-393. 4. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов: учеб. для вузов / Г.С. Писаренко [и др.]; под общ. ред. Г.С. Писаренко. – 4-е изд., перераб и доп. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1979. – С. 443-460. 5. Подскребко, М.Д. Сопротивление материалов: учеб. / М.Д. Подскребко. – Минск: Высшая школа, 2007. – С. 653-670. 6. Белоус, П.А. Осесимметричные задачи теории упругости. – Одесса: ОГПУ, 2000. – 183 с. 7. Радомысельский, И.Д. Пресс-формы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование / И.Д. Радомысельский, Е.Л. Печентковский, Г.Г. Сердюк. – Киев: Техніка, 1970. – 172 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 312 УДК 620.179.11 О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ Жарин А.Л.1, Гусев О.К.1, Тявловский А.К.1, Свистун А.И.1, Качан Р.Ф.1, Дубаневич А.В.1, Колтунович Т.2 Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2Люблинский технический университет Люблин, Республика Польша Коррозионные трещины и коррозионная усталость являются одними из основных причин поломок механических элементов в эксплуата- ции, что обуславливает актуальность задачи раз- работки бесконтактных неразрушающих методов раннего выявления мест развития коррозии. В большинстве случаев неоднородность потенци- ального рельефа поверхности металла является следствием особенностей режимов ее обработки. Так, известно, что одним из основных источни- ков механических напряжений в металле явля- ется сварка. Максимальные величины возника- ющих в процессе сварки термических напряже- ний могут приближаться к пределу прочности металла [1]. При этом чаще всего трещины и коррозия развиваются на периферии сварного шва, т.е. в местах наибольших термических напряжений. Там же следует ожидать и наибольших значений градиента электрического потенциала поверхности. При обработке металлов давлением, в частно- сти, при прокатке высокопрочных сталей оста- точные напряжения концентрируются в опреде- ленных направлениях вдоль плоскости обра- ботки. Зоны напряжений в стальном прокате демонстрируют повышенную химическую ак- тивность и характеризуются пониженными зна- чениями коррозионного потенциала [2]. Имеются сведения о том, что причиной кор- розии поверхности нержавеющих сталей также может являться изменение электрического по- тенциала поверхности в окрестности дефектов, вызываемых деформацией. Это объясняется ро- стом дислокаций в процессе усталости нержаве- ющей стали, который сопровождается сниже- нием коррозионного потенциала в областях их повышенной концентрации, что и приводит к развитию питтинговой коррозии в данных обла- стях [3]. В случае углеродистых коррозионных сталей механические напряжения приводят к возникновению разности потенциалов между зернами (кристаллитами), что ускоряет процессы межкристаллитной коррозии. При этом может иметь место своего рода положительная обрат- ная связь, при которой развитие межкристаллит- ной коррозии усиливает механические напряже- ния за счет деформации кристаллитов, что при- водит к увеличению разности потенциалов с соответствующим ускорением коррозии вплоть до формирования коррозионной трещины [4, 5]. Существенную роль могут играть и инород- ные включения в кристаллическую решетку ме- талла. В отличие от механических напряжений, формирующих протяженные зоны с изменен- ными значениями потенциала, вызываемые ими отклонения потенциала поверхности имеют то- чечную локализацию, однако большие абсолют- ные значения отклонений, что приводит к интен- сивному развитию питтинговой коррозии и от- крытых трещин. Величина разности потенциалов зависит в первую очередь от химического со- става включений. Наибольшую активность в ча- сти изменения потенциала поверхности сталей из распространенных веществ проявляет MnS [6]. Возможность раннего предсказания развития поверхностной коррозии и растрескивания ме- таллических конструкционных материалов имеет большое значение для обеспечения эксплуатации ответственных изделий «по состоянию», обеспе- чивая значительную экономию средств на де- фектацию и превентивную замену деталей и уз- лов. С учетом характерного размера дефектов, вызывающих питтинговую коррозию и микро- трещины на поверхности металла, требуемая разрешающая способность сканирующего зонда Кельвина должна составлять порядка 0,08…0,1 мм, что полностью реализуемо с использованием существующих технических средств. Суще- ственно, что измерения по методу сканирующей зондовой электрометрии могут выполняться при нормальных условиях без какой-либо специаль- ной подготовки поверхности образца. Ранние теоретические модели влияния де- формированного состояния металла на работу выхода электрона и электрический потенциал поверхности рассматривали изменения данных параметров как следствие изменения длины и угла межатомных связей вследствие изменения объема и плотности атомных кластеров под нагрузкой [7]. Химический потенциал электро- нов в напряженной зоне понижается, вследствие чего электроны из окрестности перемещаются в данную область под действием градиента потен- циалов. В соответствии с теоретическими расче- тами по данным моделям для одновалентного металла, знак потенциала напряженной зоны Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 313 должен оказаться отрицательным, а величина изменения электрического потенциала может составлять до 0,8 В при относительной деформа- ции 10 % [7]. Данная величина для реальных ме- таллов находится в области пластических де- формаций. Для области упругих деформаций кристаллической структуры металла подобные расчеты были выполнены на основе использова- ния самосогласующегося метода Кона-Шама [8, 9]. По результатам этих расчетов, изменение по- тенциала для чистого алюминия в кристаллогра- фической плоскости (111) достигает минус 0,1 В при растяжении и 0,1 В при сжатии [8]. В рамках принятой математической модели изменения электрического потенциала поверхности φ при упругих деформациях следует отнести на счет изменения второго слагаемого в базовом выра- жении (1), вызванного изменением длины меж- атомных связей, тогда как изменение положения уровня Ферми, как показали результаты модели- рования, при деформациях незначительно: 𝜑 = −(𝜇 + 𝑒𝜓𝑆), (1) где μ – электрохимический потенциал; е – элементарный заряд (заряд электрона); ψS – поверхностный потенциал. В современной научной литературе приво- дятся также результаты экспериментальных из- мерений электрического потенциала поверхно- сти металлов и его изменений, вызванных меха- ническими напряжениями [10-12]. В частности, показано, что знакопеременное нагружение об- разцов из алюминия и титана приводит к пони- жению значений работы выхода электрона с по- верхности в области концентрации напряжений. Минимум значений работы выхода электрона достигается непосредственно перед разрушением образца. Характерно, что уменьшение значений работы выхода электрона наблюдалось также на стороне образца, противоположной то, на кото- рой формировалась первичная трещина. Можно высказать предположение, что наблюдаемые изменения работы выхода электрона связаны как с увеличением количества дислокаций, так и с формированием новых поверхностей в процессе разрушения образца, связанного с развитием трещины. В случае упругих и пластических де- формаций доступные экспериментальные дан- ные подтверждают небольшое изменение вели- чины работы выхода электрона с поверхности алюминия при его нагружении, составляющее приблизительно 0,08 эВ при относительном удлинении 6 % (область пластической деформа- ции), что в рамках принятой модели может быть объяснено формированием дефектов и вакансий внутри зерен металла [11]. Различными исследо- вателями независимо показано, что упругие де- формации растяжения приводят к уменьшению регистрируемых значений работы выхода элек- трона, тогда как упругие деформации сжатия – напротив, к ее росту [12]. С другой стороны, в области пластической деформации имеет место уменьшение значений работы выхода электрона как при растяжении, так и при сжатии, причем величина уменьшения находится в пределах 0,18…0,2 эВ, что соответствует увеличению ре- гистрируемых значений электрического потен- циала поверхности на 180…200 мВ [12]. Результаты проведенного анализа позволяют сделать вывод о возможности использования методов сканирующей зондовой электрометрии не только для прогнозирования коррозионного повреждения и разрушения поверхности метал- лов, но и для определения типа существующих в металле механических напряжений и деформа- ций. Уточнение моделей контроля поверхности с использованием методов зондовой электромет- рии с учетом выявленных в настоящем исследо- вании закономерностей и зависимостей требует проведения дополнительных экспериментальных исследований. 1. Bond, S. Anti-corrosion methods & materials / S. Bond. – TWI World Center for Materials Joining Technology, 1999. – Vol. 2. 2. S. Tosto, G. Brusco, P. Tonello. Corrosion- NACE 42 (1986) 318. 3. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей от коррозии. – М.: Металлургия, 1984.-256 с. 4. X. Liu, G.S. Frankel, et al., Corros. Sci. 46 (2004) 405. 5. R. Nishimura, Y. Maeda, Corros. Sci. 45 (2003) 1847. 6. Turnbull, S. Zhou, Corros. Sci. 46 (2004) 1239. 7. P.K. Subramaniyan, in: J.O’M. Bockris, E.C. Brian, Y. Ernest, E.W Ralph (Eds.), Comprehensive Treatise of Electrochemistry, vol. 4, Plenum Press, New York, 1981. 8. A. Kiejna, V.V. Pogosov, Phys. Rev. B 62 (2000) 10445. 9. V.V. Pogosov, O.M. Shtepa, Ukr. Phys. J. 47 (2002) 1065 (Preprint cond. mat/0310176). 10. V.V. Levitin, S.V. Loskutov, M.I. Pravda, B.A. Serpetzky, Solid State Commun. 92 (1994) 973. 11. Лоскутов, C.B. Формирование энергетического рельефа металлических поверхностей в процессах трения и изнашивания / C.B. Лоскутов, В.В. Левитин, В.Н. Гордиенко. // Трение и износ. 2002. - Т.23. -№2. - С. 176- 180. 12. Жарин, А.Л. Метод контактной разности потенциалов и его применение в трибологии. - Минск: Бестпринт, 1996. - 235 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 314 УДК 621.382 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАТВОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ В КОРОТКОКАНАЛЬНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРАХ Жевняк О. Г. Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь Дальнейшее развитие современной микро- процессорной техники приводит к уменьшению активных областей кремниевых МОП-транзи- сторов, лежащих в ее основе, до размеров 0,1 мкм и менее [1: 2]. Функционирование таких транзисторов имеет ряд особенностей, принци- пиально отличающих его от функционирования стандартных длинноканальных МОП-транзи- сторов [2; 3]. К одним из таких особенностей следует отнести специфический характер влия- ния напряжений на затворе и стоке на перенос электронов для транзисторов с очень малыми размерами длины канала. Роль затворного напряжения состоит в изменении сопротивле- ния проводящего канала, однако вблизи стока это изменение носит сильно неоднородный ха- рактер, так как в этой области затворное и сто- ковое напряжения включены навстречу друг другу. В случае длинноканальных МОП-тран- зисторов эта неоднородность практически не влияет на перенос электронов в проводящем канале и на характеристики прибора, тогда как в короткоканальных транзисторах она в опреде- ленных условиях может существенно ухудшить работу прибора. Целью настоящего доклада явилась оценка влияния затворного напряжения на перенос элек- тронов в короткоканальном кремниевом МОП- транзисторе. Она была получена с помощью численного моделирования движения электронов в проводящем канале транзистора методом Монте-Карло в соответствии с алгоритмами и процедурами, описанными в наших работах [4; 5]. Были рассчитаны распределения средних зна- чений энергии, дрейфовой скорости и подвижно- сти электронов вдоль проводящего канала от истока (х = 0) к стоку (х = Lch) при разных значе- ниях напряжения на затворе и стоке. Моделиро- вался МОП-транзистор со следующими кон- структивно-технологическими параметрами: длина канала Lch = 0,2 мкм, толщина подзатвор- ного окисла dox = 5,6 нм, концентрация донор- ной примеси в областях истока и стока ND = 10 26 м–3, концентрация акцепторной примеси в подложке NA = 10 24 м–3, глубина залегания исто- ковой и стоковой областей в подложку dj= 50 нм. На рис. 1 – 3 приведены полученные в ре- зультате моделирования распределения рассчи- танных величин энергии, дрейфовой скорости и подвижности электронов для двух значений напряжения на стоке VD = 1 В (кривые 1) и VD = 3 В (кривые 2), а также затворе VG = 1 В (штрихо- вые кривые) и VG = 3 В (непрерывные кривые). Рис. 1. Распределения вдоль канала МОП- транзистора средних значений энергии электронов Рис. 2. Распределения вдоль канала МОП- транзистора средних значений дрейфовой скорости электронов Полученные распределения позволяют отме- тить, что влияние затворного напряжения на па- раметры, характеризующие электронный пере- нос в рассматриваемом короткоканальном МОП- транзисторе, довольно существенно. Однако вдоль канала это влияние неоднозначно и имеет сложный характер. Из поведения кривых на представленных ри- сунках, прежде всего, можно сделать вывод о том, что в изученном МОП-транзисторе с увели- чением затворного напряжения от 1 В до 3 В при постоянном стоковом напряжении моделируе- мые параметры в среднем изменяются в 1,5 раза – значения энергии и дрейфовой скорости увели- чиваются, а подвижности уменьшаются (см. кри- вые разного типа, обозначаемые одной и той же цифрой). При аналогичном изменении стокового напряжения при постоянном затворном такие Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 315 изменения приблизительно вдвое слабее (см. кривые одного типа, обозначаемые разными цифрами). Однако на участке канала вблизи са- мого стока (где х / Lch приближается к 1) влия- ние затворного напряжения фактически исчезает (кривые разного типа, обозначенные одной циф- рой, приближаются друг к другу). Вблизи истока (где х / Lch близко к 0) влияние затворного напряжения также снижается. Рис. 3. Распределения вдоль канала МОП- транзистора средних значений подвижности электронов Для понимания и объяснения отмеченных за- кономерностей следует иметь в виду два основ- ных фактора влияния затворного напряжения на электрические характеристики короткоканаль- ных МОП-транзисторов [6]. Повышение затвор- ного напряжения приводит к существенному увеличению концентрации электронов в прово- дящем канале (в нашем случае максимальная концентрация электронов увеличивается прибли- зительно от величины Nе = 2,5·10 24 м–3 до Nе = 7·1024 м–3) и увеличению напряженности попе- речной составляющей электрического поля, направленной от поверхности раздела в глубь подложки. В этой связи исчезновение влияния затворного напряжения вблизи стока, очевидно, обусловлено тем, что два указанных фактора в этой области канала фактически нивелируются. Максимальное же действие этих факторов наблюдается в середине проводящего канала исследуемого МОП-транзистора. Причем на всех полученных распределениях можно выделить участок канала прибора с более пологим измене- нием кривых – от 0,25 до 0,75 х / Lch. Это и есть область максимального влияния затворного напряжения. Таким образом, в настоящей работе c помо- щью численного моделирования методом Монте- Карло проанализировано влияние затворного напряжения на распределения средних значений энергии, дрейфовой скорости и подвижности электронов вдоль канала короткоканальных МОП-транзисторов. Показано, что оно суще- ственно и неоднородно почти вдоль всего прово- дящего канала транзистора и только вблизи стока практически исчезает. 1. Fiegna C., Iwai H., Wada T., Saito M., Sangiorgi E., and Ricco B. Scaling the MOS Transistor Below 0.1 μm: Methodology, Device Structures, and Technology Requirements // IEEE Trans. Electron Dev. – 1994. – Vol. 41, No 6. – P. 941– 951. 2. Iwai H., Momose H. S. Technology toward low power / low voltage and scaling of MOSFETs // Microelectron. Engineer. – 1997. Vol. 39, No 1. – P. 7–30. 3. Красников Г.Я. Конструктивно- технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов. – Москва: Техносфера, 2011. – 799. 4. Борздов В.М., Жевняк О.Г., Комаров Ф.Ф., Галенчик В.О. Моделирование методом Монте-Карло приборных структур интегральной электроники – Минск: БГУ, 2007. – 175 с. 5. Zhevnyak O. Temperature effect on electron transport in conventional short channel MOSFETs: Monte Carlo simulation // Proc. SPIE. – 2008. – Vol. 7025. – P. 1M-1–8. 6. Жевняк О. Г., Борздов В. М., Борздов А.В., Буслюк В. В. Сравнительное моделирование тока стока в КНИ-МОП-транзисторах и стандартных МОП-транзисторах: метод Монте- Карло // Электроника инфо. – 2014, № 11. – C. 50–52. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 316 УДК 621.315 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК PbSnS Иванов В.А.1, Черный В.В.1, Гременок В.Ф.2 1Белорусский национальный технический университет 2ГО «Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению» Минск, Республика Беларусь Среди новых полупроводниковых материа- лов, перспективных для создания различных элементов оптоэлектроники особый интерес представляет изучение полупроводникового твердого раствора PbS-SnS. Соединение PbS яв- ляется полупроводником с шириной запрещен- ной зоны Eg = 0,41 эВ и нашло широкое приме- нение как фоточувствительный материал для изготовления фоторезисторов и фотодиодов [1]. Сульфид свинца имеющий в большинстве слу- чаев сверхстехиометрический свинец имеет n- тип проводимости. Соединение SnS также явля- ется полупроводником р-типа проводимости и имеет прямую ширину запрещенной зоны, полу- ченную оптическими методами Eg = 1,3 эВ [2,3]. В системе SnS-PbS образуется ограниченный ряд твердых растворов, поскольку PbS имеет кубиче- скую структуру типа NaCl, а SnS имеет ортором- бическую структуру. По данным работ [4,5] пре- дельная растворимость PbS в SnS составляет ≈ 50 мол.%, а SnS в PbS - около 10 мол.%. Изменение состава твердого раствора приводит к изменению всех электрофизических свойств, как электриче- ских, так и оптических. Поэтому исследование свойств системы PbS-SnS представляет большой интерес для фотовольтаического применения. В данной работе исследована структура и электро- проводность пленок PbSnS с различным соста- вом. Тонкие пленки PbSnS с различным составом были приготовлены на стеклянных подложках термическим вакуумным испарением методом «горячей стенки» нагретого до 6000С измельчен- ного порошка предварительно синтезированного Pb-Sn-S слитка. Полученные таким методом пленки PbSnS показали хорошее соответствие между их стехиометрией и соотношением Pb/Sn/S в поликристаллических слитках, исполь- зуемых для напыления. Кристаллическая структура пленок была ис- следована рентгеновской дифрактометрией (XRD), используя Siemens D-5000 - дифракто- метр с CuKа источником. Идентификация фаз проводилась сравнением экспериментально установленных межплоскостных расстояний d с данными таблиц JCPDS. Элементный состав (EDX) пленок был исследован с помощью скани- рующего электронного микроскопа Stereoscan F- 360. Поперечное сечение (SEM) пленок были исследованы с помощью сканирующего элек- тронного микроскопа высокого разрешения S- 806F. На рис. 2 приведены поперечные сечения пленок PbSnS с концентрациями атомов свинца а) – 0 ат.% и б) – 12,63 ат.%. а) б) Рис. 1. Микрофотографии скола (б) плёнок PbSnS с концентрацией атомов свинца а) – 0 ат.% и б) – 12,63 ат.% Рентгеноструктурные исследования пленок показали, что полученные при температурах подложек 240 – 360 0С поликристаллические пленки являются монофазными с орторомбиче- ской структурой. Существует также хорошее соответствие между рентгенограммами порош- кообразных образцов полученных кристалличе- ских пленок для основных наблюдаемых отра- жений от плоскостей. Изображение поперечного сечения и наклонного обзора свидетельствуют о том, что поликристаллические пленки плотные, кристаллические и гладкие с зеркальной поверх- ностью. Вид поверхности показывает, что пленки в основном состоят из двух различных размеров зерна: крупные зерна в диапазоне от 400 до 600 нм и зерна меньшие, чем 50 нм. Со- ставы полученных пленок, определенные из EDX-анализа указывают на то, что пленки имеют дефицит серы относительно состава материала мишени. Поэтому, сера, имеющая высокое дав- ление паров может конденсироваться на под- ложке более медленными темпами, чем другие элементы, создавая небольшой дефицит её в тон- ких пленках. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 317 Удельное сопротивление было измерено ме- тодом Ван-дер-Пау. В качестве электрических контактов применялся электропроводящий клей “Leit-C”. Предварительными исследованиями было установлено, что эти контакты являются омическими в температурном интервале ∆Т= 80- 380К. Исследуемые образцы при регистрации температурных зависимостей удельного сопро- тивления располагались в вакуумной камере. Измерения удельного сопротивления проводи- лись при повышении температуры пленок после их предварительного охлаждения жидким азотом до температуры 80К. В связи с тем, что полученные пленки PbSnS по атомному составу не являлись стехиометри- ческими, они содержали собственные структур- ные дефекты, образующиеся в процессе форми- рования пленки, тип которых зависел от соотно- шения между отдельными элементами. Для определения значений. Энергии активации энер- гетических уровней, образованных в запрещен- ной зоне собственными дефектами определены из температурных зависимостей удельного со- противления пленок в температурном интервале 80-380К. Рис. 2. Температурные зависимости электропроводности плёнок PbSnS с концентрацией атомов свинца 1 – 0 ат.% и 2 – 12,63 ат. % Для исследованных пленок наблюдалась ти- пичная для полупроводников температурная за- висимость электропроводности σ = σоехр(∆Εа/кТ) где ∆Εа- энергия активации энергетического уровня, соответствующего кон- кретному типу дефектов, а к – постоянная Боль- цмана. Значения энергий активации ∆Εа опреде- лялись из графической зависимости Ln σ = f(1000/T). Линейная зависимость ука- зывает на примесную природу электропроводно- сти исследуемых пленок. В нашем случае роль примесей выполняют собственные дефекты за- мещения типа PbSn и дефицит олова. Из темпера- турных зависимостей электропроводности опре- делены энергии активации соответствующих энергетических уровней. Для пленок SnS энергия активации имела значение ∆Еа = 0,120 эВ. Исследуемые нами пленки SnS имели дефи- цит атомов олова, поэтому энергия активации для указанных пленок связана с акцепторными состояниями в запрещенной зоне благодаря ва- кансиям олова (VSn) которые играют определя- ющую роль в установлении р-типа проводимости в этом соединении [6]. Полученные различные значения энергии активации указывают на то, что Следует отметить, что энергия активация зависит от технологических параметров. По- этому природа дефектов, ответственных за раз- личные значения энергии активации нуждается в дальнейших исследованиях. При увеличении в пленке концентрации свинца NPb энергия актива- ции увеличивается и имеет значения ∆Еа = 0,283 эВ. при концентрации атомов свинца NPb = 12,63 at.%. Эта энергия активации наблюдается для пленок как с избытком, так и с дефицитом ато- мов серы. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что добавление в пленку SnS p – типа проводимости атомов свинца приводит к образованию дефектов замещения типа атом свинца на месте атома олова (PbSn.), создающих в запрещенной зоне донорные энергетические уровни. Следствием этого является повышение удельного сопротивления пленки 1. Соминский М.С. Полупроводники – Л.: Наука, 1967. – 440 с. 2. Tanusevski A., Poelman D. // Solar Energy Materials and Solar cells. 2003, 80, p. 297-301. 3. Thangaraju B., Kaliannan P.. // Cryst. Res. Technol. 2000, 35, №1, p.71-75 4. Латыпов З.М., Файзуллина Н.Р., Савельев В.П., Давлетшин Р.Ю. // Неорганические материалы, Т.12, №2, 1976, с. 206-209 5. Hayachi K., Kitakaze A., Sugaki A. // Mineralogical Magazine, 2001, Vol. 65(5), p. 645- 651. 6. Endelken R.D., McCloud H., Lee C. // J. Electrochem. Soc. 1987, №11, р. 2696-2699. -25 -23 -21 -19 -17 -15 -13 -11 2 3 4 5 6 7 1000/T, 1/K L n σ , Ω ‾¹ . 1 2 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 318 УДК 621.9.048 К ВОПРОСУ О ВОЗМОЖНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОТРЕЗНОГО ДИСКА НЕПОСРЕДСТВЕННО ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ОПЕРАЦИИ РАСПИЛИВАНИЯ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ Киселев М.Г., Богдан П.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь С целью повышения режущей способности рабочей поверхности отрезных инструментов авторами [1] предложено осуществлять ее элек- троэрозионную обработку (ЭЭО) без применения диэлектрической жидкости. В ходе последующих экспериментальных исследований [2] было подтверждено, что путем воздействия на метал- лическую поверхность электрическими разрядами ей можно придать режущую способность. Связано это с тем, что в результате электрической эрозии на ней образуются лунки, которые имеют по краям наплывы (валики) застывшего металла, выходящие за исходный контур поверхности. Именно наличие этих элементов на модифи- цированной путем электроэрозионной обработки поверхности придают ей режущую способность. Установлено, что формой и размерами этих ре- жущих элементов на модифицированной по- верхности можно управлять путем изменения режимов и условий выполнения электроэрозион- ной обработки. В частности, с возрастанием энергии электрического разряда размеры лунки, а также высота наплывов металла по ее краю увеличиваются, что приводит к повышению ре- жущей способности модифицированной поверх- ности. Показано, что процесс модифицирования исходной поверхности с использованием энергии электрических разрядов оправдано рассматривать как специфическую операцию ее заточки. При этом очевидным ее достоинством является простота реализации: не требуется применение специального режущего инструмента и приспо- соблений, которые используются при выполнении традиционной операции заточки нового и переточки затупившегося режущего инструмента. Кроме того, для восстановления режущей способности инструмента, в частности, отрезного диска отпадает необходимость его снятия со шпинделя станка, то есть осуществлять ЭЭО его рабочей поверхности непосредственно в ходе выполнения операции, но при отсутствии его вращения. Учитывая весьма малую продолжительность протекания разряда (25-30 мкс), авторами [3] на уровне рабочей гипотезы высказано предполо- жение о возможности восстановления режущей способности отрезного диска непосредственно при выполнении им операции распиливания, то есть при его вращении с рабочей окружной скоростью (скоростью резания). В этой связи цель данной работы заключалась в экспериментальной проверке данного предположения. В качестве объекта исследования использовались диски из стали У8А диаметром 75 и толщиной 0,3 мм с центральным посадочным отверстием 16 мм. С целью определения влияния окружной ско- рости вращения диска в процессе выполнения ЭЭО его рабочей поверхности на режущую способность инструмента, эксперименты по модифицированию его рабочей поверхности проводились при различных значениях vд, начиная с vд=0 до vд=450 м/мин. При vд=0 ЭЭО поверхности диска осуществлялась путем его поворота вручную с равномерным нанесением на ней лунок на расстоянии 1,5-2 мм друг от друга. Во всех остальных случаях вращение диска обеспечивалось от электродвигателя при соответствующей частоте его вращения. При этом ЭЭО осуществлялось при постоянной частоте прерывания электрической цепи (f ≈ 1 Гц) и продолжалось до получения лунок по всей обрабатываемой поверхности диска. Напряжение накопительного конденсатора было постоянным и составляло 75 В при его емкости 400 мкФ, диэлектрическая жидкость не применя- лась, то есть обработка осуществлялась на воздухе. Затем диск вновь закреплялся на валу элек- тродвигателя установки и проводились экспери- менты по определению его режущей способности. Подлежащий распиливанию образец из текстолита с прямоугольным поперечным сечением 15х8 мм зажимался в оправке, которая закреплялась на подвижной части шариковых направляющих. Усилие прижатия образца к рабочей поверхности диска, определяющее врезную подачу Sвр, обеспечивалось посредством грузов. При проведении экспериментов по распиливанию образца величина этого усилия была постоянной и составляла 2 Н. Частота вращения инструмента также была постоянной и составляла 1800 мин-1, что соответствовало скорости резания vр=450 м/мин. Его режущая способность оценивалась по значению интенсивности распиливания образца i, которая определялась отношением площади его распиленной поверхности F к продолжительности обработки t (i=F/t, мм2/мин). Влияние окружной скорости вращения диска при ЭЭО его рабочей поверхности на интенсив- ность последующего распиливания им текстоли- тового образца отражают данные, приведенные на рисунке 1. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 319 Рисунок 1 – Зависимость интенсивности распиливания текстолитового образца отрезным диском от окружной скорости его вращения при выполнении ЭЭО его рабочей поверхности Из них видно, что наибольшей режущей спо- собностью (i=240 мм2/мин) обладает диск, рабо- чая поверхность которого модифицирована пу- тем ЭЭО при vд=0, то есть когда электрический разряд воздействовал на его неподвижную по- верхность. С увеличением окружной скорости вращения диска в процессе ЭЭО значение i начинает снижаться и наиболее интенсивно в диапазоне изменения vд с 90 до 200 м/мин. При дальнейшем увеличении vд значение i суще- ственно не изменяется и при vд=450 м/мин, что соответствует принятой скорости резания vр, оно составляет 48 мм2/мин, что более, чем в 5 раз ниже в сравнении с наибольшим его значением при vд=0. Полученную зависимость можно объяснить тем, что с увеличением окружной скорости вра- щения диска при выполнении ЭЭО его рабочей поверхности форма и размеры получаемых на ней лунок изменяется. В частности, они приоб- ретают более вытянутую форму с одновремен- ным уменьшением их глубины и высоты наплы- вов металла по их краям. Если принять продолжительность разряда между поверхностью диска и электрода-инстру- мента постоянной и равной 30 мкс, то перемеще- ние S за это время поверхности вращающегося диска и составит при vд=50 м/мин S=25 мкм и S=225 мкм при vд=450 м/мин. Таким образом, с увеличением vд величина S прямо пропорцио- нально возрастает, а соответственно, снижается степень локализации электрического разряда на обрабатываемой поверхности, вызывая указан- ные выше изменения геометрических параметров лунки. В свою очередь, параметры лунки, в частно- сти, высота наплывов металла по ее краю (аналог зуба инструмента) влияет на режущую способ- ность диска, с увеличением которой она возрас- тает. С увеличением окружной скорости враще- ния диска в процессе ЭЭО его рабочей поверх- ности высота этих наплывов металла уменьшается, что приводит к снижению интен- сивности распиливания им образца, которая при vд=450 м/мин имеет минимальное значение. На основании полученных результатов можно констатировать, что осуществление ЭЭО рабо- чей поверхности отрезного диска с целью под- держания его высокой режущей способности непосредственно в процессе выполнения опера- ции распиливания, то есть при окружной скоро- сти диска равной скорости резания, малоэффек- тивно. Вместе с тем, исходя из полученных дан- ных, можно обоснованно рекомендовать использовать ЭЭО для поддержания высокой режущей способности инструментов непосред- ственно в процессе выполнения операции распи- ливания, работающих со скоростями резания, не превышающими 90 м/мин, к примеру, при рас- пиливании заготовок ленточными пилами. 1. Киселев М.Г., Дроздов А.В., Москаленко А.В., Богдан П.С. Эффективность применения электроэрозионной обработки поверхности проволочного инструмента с целью придания ей режущей способности. Вестник Полоцкого государственного университета. № 11 2013 73-77. 2. Киселев М.Г., Дроздов А.В., Габец В.Л., Богдан П.С. Экспериментальная оценка режущей способности штрипс с модифицированной путем электроэрозионной обработки рабочей поверхностью. Механика машин, механизмов и материалов. № 3 2014 64-68. 3. Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г., Москаленко А.В., Богдан П.С. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса формирования лунки на обрабатываемой поверхности при однократном электроэрозионном воздействии. Механика машин, механизмов и материалов. № 1 2014 76-81. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 320 УДК 621.9.048 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОТРЕЗНОГО ДИСКА ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЕГО РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ Киселев М.Г., Богдан П.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Результатами ранее проведенных исследова- ний [1,2] установлено, что путем воздействия на металлическую поверхность электрическими разрядами можно придать ей режущую способ- ность. Достигается это за счет формирования на ней в результате электрической эрозии лунок, по форме близких к сферической, имеющих по краям наплывы застывшего металла, выходящие за исходный контур поверхности. Именно эти конструктивные элементы на модифицированной поверхности выполняют роль своеобразных ре- жущих элементов, которые способны снимать стружку с материалов, твердость которых ниже твердости металла наплывов. Исходя из этого, процесс модификации поверхности с использо- ванием энергии электрических разрядов можно рассматривать как специфическую операцию ее заточки. Очевидно, что для выработки рекомендаций по практическому использованию такого способа заточки рабочей поверхности инструмента важно располагать данными, характеризующими ре- жущую способность полученной поверхности. Объектом исследования являлись диски из стали У8А диаметром 75 мм и толщиной 0,3 мм с центральным посадочным отверстием 16 мм. Электроконтактная обработка их рабочей по- верхности (режущей кромки) осуществлялась следующим образом (рисунок 1). Диск 2 закреплялся на горизонтально распо- ложенной оправке 3, установленной в подшип- никах 5, и вместе с ней имел возможность пово- рачиваться вокруг оси. В качестве электрода-ин- струмента использовалась пластина 1 из стали У8А толщиной 0,3 мм, шириной 8 мм и длиной 110 мм. Диск с помощью токосъемного устрой- ства 4 и электрод-инструмент были включены в электрическую цепь, состоящую из источника питания постоянного тока ИП, накопительного конденсатора C и токоограничивающего рези- стора R. Использовалась прямая полярность, при которой анодом являлся обрабатываемый диск, а катодом – электрод-инструмент. Пластине, выполняющей роль электрода-ин- струмента, вручную сообщалось колебательное движение Vк, при котором ее кромка периодиче- ски контактировала с рабочей поверхностью диска. В процессе их сближения на расстоянии, соответствующему минимальному межэлектрод- ному промежутку (МЭП), происходил его про- бой и между поверхностями возникал электриче- ский разряд, вызывающий электрическую эро- зию поверхностей диска и инструмента. В результате расплавления и испарения металла на рабочей поверхности образуется лунка, имеющая по краям наплывы застывшего металла, выходя- щие за ее исходный контур. Рисунок 1 – Технологическая схема электроконтактной обработки рабочей поверхности диска Эксперименты выполнялись при напряжении накопительного конденсатора 80 В и его емкости 300 мкФ. На рабочую поверхность диска нано- силось 75 лунок, равномерно расположенных по длине ее окружности. Диэлектрическая жидкость не применялась, то есть обработка осуществля- лась на воздухе. Для определения эксплуатационных показа- телей дисков с модифицированной путем элект- роконтактной обработки поверхностью была создана специальная установка, схема которой приведена на рисунке 2. На массивном основании 1 установлен элек- тродвигатель 7 (ПЛ-062У4), на валу которого закрепляется испытуемый диск 2. Последнему сообщается вращательное движение с постоян- ной частотой, равной nд=1500 мин -1. Подлежа- щий распиливанию образец 9 зажимается в оправке 8, которая закреплена на поверхности подвижной части 3 шариковых направляющих. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 321 Рисунок 2 – Технологическая схема установки для распиливания образцов испытуемым диском Усилие прижатия образца к рабочей поверхности диска, то есть врезная подача, обеспечивается посредством аттестованных грузов 6 массой m, связанных с подвижной частью направляющих с помощью проволоки 4 и блока 5. При проведении экспериментов по распиливанию образцов величина этого усилия была постоянной и составляла 2 Н. Образцы выполнялись в форме прямоуголь- ного параллелепипеда длиной 50 мм с квадрат- ным поперечным сечением 15х8 мм. Они изго- тавливались из дерева (сухая сосна), органиче- ского стекла, текстолита, углеситалла и кости. Режущая способность диска оценивалась по значению интенсивности распиливания i им об- разцов, которая вычислялась отношением пло- щади распиленной поверхности S к продолжи- тельности выполнения операции t (i=S/t; мм2/мин). На рисунке 3 представлены значения интен- сивности распиливания образцов из различных материалов испытуемым отрезным диском. Рисунок 3 – Значения интенсивности распиливания образцов из различных материалов испытуемым отрезным диском Из анализа приведенных данных видно, что наибольшее значение i=2371 мм2/мин наблюда- ется при распиливании деревянного образца, а наименьшее – i=223 мм2/мин при распиливании образца из текстолита. Отсюда следует, что с повышением твердости и прочности материала образца интенсивность его распиливания испы- туемым диском снижается, что полностью согла- суется с положением теории резания материалов. В частности, с тем, что чем выше твердость и прочность обрабатываемого материала, тем меньше, при прочих равных условиях, глубина внедрения в него режущих элементов инстру- мента, а соответственно, меньше объем удален- ного в единицу времени материала, то есть ин- тенсивность распиливания. Очевидным достоинством рассматриваемого способа обеспечения режущей способности ра- бочей поверхности инструмента является про- стота его реализации. В этом случае не требуется применения специального режущего инстру- мента и приспособлений, которые используются при выполнении традиционной операции за- точки или переточки износившегося инстру- мента. В этой связи представляется перспектив- ным осуществлять восстановление режущей спо- собности износившейся рабочей поверхности отрезного диска путем ее ЭКО непосредственно в процессе выполнения операции распиливания, то есть без снятия диска со шпинделя. 1. Эффективность применения электроконтакт- ной обработки поверхности проволочного инструмента с целью придания ей режущей способности / М. Г. Киселев [и др.] // Вестник Полоцкого государственного университета. - 2013. - № 11. - С. 73-77. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 322 2. Экспериментальная оценка режущей спо- собности штрипс с модифицированной путем электроконтактной обработки рабочей по- верхностью / М. Г. Киселев [и др.] // Меха- ника машин, механизмов и материалов. - 2014. - Т. 28, № 3. - С. 64-68. УДК 621.9.048 ПОВЫШЕНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРОВОЛОЧНОЙ ВИТОЙ ПИЛЫ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЕЕ ПОВЕРХНОСТИ Киселев М.Г., Дроздов А.В., Криничев В.С., Богдан П.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Проволочная витая пила (рисунок 1) представляет собой стальной жгут с четырьмя или тремя стальными проволоками 1, сплетенными «косичкой» Рисунок 1 – Фотография участка проволочной пилы В свою очередь каждая из них обмотана бо- лее тонкой проволокой 2 с шагом витка 0,5-1 мм. Рабочая длина пилы составляет порядка 500 мм, на ее концах закреплены два кольца диаметром около 3,5 мм, которые предназначены для удоб- ства выполнения рабочих движений при осу- ществлении операции распиливания. Основными достоинствами проволочной пилы являются ее незначительные габариты (в свернутом виде она помещается на ладони) и малый вес, порядка 20 г. Благодаря этим качествам проволочная пила нашла применение в различных экстремальных ситуациях, в частности для распиливания дерева, в военно-полевой хирургии при ампутации ко- нечностей (пила Джигли) [1]. Основной недостаток проволочной витой пилы связан с весьма низкой производительно- стью выполняемых операций, т.е. с низкой ре- жущей способностью такого инструмента. Согласно ранее полученным данным [2] по- высить режущую способность одиночного про- волочного инструмента можно путем электро- эрозионной обработки (ЭЭО) его поверхности. Достигается это путем формирования на ней в результате электрической эрозии лунок, имею- щих по краям наплывы застывшего металла, ко- торые выходят за исходный контур поверхности и выполняют роль своеобразных режущих эле- ментов, способных снимать стружку с поверхно- сти материалов, уступающих по твердости ме- таллу наплывов. Исходя из этого, оправдано по- лагать, что электроэрозионное модифицирование поверхности проволочной пилы также позволит повысить ее режущую способность. Экспери- ментальному подтверждению этого положения посвящена данная работа. В ходе экспериментов использовались об- разцы длиной 110 мм, полученные в результате разрезания на четыре части исходной проволоч- ной витой пилы с фиксацией их концов с помо- щью пайки и формированием на них петель для крепления. Электроэрозионная обработка по- верхности пилы осуществлялась по методике, описанной в работе [3], с формированием на ней лунок с шагом 3 мм. Напряжение накопитель- ного конденсатора составляло 48 В при его ем- кости 300 мкФ. После завершения электроэрози- онной обработки с помощью микроскопа ММИ-2 исследовалось состояние модифицированной поверхности инструмента. Режущая способность экспериментальных образцов пилы оценивалась по значению интен- сивности распиливания ими образцов из различ- ных материалов. Для проведения этих экспери- ментов использовалась методика, включая спе- циально созданную установку, описание которой приведено в работе [4]. В качестве распиливае- мых материалов использовались образцы из де- рева, кости и текстолита. Значение интенсивно- сти распиливания i определялась как отношение площади F распиленного участка образца ко времени t выполнения операции i=F/t (мм2/мин). На рисунке 2 приведены значения интенсив- ности распиливания образцов проволочной ви- той пилой в ее исходном состоянии и после элек- троэрозионного модифицирования ее поверхности. Из анализа представленных эксперименталь- ных данных следует, что использование прово- лочной пилы после ее ЭЭО в сравнении с пилой в исходном состоянии во всех случаях обеспечи- вает более высокую интенсивность распилива- ния образцов, т.е. обладает более высокой режу- щей способностью. При этом степень повыше- 1 2 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 323 ния этого показателя зависит от материала распиливаемого образца. Так, наибольшее по- вышение значения i (в 4,3 раза) наблюдается при распиливании образца из кости: с 3,07 мм2/мин при использовании пилы в исходном состоянии до 13,21 мм2/мин при использовании пилы после ЭЭО. Меньшее увеличение i (в 2,57 раза) проис- ходит при распиливании образца из текстолита: с 1,75 мм2/мин при использовании пилы в исход- ном состоянии до 4,5 мм2/мин при использова- нии пилы после ЭЭО. Наименьшее повышение i (в 1,2 раза) наблюдается при распиливании дере- вянного образца: с 35,4 мм2/мин до 42,2 мм2/мин, соответственно, при использовании пилы в ис- ходном состоянии и после ее ЭЭО. В обоих слу- чаях распиливания с повышением твердости ма- териала образца интенсивность его распиливания снижается. Рисунок 2 – Значение интенсивности распиливания образцов витой проволочной пилой в исходном состоянии и после ее ЭЭО Исследования состояния пилы после ее ЭЭО показали, что помимо формирования на поверх- ности такой проволоки лунок, под действием электрических разрядов может происходить нарушение ее целостности, т.е. разделение вит- ков на части. При этом за счет освободившихся сил упругости, концы проволоки частично вы- прямляются и принимают положение, при кото- ром они выходят за исходный контур навитой проволоки. В результате этого на проволочной обмотке пилы образуются элементы в виде кон- сольно закрепленных выступающих концов тон- кой проволоки, которые, равно как и наплывы металла по краям лунок, способны осуществлять разрушение материала в процессе распиливания, повышая тем самым режущую способность ин- струмента. Выводы. 1. Экспериментально подтверждено, что пу- тем электроэрозионной обработки поверхности проволочной витой пилы можно существенно повысить ее режущую способность. 2. Установлено, что по сравнению с использова- нием витой проволочной пилы в ее исходном состоянии применение пилы после ее электро- эрозионной обработки обеспечивает повышение интенсивности распиливания образцов из кости в 4,3 раза, текстолита – в 2,57 раза и дерева – в 1,2 раза. 3. Установлено, что после электроэрозионной обработки проволочной витой пилы помимо формирования по поверхности тонкой проволоки лунок, под действием электрических разрядов может происходить нарушение ее целостности, т.е. разделение витков на части. В результате этого на проволочной обмотке пилы образуются элементы в виде консольно выступающих кон- цов тонкой проволоки, которые способны, наряду с наплывами металла по краям лунки, осуществлять разрушение материала в процессе распиливания, повышая тем самым режущую способность инструмента. 1. Тургунов, Е. М. Хирургические инструменты / Е. М. Тургунов, А. А. Нурбеков. – Кара- ганда, 2008. - 48 c. 2. Эффективность применения электроконтакт- ной обработки поверхности проволочного инструмента с целью придания ей режущей способности / М. Г. Киселев [и др.] // Вестник Полоцкого государственного университета. – 2013. - № 11. - С. 73-77. 3. Модификация исходной поверхности прово- лочного инструмента с целью придания ей 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 324 режущей способности путем применения электроконтактной обработки / М. Г. Киселев [и др.] // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2012. - Т. 34, № 1. - С. 13-22. 4. Методика и оборудование для оценки режу- щей способности проволочного инструмента / М. Г. Киселев [и др.] // Метрология и прибо- ростроение. - 2012. - Т. 56, № 1. - С. 23-25. УДК 621.792 ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ НА ЕЕ УДЕЛЬНУЮ ЕМКОСТЬ ПЛАЗМОЙ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г., Миранович А.С., Багдюн А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Наряду с высокой степенью смачиваемости поверхности имплантата биологическими жид- костями, для обеспечения благоприятных усло- вий его интеграции в организме человека необ- ходимо, чтобы она при этом обладала высокой емкостью по отношению к ним. В этой связи, важно получить данные, отражающие влияние параметров шероховатости поверхности образ- цов металлических имплантатов в результате ЭЭО на значение ее емкости при взаимодействии с биологическими жидкостями. В настоящее время для определения удельной емкости, в частности, маслоемкости поверхности трения используются два основных способа. Один из них [4], заключается в том, что на ис- следуемую поверхность трения наносят дозиро- ванную каплю масла и раскатывают по исследу- емой поверхности с помощью ролика. По тол- щине масляного пятна, полученного после прокатки, определяют степень маслоемкости поверхности. Однако этот способ весьма нето- чен, так как невозможно абсолютно точно дози- ровать каплю масла и обеспечить постоянное усилие прижатия ролика по всей контролируе- мой поверхности, что сказывается на площади отпечатка, а, следовательно, на толщине пленки. Второй способ [5] основан на определении скорости самопроизвольного растекания масля- ного пятна, образующегося между исследуемой поверхностью и прозрачной пленкой с отвер- стием и делениями, прижатой к ней. Приведенные два способа обладают тем не- достатком, что позволяют оценить удельную емкость косвенно, что повышает погрешность ее измерения. Предлагаемая методика определения удель- ной емкости поверхности предусматривает по- следовательное выполнение следующих дей- ствий: измерение начальной массы образца с исследуемой поверхностью, установку образца в приспособление для центрифугирования, нане- сение на неподвижную исследуемую поверх- ность жидкости, выполнение процедуры центри- фугирования образца, снятие образца и измере- ние его конечной массы . Приращение массы образца ( ) соответствует массе жидкости, удержанной на его исследуемой по- верхности. Зная плотность жидкости и , вычисляется ее объем , который определяет удельную емкость данной поверхности: Рабочая поверхность образца представляет собой кольцеобразную дорожку шириной 7,5 мм и площадью номинальной поверхности равной S = 412 мм2. Для принятых размеров масса об- разца не превышает 19 г, что позволяет исполь- зовать для его взвешивания прецизионные весы, в частности, Ohaus с верхним пределом измере- ния 180 г и ценой деления 10-7 г. На рисунке 1а представлена схема, поясняю- щая процедуру проведения центрифугирования. Для ее выполнения используется электродвига- тель постоянного тока 1 (ДМ-10-6А), установ- ленный в вертикальном положении валом вверх. На нем неподвижно устанавливается оправка 2, в которой закрепляется предварительно взвешен- ный образец 3. При выключенном электродвигателе с помо- щью пипетки на его исследуемую поверхность наносится капля жидкости 4. После этого вклю- чается электродвигатель с плавным в течении 4 секунд увеличением частоты вращения вала до значения 800 мин. По истечении 5 секунд работы двигателя на этой частоте, он отключается, обра- зец снимается с оправки и взвешивается. На ри- сунке 2в представлена фотография общего вида созданного устройства для центрифугирования образцов. В результате выполнения этой проце- дуры излишки жидкости с исследуемой поверх- 1m 2m 21 mmm −=∆ ρ m∆ V m V Sρ ∆ = ⋅ Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 325 ности образца удаляется, а оставшаяся ее часть в виде тонкого слоя 5 задерживается на ней. Объем этой части жидкости характеризует ем- кость исследуемой поверхности, соответствую- щую данным условиям ее центрифугирования. а) б) в) Рисунок 1 – Схема центрифугирования (а, б) и фотография устройства для центрифугирования образца (в) С использованием методики центрифуриго- вания получены экспериментальные данные (ри- сунок 2) влияния способа обработки поверхности образцов на значение ее удельной емкости q при взаимодействии с различными жидкостями, в частности, с водой, 0,9% физраствором хлорида натрия и плазмой крови человека, которые, соот- ветственно, имеют плотность 1,0; 1,01 и 1,026 г/мл. Рисунок 2. – Диаграмма зависимости удельной емкости q модифицированной тремя способами поверхности образца при взаимодействии с различными жидкостями Исследуемые поверхности образцов обрабатывались тремя способами: полированием (Ra = 0,23 мкм), пескоструйной (Ra = 2,24 мкм) и электроэрозионной обработкой (Ra = 9,52 мкм). Из анализа приведенных данных следует, что наименьшим значением удельной емкости q по отношению ко всем используемым жидкостям характеризуется полированная поверхность об- разцов. В сравнении с ней пескоструйная обра- ботка поверхности образцов приводит к увели- чению ее удельной емкости по отношению ко всем примененным жидкостям. В частности, для плазмы крови человека, значение q увеличилось в 1,3 раза. У поверхности образцов после ЭЭО это увеличение составило в 1,62 раза. Следует отметить, что во всех случаях с повышением плотности взаимодействующей с поверхностью образца жидкостью значение q возрастает, что можно объяснить увеличением их вязкости. Как известно [2], удельная емкость поверхно- сти зависит от длины L границы раздела между ней и жидкостью. Поэтому полированная по- верхность образцов, характеризующаяся малым значением шероховатости поверхности, обладает минимальной удельной емкостью. В результате пескоструйной обработки шероховатость по- верхности образцов увеличивается, соответ- ственно, возрастает значение параметра L, что сопровождается повышением ее удельной емко- сти. Наибольшей шероховатостью характеризу- ется поверхность образцов, подвергнутая ЭЭО, что определяет ее наибольшую из сравниваемых образцов емкость. Также следует отметить, что повышению удельной емкости поверхности об- разцов после ЭЭО, способствует наличие на ней множества лунок, по форме близкой к сфериче- ской и имеющих по краям наплывы металла, ко- торые в совокупности выполняют роль своеоб- разных микрокарманов (микрократеров), способ- ствующих удержанию на ней жидкости [2]. На основании обобщенного анализа результа- тов проведенных исследований установлено, что наилучшей смачиваемостью биологическими жидкостями, в частности, плазмой крови чело- века, и наибольшей удельной емкостью по отно- шении к ней обладает поверхность образцов ме- таллических имплантатов после ее ЭЭО на ре- жимах, обеспечивающих формирование на ней шероховатости с высотными параметрами Ra = 9,52-10,30 мкм и Rz = 48,0-52,6 мкм и шаговым параметром Sm = 425-510 мкм. 1. Киселев, М.Г. Методика и аппаратные сред- ства определения емкости поверхности спо- собом центрифугирования взаимодействую- щей с ней жидкости / М.Г. Киселев, А.В. Дроздов, С.Г.Монич // Метрология приборостроения. – 2013. – №4. – С.29–34. 2. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизиче- ским свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Вар- гафтик // М.: Наука. – 1972. – 702с. 3. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В. Моделирова- ние и исследование формирования плоско- вершинного микрорельефа поверхностей тре- ния со смазочными микрокарманами при многоцелевой обработке деталей. «Известия Томского политехнического университета» №2. – Томск. – 2011. 4. Морозенко Б.Н., Проволоцкий А.Е., Андреев Б.И., Пасько Л.П. Определение маслоемкости q, мм3 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 326 поверхностей трения. «Вестник машиностро- ения», 1974, №2, с.48-49. 5. Радионенко А.В. Способ определения масло- емкости поверхности трения. Патент SU 985549. Опубл. 30.12.1982. 6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизиче- ским свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Вар- гафтик // М.: Наука. – 1972. – 702с. 7. Theisen W, Schuermann A. Electro discharge machining of nickel–titanium shape memory al- loys. Mater Sci Eng A. 2004;378:200–204 8. Chen SL, Yan BH, Huang FY. Influence of kerosene and distilled water as dielectrics on the electric discharge machining characteristics of Ti–6A1–4V. J Mater Process Technol. 1999;15:107–111 9. Wang ZL, Lee HG, Aspinwall DK, Dewes RC, Aspinwall EM. Workpiece surface modification using electrical discharge machining. Int J Mach Tools Manuf. 2003;43:121–128 10. Wang ZL, Fang Y, Wu PN, Zhao WS, Cheng K. Surface modification process b electrical dis- charge machining with a Ti powder green com- pact electrode. J Mater Process Technol. 2002;129:139–142. УДК 621.792 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВОГО ИМПЛАНТАТА С ЧАСТИЧНЫМ РЕГУЛЯРНЫМ МИКРОРЕЛЬЕФОМ ПРИ ЕЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ОБРАБОТКЕ Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г., Миранович А.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В технологии изготовления металлических имплантатов важным заключительным этапом является операция модификации их поверхно- стей с целью придания им такого микрорельефа, параметры которого обеспечивают наибольший уровень прочностных и биомеханических пока- зателей при их взаимодействии с тканями орга- низма. В настоящее время для этого в основном используется пескоструйная, гидроабразивная и дробеструйная обработка поверхности имплан- татов [1,2]. Характерным для них является то, что получаемая на обработанной поверхности шероховатость имеет произвольное направление неровностей. Однако эти способы обработки имеют ограниченные технологические возмож- ности с точки зрения формирования шероховато- сти модифицированной поверхности с большими значениями ее высотных и шаговых параметров, а также не позволяют получать поверхности с регулярным микрорельефом. По этой причине на сегодня недостаточно изученными остались во- просы влияния таких значений указанных пара- метров шероховатости модифицированной по- верхности металлических имплантатов на их эксплуатационные показатели [1-2]. Для получения таких данных, в первую оче- редь, необходимо определить рациональный способ модификации поверхности, обеспечива- ющий формирование на ней шероховатости с широким диапазоном варьирования ее высотных и шаговых параметров, а также получения на ней регулярного микрорельефа. Цель данной работы определить зависимость между параметрами микрорельефа модифициро- ванной поверхности и режимами ее электрокон- тактной обработки (ЭКО) с использованием про- волочного электрода-инструмента. На рисунке 1 представлена технологическая схема ЭКО цилиндрической поверхности об- разца металлического имплантата с использова- нием проволочного электрода-инструмента. Об- рабатываемый цилиндрический образец 4 за- крепляется в цанговом патроне станка. От привода станка он получает равномерное враща- тельное движение вокруг своей оси с частотой nоб. На поперечном суппорте станка смонтирован электромагнит 1, корпус которого электрически от него изолирован. На оправке электромагнита неподвижно за- креплен проволочный электрод-инструмент 3, имеющие свободную длину L. Предварительно, за счет регулировочных перемещений электро- двигателя в поперечном направлении, он уста- навливается в положение, при котором взаимо- действие обрабатываемой поверхности образца с вращающимся проволочным элементом проте- кает в условиях упругого деформирования по- следнего. Наибольшее значение этой деформа- ции определяется величиной предварительно установленного натяга kL −=δ . Для обработки цилиндрической поверхности образца на всю требуемую длину электродвигателю с закреп- ленными на его валу инструментами сообщается продольная подача п.п.S Электрическая схема включает в себя источник питания постоянного тока ИП, токоподводящие контакты 2, накопи- тельный конденсатор С, включенный парал- лельно контактирующим поверхностям прово- лочного электрода-инструмента и образца, а также последовательно подключенного им токо- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 327 ограничивающего резистора R. При колебании электродов-инструментов, они, периодически взаимодействуя с поверхностью образца, вызы- вают прерывание электрической цепи, что со- провождается возникновением электрических разрядов. В результате их действия происходит удаление металла с поверхности образца с фор- мированием на ней характерных лунок, совокуп- ность которых определяет микрорельеф моди- фицированной поверхности. Рисунок 1 – Технологическая схема ЭКО цилиндрической поверхности образца металлического имплантата с использованием проволочного электрода-инструмента Очевидно, что параметры получаемого регу- лярного микрорельефа, т.е. размеры лунок и ха- рактер их расположения на модифицированной поверхности определяются режимами ее элект- роконтактной обработки. В рассматриваемом случае основными параметрами режима ЭКО являются: напряжение U и емкость C накопи- тельного конденсатора; время прохождения электрического импульса; частота вращения об- рабатываемого образца, диаметром; частота ко- лебаний проволочного электрода-инструмента; а также продольная подача. Предварительно с помощью проволочного электрода-инструмента на полированную по- верхность образцов, наблюдаемую через увели- чительное стекло, вручную с помощью прово- лочного диаметром 0,35 мм электрода-инстру- мента последовательно с заданным шагом наносились лунки ( 1≈β ). На образце (рисунок 2) обрабатывалась поверхность площадью по- рядка 70 мм2. Затем с помощью профилометра- профилографа измерялись параметры шерохова- тости модифицированной поверхности в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Исследование морфологии поверхности об- разцов выполнялось на аттестованном сканиру- ющем электронном микроскопе высокого разре- шения «Mira» фирмы «Tescan» (Чехия) (рис.3). Погрешность метода в данном случае составляет 3-5 относительных процентов. Анализ прово- дился при ускоряющем напряжении 20 кВ. Об- ласть возбуждения рентгеновского излучения 0,5 мкм. Рисунок 2 – Фотография участка модифицированной поверхности образца Рисунок 3 – Протокол измерения шероховатости поверхности образца Съемку морфологии поверхности проводили с использованием детекторов вторичных элек- тронов (SE) и обратно отраженных электронов (BSE). 1. Киселев М.Г., Дроздов А.В., Борисов В.А. Применение электроконтактной виброудар- ной обработки для модификации образцов титановых имплантатов. Сборник докладов международного симпозиума «Инженерия поверхности. Новые порошковые компози- ционные материалы. Сварка». – Мн.: 2011, с. 53-57. 2. Савич В.В. Модификация поверхности титановых имплантатов и ее влияние на их физико-химические и биомеханические па- раметры в биологических средах / В.В. Са- вич, Д.И. Сарока, М.Г. Киселев, М.Г. Мака- ренко; под научн. ред. В.В. Савича. – Мн.: Беларус. навука, 2012. – 244 с. 3. Киселев, М.Г. Применение электроконтакт- ной виброударной обработки для модифи- кации образцов титановых имплантатов. / М.Г. Киселев, А.В. Дроздов, В.А. Борисов // Сборник докладов международного симпо- зиума «Инженерия поверхности. Новые по- рошковые композиционные материалы. Сварка». – Мн.: 2011, с. 53-57. 4. Total joint replacement/ W.Petty. - Philadel- phia: W.B.Sauders Inc., 1991. - 814 p. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 328 5. Semlitsch M., Willert H.G., Doerre E.: Neue Werkstoffpaarung Al2O3- Keramik/Polyaethylen zur Verminderung des Polyaethylenabriebs bei Gelenkpfannen von Huefttotalendoprothesen. - Med. Orthop. Tech. - 1975. - N6. - S.143-144. 6. Jef A. Helsen, H. Jurgen Breme Metals as biomaterial. – Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 1998. – 335 p. 7. Eisenbarth E. et al. Influence of the surface structure of titanium materials on the adhesion of fibroblasts.// J. Biomaterials. – 1996. – 17. – P. 1399-1404. 8. Hansson H.A. at al. Structural aspects of the interface between tissue and titanium im- plants.// J. Prosthet. Dent. – 1983. – 50 – P. 108-116. 9. Z.Polesinski, J.Karas, Z.Jagermann and all. Porowate Implanty Korundowe jako nosniki antybiotykow// Proceedings of III Symposium IOP 2001. Bialystok, 25-27 June 2001. P.193- 201. 10. Jarcho M.: Calcium phosphate ceramics as hard tissue prosthetics. - Clin. Orthop. - 1981. - B.157. - P.259-278. УДК 621.792 ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ НА ЕЕ СМАЧИВАЕМОСТЬ ПЛАЗМОЙ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Степень смачиваемости поверхности имплан- тата биологическими жидкостями организма яв- ляется одной из основных ее характеристик, обеспечивающих эффективное протекание про- цесса его интеграции. Чем выше этот показатель, тем большей потенциальной биоактивностью обладает поверхность имплантата. Поэтому установление влияние параметров шероховато- сти модифицированной путем электроэроизон- ной обработки (ЭЭО) поверхности образцов на ее смачиваемость биологическими жидкостями, в частности, плазмой крови человека, является первоочередной задачей при оценке ее биомеха- нических характеристик. Смачиваемость поверхности образцов оцени- валась по методике, изложенной в работе [1]. В ее основе лежит метод свободно лежащей капли, который относится к статическим методам опре- деления поверхностного натяжения жидкости. Его сущность заключается в определении про- филя капли, лежащей на поверхности, с вычис- лением краевого угла смачивания. Для этого на исследуемую поверхность наносят каплю соот- ветствующей жидкости, фотографируют ее и по полученной фотографии определяют необходи- мые для расчета краевого угла смачивания пара- метры (рисунок 1). В частности, hl, - диаметр и высота капли, лежащей на полированной (исход- ной) поверхности, соответственно, а 11, hl - диа- метр и высота капли, лежащей на исследуемой поверхности, соответственно. Рисунок 1. – Геометрические параметры свободно лежащей капли Кроме того для расчета данного краевого угла смачивания необходимо располагать данными как профиля капли 1, лежащей на полированной поверхности, так и профиля капли 2, лежащей на исследуемой (шероховатой) поверхности. Краевой угол смачивания (угол θ) образуется векторами сил поверхностного натяжения, направленными по касательной к поверхностям раздела «твердое тело-жидкость» и «жидкость- воздух». При полном смачивании θ=0°, а при полном несмачивании θ=180º. Значение угла θ вычислялось по формуле 2 1 42 1 2 11 *)2/( ** )2/sin( hkl khl + =θ , Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 329 где )(исхRa Ra k = , Ra – параметр шероховатости обработанной поверхности, )(исхRa – параметр шероховатости полированной (исходной) по- верхности. Измерение краевого угла смачивания прово- дилось в следующей последовательности. Плос- кий образец устанавливался на горизонтально расположенную плоскость испытуемой (обрабо- танной) поверхностью вверх, которая предвари- тельно была очищена, обезжирена и высушена. В качестве биологической жидкости использова- лась плазма крови человека, которая с помощью шприца наносилась на поверхность образца в виде равноразмерных капель (рисунок 2). а) б) Рисунок 2. – Фотография профиля капли плазмы крови человека на полированной (а) и исследуемой (б) поверхности образца Затем с использованием цифрового фотоап- парата производилась съемка увеличенного с помощью катетометра КМ-6, профиля получен- ной на поверхности образца капли и с помощью программных средств (КОМПАС v.15.1) осу- ществлялось измерение параметров, необходи- мых для вычисления краевого угла смачивания (краевой угол смачивания, высота и длина лежа- щей капли). Чем оно меньше, тем выше степень смачива- емости поверхности при данных параметрах ее шероховатости. В ходе проведения этих иссле- дований определялось значение θрасч. при распо- ложении свободно лежащей капли плазмы крови человека на поверхности образцов, имеющей различные параметры шероховатости, получен- ные в результате ее ЭЭО при различных значе- ниях энергии электрического разряда с исполь- зованием дистиллированной воды. Перед нане- сением капли плазмы крови человека на поверхность образца она тщательно очищалась и высушивалась. Результаты проведенных экспе- риментальных исследований представлены в таблице 1. Таблица 1 – Величина расчетного краевого угла смачивания θрасч. плазмой крови человека поверхности образцов с различными параметрами ее шероховатости Мате- риал об- разца Величина θрасч 0 при различных значениях параметров Ra, мкм и Sm, мкм шероховатости поверхности образцов сплав ВТ1-0 Ra=1 Sm=6,4 Ra=6 Sm=170 Ra=7,5 Sm=226 Ra=9 Sm=380 Ra=10 Sm=456 Ra=11 Sm=480 57,8 17,9 12,8 8,5 7,2 7,1 В таблице в первой графе приведены значе- ния Ra и Sm, соответствующие исходному состо- янию поверхности образцов, т.е. после токарной обработки. Во всех остальных графах значения параметров Ra и Sm получены после ЭЭО по- верхности образцов при различных значениях U. Исходя из анализа приведенных эксперимен- тальных данных, следует отметить следующее. Параметры шероховатости поверхности образ- цов существенным образом влияют на значение угла θрасч, т.е. на ее смачиваемость плазмой крови человека. Наименьшей смачиваемостью характе- ризуется поверхность образцов в ее исходном состоянии. Так для титанового образца (Ra = 1,28 мкм и Sm = 6,4 мкм) величина θрасч составила 57,80. По мере увеличения параметров Ra и Sm шероховатости поверхности образцов от указанных значений, величина угла θрасч вначале (при Ra в пределах от 5,6 до 5,9 мкм и Sm = 170-176 мкм) резко снижается. Затем, с увеличением параметров Ra и Sm, темп этого снижения падает и при Ra ≥ 10,2 мкм и Sm ≥ 410 мкм для титанового образца величина θрасч принимает постоянную величину, равную 70. Исходя из этого, можно констатировать, что наибольшей смачиваемостью плазмой крови че- ловека характеризуется поверхности титанового образца (θрасч =7 0) при Ra = 11,6 мкм и Sm = 490 мкм. Таким образом, применение ЭЭО с целью модифицирования поверхности образцов метал- лических имплантатов позволяет, за счет исполь- зования соответствующего значения энергии электрического разряда и условий его протека- ния, обеспечить на ней параметры шероховато- сти, при которых она характеризуется наиболь- шей смачиваемостью плазмой крови человека. 1. Киселев М.Г., П.О. Корзун, Т.П. Павич. Определение вида микрорельефа обрабо- танной поверхности, обеспечивающего ее наибольшую площадь и объем при контак- тировании с жидкостью. «Вестник ГГТУ 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 330 им. П.О. Сухого» №4. – Гомель. – 2009, с. 40-52. 2. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В. Моделиро- вание и исследование формирования плос- ковершинного микрорельефа поверхностей трения со смазочными микрокарманами при многоцелевой обработке деталей. «Известия Томского политехнического университета» №2. – Томск. – 2011. 3. Морозенко Б.Н., Проволоцкий А.Е., Ан- дреев Б.И., Пасько Л.П. Определение мас- лоемкости поверхностей трения. «Вестник машиностроения», 1974, №2, с.48-49. 4. Радионенко А.В. Способ определения маслоемкости поверхности трения. Патент SU 985549. Опубл. 30.12.1982. 5. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизи- ческим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик // М.: Наука. – 1972. – 702с. 6. Theisen W, Schuermann A. Electro discharge machining of nickel–titanium shape memory alloys. Mater Sci Eng A. 2004;378:200–204. 7. Chen SL, Yan BH, Huang FY. Influence of kerosene and distilled water as dielectrics on the electric discharge machining characteristics of Ti–6A1–4V. J Mater Process Technol. 1999;15:107–111. 8. Wang ZL, Lee HG, Aspinwall DK, Dewes RC, Aspinwall EM. Workpiece surface modification using electrical discharge machining. Int J Mach Tools Manuf. 2003;43:121–128. 9. Wang ZL, Fang Y, Wu PN, Zhao WS, Cheng K. Surface modification process b electrical discharge machining with a Ti powder green compact electrode. J Mater Process Technol. 2002;129:139–142. 10. Lin YC, Yan BH, Chang YS. Machining characteristics of titanium alloy (Ti–6Al–4V) using a combination process of EDM with USM. J Mater Process Technol. 2000;104: 171–177. УДК 533.9.08; 539.216 УПРАВЛЯЕМОЕ РЕАКТИВНОЕ МАГНЕТРОННОЕ НАНЕСЕНИЕ TiAlN ПОКРЫТИЙ Климович И.М., Бурмаков А.П., Зайков В.А., Кулешов В.Н., Романов И.А. Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь Введение Основной проблемой реактивного магне- тронного распыления является неустойчивость параметров разряда в «переходных» режимах горения. В таких режимах часть поверхности катода магнетрона покрыта соединением металла и реактивного газа, а часть поверхности остается металлической. Переходные режимы представ- ляют значительный интерес для получения по- крытий с заданной стехиометрией состава и по- лучения высокой скорости их роста [1]. Для под- держания процесса распыления в «переходном» режиме необходимо обеспечить обратную связь между параметрами плазмы магнетронного раз- ряда и расходом реактивного газа путем управ- ления расходом реактивного газа в реальном времени. Такое управление может базироваться на оптической эмиссионной спектроскопии [2]. Алгоритмы оптического управления сводятся к выводу магнетронного разряда на требуемый химический состав плазмы и его поддержанию путем управления расходом реактивного газа по сигналам, получаемым из оптического излучения плазмы разряда. Алгоритмы оптического управления можно условно разделить на одно- и двухканальные по числу контрольных элементов спектра из обла- сти катода магнетронного распылителя. Однока- нальный алгоритм сводится к поддержанию на заданном уровне интенсивности одного кон- трольного элемента спектра, используя обратную связь с расходом реактивного газа. В качестве контрольного элемента может быть взята как спектральная линия материала катода (алго- ритм 1), так и молекулярная полоса реактивного газа (алгоритм 2). Двухканальный алгоритм сво- дится к одновременной регистрации интенсивно- сти двух контрольных элементов. В качестве контрольных элементов можно использовать спектральные элементы материала катода и ре- активного газа. Управляющий расходом реак- тивного газа сигнал формируется таким образом, что отношение интенсивностей элемента реак- тивного газа к элементу материала катода (алго- ритм 3) поддерживается на заданном постоянном уровне. Рассмотрим представленные алгоритмы на примере нанесения TiN и TiAlN покрытий. На рис. 1 представлены результаты исследо- вания влияния низкочастотной нестабильности мощности магнетронного разряда на состав оса- ждаемого потока для различных алгоритмов оп- тического управления расходом азота. Кривые нормированы к единице для плотности мощно- сти 33,5 Вт/см2, соответствующей покрытию Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 331 стехиометрического состава. Видно, что при ис- пользовании одноканальных алгоритмов управ- ления колебания мощности разряда приводят к существенному изменению состава осаждаемого потока (кривые 1, 2). Влияние колебаний мощно- сти на состав газовой среды минимально при использовании алгоритма 3 (кривая 5). Рисунок 1 - Зависимость отношения интенсивностей линий IN2/ITi (1, 2); IN2/IAr (3-5) от плотности мощности магнетронного разряда при давлении 0,42 Па для процессов осаждения нитрида титана с использованием алгоритмов управления расходом азота: 1 и 3 - IN2 357,7 = const, 2 и 4 - ITi 365,4 = const, 5 - IN2 357,7/ITi 365,4=const Рассмотрим результаты практической реали- зации метода оптического управления реактив- ным магнетронным распылением на примере формирования наноструктурированных TiAlN покрытий с улучшенными структурными и ме- ханическими свойствами. Нанесение TiAlN покрытий проводили на мо- дернизированной установке УВН-2М, оснащен- ной магнетронным распылителем, ионным ис- точником типа «Радикал», системой нагрева подложек, системой подачи смещения на под- ложку и системой контроля расхода газов. Кон- тролировались следующие параметры разряда: ток, напряжение, суммарное давление смеси ар- гон–реактивный газ, температура подложки, напряжение и ток смещения на подложку. Процесс распыления проводили с использо- ванием мозаичной мишени на основе Ti (110 мм) с цилиндрическими Al вставками (10 мм), распо- ложенными по среднему диаметру зоны эрозии (67 мм). Расстояние мишень-подложка выбира- лось равным 80 мм. Мощность разряда поддер- живалась постоянной и задавалась в диапазоне от 400 до 600 Вт. Управление процессом напуска реактивного газа проводили по одноканальному алгоритму. Напуск азота контролировался по интенсивности спектральной линии титана Ti I 506,5 нм, величина которой поддерживалась постоянной и связана со степенью реактивности α [2]: α = * 0 0 II II − − , где I0 – интенсивность атомной линии металла мишени (λ = 506,5 нм); I – текущая величина интенсивности линии титана при осаждении; I* – интенсивность линии металла для полностью азотированной мишени. Режимы реактивного магнетронного распыления: давление P = 7,0∙10-2 Па; напряжение на источнике питания U = 300– 320 В; ток разряда I = 1,3-1,75 А; температура подложки Т = 220 °С; потенциал смещения Uсм на подложке задавался равным -90 В; степень реактивности α задавалась равной 0,55, 0,60 и 0,65 (чем больше значение α, тем больше напуск азота во время осаждения покрытий). Время нанесения выбиралось в соответствии с предъявляемыми требованиями к толщине покрытия. В некоторых случаях требовалось нанесение подслоя TiAl для улучшения адгезионных качеств покрытия. Для исследования элементного состава сформированных покрытий TiAlN на кремние- вых подложках (толщина ~0,5 мкм) применялся метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (спектры регистрировались датчиком рентгеновского излучения компании Princeton Gamma-Tech, Inc). Микротвердость системы покрытие-подложка измерялась на твердомере ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н (в качестве подложек использовался твердосплавный материал ВК-20, толщина исследуемых покрытий составляла ~ 1,5 мкм). В табл. 1 представлены количественные со- отношения элементов и результаты измерениия твердости H в покрытиях TiAlN, полученных в режимах нанесения с различным соотношением напуска инертного и реактивного газов в камеру в процессе осаждения (различными степенями реактивности). Табл. 1. Результаты энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и твердости исследуемых TiAlN покрытий α Элементное содержание, ат.% H, ГПа Ti Al N 0,55 38,00 25,23 36,77 18,39 0,60 38,17 24,85 36,98 24,86 0,65 34,66 23,10 42,24 20,30 Присутствие кислорода, негативно влияющего на механические свойства покрытий, методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии не обнаружено. Также, из табл. 1 видно, что при увеличении степени реактивности 20 25 30 35 40 0 1 2 3 4 О тн ош ен и е и н те н си вн ос те й Плотность мощности, Вт/см2 1 2 3 4 5 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 332 (т.е. увеличении напуска азота в вакуумную камеру в процессе осаждения) количество азота в сформированном покрытии растет. Результаты измерения твердости показали, что H существенно зависит от степени реактивности и наибольшее значение H имеет покрытие, сформированное при степени реактивности α = 0,60. Выводы Результаты исследования показали, что метод контролируемого реактивного магнетронного распыления позволяет получать качественные бескислородные наноструктурированные TiAlN покрытия с высоким значением твердости. Методом энергодисперсионной рентгеновс- кой спектроскопии установлено, что элементный состав покрытий, формируемых с использова- нием одноканального алгоритма управления процессом реактивного магнетронного распы- ления, определяется заданным с помощью прибора управления значением степени реактивности. 1. Spencer, A.G. Pressure stability in reactive magnetron sputtering / A.G. Spencer, R.P. Howson, R.W. Lewin // Thin Solid Films. – 1988. – Vol. 158. – P. 141–149. 2. Бурмаков, А.П. Спектроскопическая система контроля расхода газов и содержания примесей в процессе магнетронного осаждения пленок / А.П. Бурмаков, В.Н. Кулешов // ЖПС. – 2007. – Т. 74, № 3. – С. 412 – 416. 3. Комаров, Ф.Ф. Контролируемое нанесение Ti-Al-N покрытий методом реактивного магнетронного распыления / Ф.Ф. Комаров [и др.] // Доклады НАН Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 5. – С. 40–43. УДК 535.015, 535.422 МЕТОДЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ Кожевников Д.А., Фёдорцев Р.В., Старосотников Н.О. Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь Дисторсия является основной аберрацией, ко- торая влияет на качество изображения при ра- боте фотографических систем, предназначенных для дистанционного зондирования Земли. В связи со значительными ошибками (такими как: бочкообразная и подушкообразная геометрия изображения), возникающими в оптических си- стемах (ОС) при данной аберрации, исправление объективов на дисторсию является важной зада- чей в современном оптическом приборострое- нии. Геометрическая калибровка съемочных аэрофотографических оптических систем преду- сматривает определение фотограмметрических параметров, подвергаемых калибровке оптико- электронных приборов (ОЭП). Знание указанных параметров необходимо для осуществления гео- графической координатной привязки получае- мых изображений к рельефу обрабатываемого участка, а также приведения их к общему мас- штабу и совмещению изображений. При определении величины дисторсии часто определяют суммарные её расчётные значения и погрешности, связанные с различными спосо- бами изготовления и сборки деталей объектива, погрешностями установки объектива при кон- троле дисторсии, погрешностями измерений и т. п. Общей схемой геометрической калибровки ОЭП (рисунок 1) является проецирование на фотоприёмник (ФП) векторов с известной пространственной ориентацией. По их изображениям на ФП, ФП регистрирует их пространственное положение в системе координат ОЭП. Таким образом в данной схеме периодическая структура ФП ОЭА будет являться измерительной шкалой. Невязки спроецированных векторов и их изображений будут определять дисторсию ОЭП. Главным различием методов геометриче- ской калибровки можно назвать способ форми- рования векторов с известной пространственной ориентацией. Известны способы калибровки аэрофото- графической системы на основе снимков звёзд. Преимущества этого метода заключается в про- стоте реализации, в отсутствии необходимости использования дополнительного оборудования, кроме точных часов. Основным недостатком данного метода является то, обстоятельство что условия калибровки отличаются от реальной съёмки [2], а также зависимость от метеорологи- ческой обстановки. Более эффективным является метод калибровки оптической системы по сним- кам специального тестового объекта или поли- гона. Принцип геометрической калибровки мо- жет основываться на обработке получаемых оп- тической системой изображений тестовых элементов с изначально известными с высокой точностью координатами [3]. Главным разли- чием методов геометрической калибровки можно назвать способ формирования опорных направ- лений, которые предъявляются оптической си- стеме в процессе калибровки. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 333 Рисунок 1. Общая схема геометрической калибровки ОЭП В настоящее время при калибровке ОС чаще всего используются коллимационные схемы. В ходе измерения с использованием этих схем подлежащая калибровке фотографическая система регистрирует изображение бесконечно удаленного точечного источника излучения или удаленного тестового объекта [4]. Рисунок 2. Схема измерения дисторсии: 1 – источник света; 2 – конденсор; 3 – раздвижная щель; 4 – коллиматор; 5 – объективодержатель; 6 – испытуемый объектив; 7 – шкала отсчета угловых перемещений объектива; 8 – автоколлиматор Точное измерение направления осуществля- ется установкой коллиматора или подлежащей калибровке камеры на прецизионном поворот- ном устройстве (рисунок 2). Также имеет место установка множества удаленных тестовых объ- ектов, направления на которые измеряются при помощи теодолита [5]. Повышение точности из- мерений в данном случае производится усовер- шенствованием конструкции и схем коллимато- ров, использованием в роли тест-объекта мат- рицы с известными расстояниями между элементами тест-объекта (рисунок 3). Также решение задачи калибровки оптиче- ских систем достигается путем вывода новых математических зависимостей и алгоритмов. В работе [6] использовались полиномы Цернике для разделения направлений децентрировки, на последующем этапе, с учетом порядка разложе- ния, формируются наборы косинусных и синус- ных полиномов, которые позволяют отдельно оценить наличие ошибок сборки и изготовления оптической системы. Помимо этого, известны работы, в которых описывается аналитический метод самокалибровки [2]. Сущность метода состоит в том, что одновременно определяются поправки к приближенным элементам внутрен- него ориентирования и суммарные поправки к координатам точек для компенсации влияния всех источников систематических ошибок. Рисунок 3. Схема геометрической калибровки: 1 – испытуемая система с ПЗС ФП; 2 – накладной уровень; 3 – прецизионное поворотное устройство; 4 – автоколлимационный теодолит Алгоритм определение положения линий на изображении теста происходит с учетом следу- ющих формул и выражений: Расчет яркостного изображения строки теста из его многоспектрального изображения: SY(x) = ∑ Sr(x)nRad−1r=0 , (1) где Sr(x) – спектральные компоненты, nRad – количество спектральных компонентов. Применение к яркостному изображения со- гласованного фильтра с формой K(x) импульса вертикальной полосы: SYF(τ) = ∑ SY(x)K(x − τ)x . (2) Определение положения экстремумов филь- трованного сигнала изображения, соответству- ющие вертикальным линиям теста: XM = maxτSYF(τ). (3) Оценка кривой дисторсии происходит по сле- дующим положениям: Расчет графика дисторсии, как разности между положениями вертикальных линий, отстоящих между собой на расстоянии y: y′(i) = XMi+y − XMi , (4) где y’ – размер изображения, y – расстояние между линиями на тесте (рисунок 4). Значение y′(i) присваивается линии Coord(i), соответствующей центру интервала: y′(i) = XMi+y − XMi (5) Coord(i) = XMi + y/2 (6) ОС ФП Вектора с известной пространственной ориентацией Изображения векторов ОЭП 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 334 Рисунок 4. Плоскости объектов и изображений оптической системы 1. ГОСТ 20825-75. Объективы съемочные. Методы измерений дисторсии. – Введ. 01.07.1976. – М.: Издательство – стандар- тов. 12с. 2. Курков, В.М. Методы учёта систематиче- ских искажения аэроснимка. Самокалиб- ровка / В.М. Курков // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. – 1980. – № 6. – С. 75-79. 3. Cramer M. EUROSDR network on digital camera calibration // International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 2004, Vol.35, Part B6, Istanbul, P.204-209. 4. Schuster R., Braunecker B. Calibration of the ADS40 airborne digital sensor // International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 2000, Vol.33, Part B1, Amsterdam, P.288-294. 5. Alharthy A., Bethel J. Laboratory self- calibration of a multi-band sensor // Interna- tional Archives of Photogrammetry and Re- mote Sensing, 2001, Vol.34, Part 3A, Graz, Austria, P.23-28. 6. Ежова, К.В. Математическое моделирова- ние фотограмметрической дисторсии / К.В. Ежова // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных техноло- гий, механики и оптики. – 2006. – Вып. 26. – С. 235-239. УДК 512.624.95:378.147.091.3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВВЕДЕНИЯ БАЗОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ XTR Крупенкова Т.Г.1, Липницкий В.А.2 1Белорусский национальный технический университет 2Военная академия Республики Беларусь Минск, Республика Беларусь Рассматриваемая криптографическая система, а также описываемый в данной работе подход в применении к криптографическим протоколам были впервые предложены в 2000 году на еже- годной международной научной конференции «Crypto-2000» авторами – Ленстрой А.К. и Вер- хейлом Э.Р. [1]. Название XTR явилось удачной аббревиату- рой английского словосочетания «Efficient and Compact Subgroup Trace Representation». Становящиеся классическими система обмена ключами Диффи-Хелмана, криптографические системы RSA и Эль Гамаля и созданные на их основе системы цифровой подписи, базируются на арифметике колец классов вычетов /Z nZ , где n либо является простым числом, либо про- изведением двух простых чисел. XTR-крипто- графия основывается на конечных полях, а точ- нее, на взаимоотношениях в башне расширений конечных полей и вычислениях в полях )( 2pGF с большими простыми числами p . Современный немецкий математик и крипто- граф Шнорр К.П. в 1991 году предложил исполь- зовать в криптосистеме Эль Гамаля следующую оригинальную идею – заменять образующие g мультипликативных групп полей pZZpGF /)( = на образующие подгрупп мак- симально высокого простого порядка q этих мультипликативных групп [2]. Такой подход приводит практически к пяти- кратному уменьшению размеров применяемых ключей, отнюдь не снижая при этом вязкости вычислений и криптостойкости систем. Идея Шнорра К. П. находит широкое приме- нение и в XTR-криптографии. Здесь q - доста- точно большой (максимально большой) простой делитель порядка подгруппы мульти- пликативной группы . Пусть p - нечетное простое число, сравни- мое с 2 по модулю 3: )3(mod2=p . Тогда поле 2 6( ) ( ) ( )GF p GF p GF p⊂ ⊂ ( )GF p ∗ 2 1p p− + 6( )GF p ∗ Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 335 Галуа )( 6pGF содержит мультипликативную группу порядка . Приведенное вычисление свидетельствует о существовании в группе циклической подгруппы >< g~ порядка . При этом элемент не может принадлежать ни одному из подполей поля )( 6pGF : ни )( 3pGF , ни )( 2pGF , ни pZZpGF /)( = , потому, что порядок элемента g~ не делится ни один из порядков , , 1−p мультипликативных групп , , соответственно. Следова- тельно, минимальное подполе поля )( 6pGF , содержащее элемент g~ , должно совпадать с по- лем )( 6pGF . Пусть мультипликативный порядок элемента g равен q - максимальному простому делителю числа , что существенно меньше вели- чины . Таким образом, элемент g заве- домо не является примитивным элементом поля )( 6pGF . В криптографии общепринято не пользо- ваться стандартной арифметикой конечного поля, базирующейся на примитивных элементах. Над полем pZZpGF /)( = с условием )3(mod2=p полином 12 ++ xx неприводим. В этом можно убедиться сразу для всех ука- занных простых чисел p . Действительно, здесь tp 32 += для некоторого натурального t . По- этому tp 311 +=− является величиной, не делящейся на 3. Это влечет за собой отсутствие в группе элементов третьего порядка. Так как рассматриваемый полином допускает представление , то его корни являются корнями кубическими из 1. Таким образом, полином 12 ++ xx не имеет корней в поле pZZpGF /)( = и, следова- тельно, не приводим над ним. Проведенное рассуждение означает, что полином 12 ++ xx порождает квадратичное расширение поля pZZpGF /)( = : . Поле )( 2pGF совпадает с фактор-кольцом кольца полиномов pZZ / по максимальному идеалу, порождённому неприводимым полино- мом 12 ++ xx . Мультипликативная группа имеет порядок , который при условии tp 32 += делится на 3: Полином 13 −x не имеет кратных корней при любом расширении поля pZZpGF /)( = . Этот полином взаимно прост со своей производ- ной 23x , имеющей двукратно вырожденный корень, равный 0. Значит, и делитель 12 ++ xx полинома 13 −x имеет два различных корня. Очевидно, оба эти корня принадлежат полю . Как уже отмечалось выше, мультипликативный порядок этих корней равен 3. Следовательно, эти корни не могут быть примитивными элементами поля . Вернемся к полю )( 6pGF . Теория конечных полей [3, 4] гарантирует, что над полем )( pGF существует неприводимый и примитивный по- лином 6-й степени. Его корень является при- митивным элементом поля )( 6pGF . Тогда для целого числа элемент ξπ поля )( 6pGF имеет, очевидно, мультипликативный порядок . Именно его можно взять в качестве отмеченного выше элемента g . Поле является расширением Галуа поля pZZpGF /)( = с группой автоморфизмов второго порядка для автоморфизма Фробениуса ϕ , действую- щего на каждый элемент по пра- вилу: . Согласно теории расширений Галуа, если α - один из корней полинома 12 ++ xx , то другим корнем является . Непосредственная проверка показывает, что система обра- зует нормальный базис в поле . 6( )GF p ∗ 6 3 21 ( 1)( 1)( 1)p p p p p− = − + − + 6( )GF p ∗ 2 1p p− + 6( )g GF p ∗∈ 2 1p p− + 3 1p − 2 1p − 3( )GF p ∗ 2( )GF p ∗ ( )GF p ∗ 2 1p p− + 6 1p − ( )GF p ∗ 2 31 ( 1) / ( 1)x x x x+ + = − − 2 2( ) / [ ]/ 1GF p Z pZ x x x= < + + > 2( )GF p ∗ 2 1p − 2 2 21 4 12 9 1 3 (1 4 3 ).p t t t t− = + + − = ⋅ + + 2 2( ) / [ ]/ 1GF p Z pZ x x x= < + + > 2( )GF p π 6 2 1 1 р р р − = − + ξ 2 1p p− + 2( )GF p { }2 2( ( ) / ( )) ,Gal GF p GF p eϕ ϕ ϕ=< >= = 2( )a GF p∈ ( ) pa aϕ = ( ) pϕ α α= , pα α 2( )GF p 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 336 Базис можно переписать в несколько иной форме: , если учесть, что 13 =α , . Сле- довательно, каждый элемент поля однозначно представим в виде для подходящих элементов . К примеру, каждый элемент )( pGFt ∈ имеет вид . Все вычисления в поле , принятые в криптосистеме XTR, проводятся в нормальном базисе. Например, в построенном нами базисе . Для их реализации необходимо предвари- тельно осуществить вывод специфических фор- мул для умножения, деления, возведения в сте- пень элементов поля, а также иных операций выполняемых в выбранном нормальном базисе. Одним из открытых ключей в XTR-криптоси- стеме является )(gTr – след элемента g над полем )( 2pGF . Вычисление следов также осроумно сводится к вычислениям в поле , в базисе . Таким образом, новая криптографическая си- стема вводит в ареал современной практической криптографии новый для неё математический объект - поля Галуа, требует глубокого освоения ее развитой алгебраической теории. 1. Lenstra, A. K., Verheul, E. R. The public key system. In CRYPTO 2000// Lecture Notes in Computer Science, vol. 1880. Springer-Verlag. 2000. - P. 1 – 19. 2. Криптология: учебник/ Ю.С. Харин [и др.]. – Мн.: БГУ, 2013. – 512 с. – (Классическое университетское издание). 3. Лидл Р., Нидеррайтер Г. Конечные поля. В 2-х т. Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 822 с. 4. Липницкий В.А. Современная прикладная алгебра. Математические основы защиты информации от помех и несанкционированного доступа. – Мн.: БГУИР, 2006. – 88 с. УДК 678.057.9 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ, ГЕРМЕТИЗАЦИИ И СКЛЕИВАНИЯ Ксенофонтов М.А., Выдумчик С.В., Гавриленко О.О., Павлюкевич Т.Г., Чупрынский С.А. Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета Минск, Республика Беларусь В данной работе представлено робототехни- ческое оборудование, применяемое для дозиро- вания, смешения и нанесения по заданной траек- тории герметиков, различных клеевых составов, уплотнителя и уплотнительного контура из си- ликона и пенополиуретана (технология получе- ние уплотнения по месту). Суть технологии заключается в точном нане- сении по программируемой траектории отдози- рованной и смешенной двухкомпонентной (воз- можно многокомпонентной) полиуретановой или силиконовой композиции. Компоненты смеси, вступая в реакцию после смешения, образуют на поверхности или в пазе изделия уплотнение с внешней защитной пленкой (оболочкой или по- верхностной коркой). Новизна разработки заключается в возможно- сти использования комплекса для последова- тельного нанесения уплотнительных контуров из различных композиций без переналадки обору- дования, что позволяет увеличить производи- тельность и в одном технологическом цикле наносить полиуретановые и силиконовые уплот- нения на изделия различного назначения. Комплекс оснащен современной системой управления: промышленный компьютер с 12" цветным сенсорным дисплеем для программиро- вания и визуализации; высокопроизводительный контроллер управления перемещением; про- граммирование перемещения с помощью команд и по заранее подготовленным шаблонам; про- граммирование соотношения компонентов и производительности без механической настройки; задание производительности в про- грамме нанесения для получения требуемой гео- метрии контура. Робототехнический комплекс обеспечивает необходимую точность позиционирования, имеет простой и интуитивно понятный интер- фейс управления, обладает высокой производи- тельностью и может успешно использоваться на предприятиях электронной, машиностроитель- ной и других отраслях. В основу работы комплекса положен принцип подачи дозированного количества двух жидких компонентов А и Б в смесительную головку с динамическим перемешиванием и последующим , pα α 2,α α 2 3 2 3 2( )p t tα α α α α+= = ⋅ = z 2( )GF p 2 1 2z x xα α= + 1 2, ( )x x GF p∈ 2( 1) ( 1)t p t p tα α= − ⋅ + − ⋅ 2( )GF p 2,α α 2( )GF p 2,α α Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 337 автоматическим распределением смеси по запро- граммированной траектории [1]. Многофункциональный робототехнический комплекс (рисунок 1) состоит из двух основных агрегатов: смесительно-дозирующей установки и механизма координатного перемещения смеси- тельной головки по заданному контуру. Рисунок 1 – Многофункциональный робототехнический комплекс для уплотнения, герметизации и склеивания Смесительно-дозирующая установка [2] обеспечивает безопасное хранение пенополиуре- тановых и силиконовых компонентов и их под- готовку к работе, высокоточное дозирование компонентов с их забором из рабочих емкостей и подачей в смесительное устройство в нужной пропорции и состоит из основных функциональ- ных узлов: • многокомпонентное смесительное устройство (рисунок 2) низкого давления с ди- намической системой смешения и приводом от электродвигателя, укомплектованное клапанами для подачи компонентов, очистителя и воздуха, устройством предотвращения скапывания, си- стемой автоматической промывки камеры смеси- тельного устройства и сопла с последующей сушкой сжатым воздухом; Рисунок 2 - Многокомпонентное смесительное устройство Многокомпонентное смесительное устрой- ство позволяет оперативно менять реакционно- способные компоненты, их количество и полу- чать полимерные композиты с определенной макромолекулярной структурой, физико-меха- ническими и эксплуатационными свойствами [3]. • герметичные емкости из нержавеющей стали для каждого из компонентов, рассчитан- ные на внутреннее давление не менее, чем 0,2 МПа и оборудованные системой подогрева и перемешивающими устройствами с электриче- ским приводом компонента, датчиками мини- мального уровня заполнения и температуры компонентов, предохранительными пневмокла- панами, устройством визуального контроля уровня на емкости компонентов, устройством очистки и осушки воздуха, фильтрами для ком- понентов; • емкость для растворителя, оборудованная предохранительным пневмоклапанном, кон- трольным манометром, электроклапаном подачи растворителя, устройством контроля уровня; • прецизионные химические дозирующие насосы с раздельным приводом от шаговых дви- гателей для подачи каждого компонента; • система рециркуляции компонентов; • пульт управления, обеспечивающий авто- матизацию эксплуатации установки, задание и контроль технологических параметров, монито- ринг состояния установки с индикацией соответ- ствующих сообщений на жидкокристаллическом дисплее, управление всеми узлами установки в ручном и автоматическом режимах; • блок подготовки и очистки сжатого воздуха, подаваемого в пневмосистему комплекса; • пневмооборудование и комплект химически стойких напорных и рециркуляционных тру- бопроводов; • основание - металлическая рама. Механизм координатного перемещения сме- сительного устройства при нанесении уплотне- ния является наиболее современным в мировых разработках таких систем, представляет собой трехкоординатный манипулятор с ЧПУ порталь- ного типа и состоит: • трехкоординатная система; • рабочий стол с пластмассовыми шарико- выми опорами и устройством фиксации изделий; • система ЧПУ (контроллер управления дви- жением); • каретка для крепления смесительного устройства; • комплект электрооборудования и кабеле- укладчики. Система управления комплекса обеспечивает функцию нанесения уплотнения из пенополиуре- тана или силикона на несколько различных или одинаковых деталей, расположенных на рабочем столе и выполнена на базе промышленного про- граммируемого контроллера и системы ЧПУ (рисунок 3). Система управления и контроля имеет про- граммное обеспечение с интерфейсом на рус- ском языке для программирования, контроля и хранения параметров работы и наносимого уплотнительного контура, оснащена системой световой и звуковой сигнализации режимов работы. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 338 Рисунок 3 - Система ЧПУ трехкоординатного манипулятора Уплотнение, полученное с помощью робото- технического комплекса, обеспечивает степень герметичности и защиты IP 54-67, а также обла- дает целым рядом преимуществ: является бес- шовным, что исключает стыки и обрезки, харак- терные для других типов уплотнений, гаранти- рованно препятствует попаданию влаги и пыли внутрь прибора; позволяет добиться лучших звуко-, шумоизоляции и вибропоглощения. Данное оборудование является собственной разработкой, проектируется и изготавливается в соответствие с индивидуальной спецификой каждого производства. Благодаря этому все во- просы, связанные с его функционированием, можно решать без обращения в сторонние сер- висные центры. Возможна поставка любых не- обходимых комплектующих и расходных мате- риалов. 1. Ксенофонтов, М.А. Пенополиуретаны. Структура и свойства [Текст] / М.А. Ксенофонтов // Вестник БГУ. - 2011. - Серия 1. - № 3. - С. 48-52. 2. Пат. № 10305 РБ, МПК В 29С 67/20. Установка заливочная смесительно- дозирующая / М.А. Ксенофонтов и др. // Заявка № u 20131071 13.12.2013, опубл. 30.10.2014, электр. ресурс Бюл. № 5, стр. 132- 134, дата доступа 12.03.2015 г. 3. Пат. № 9922 РБ, МПК В 29В 7/12, В 29В 7/40. Смесительное устройство / М.А. Ксенофонтов М.А. и др. // Заявка № u 20130524 17.06.2013; опубл. 28.02.2014, электр. ресурс Бюл. № 1, стр. 163-164, дата доступа 12.03.2015 г. УДК 621.7,620.186 ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИЕЙ И НАНОИНДЕНТИРОВАНИЕМ ТОНКИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ, СФОРМИРОВАННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ Кузнецова T.A.1, 2, Зубарь T.И1. , Чижик С.А.1 , 2, Мясоедов Е.Н.2, Лапицкая В.А.1, Мищак А.3 , Лабуда В.3 1Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси 2Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 3Морская академия Гдыня, Польша Поверхностное пластическое деформирова- ние (ППД) является эффективным и распростра- ненным методом улучшения свойств деталей машин [1]. Роликовое ППД основано на микроп- ластическом формировании поверхностных слоев осей, валов и подшипников с помощью роликовых накаток [2 - 4]. Обычно внимание исследователей направлено на степень упрочне- ния после обработки и шероховатость поверхно- сти. В данной работе представлены результаты исследования пластического деформирования поверхности с учетом оценки свойств микромет- ровых слоев. Целью данной работы является эксперимен- тальное исследование морфологии и свойств по- верхностных слоев валов после роликового ППД высокоразрешающими методами –атомно-сило- вой микроскопией (АСМ) и наноиндентирова- нием. В качестве образцов для исследования вы- ступали валы из нержавеющей стали, поверх- ность которых подвергалась роликовому ППД от одного до четырех раз. Описание технологи- ческого процесса пластического деформирова- ния валов приведено в [5 - 6]. Исследование шероховатости пластически деформированных поверхностей было проведено с использованием контактного профилометра Mitutoyo (Япония). Измерения микротвердости были выполнены на поперечном сечении вала на глубинах до 300 мкм от поверхности двумя ме- тодами: с использованием микротвердомера ПMT-3 (Россия) и НИ Hysitron TI750L Ubi (США). Морфология поверхностей была иссле- дована с помощью АСМ NT - 206 (Беларусь) в контактном режиме с использованием стан- дартного кремниевого кантилевера с радиусом острия 10 нм и коэффициентом жестко- сти 0,08 Н/м. Результаты исследований показали, что сред- няя шероховатость поверхности после одного прохода составила 128 нм, после второго умень- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 339 шилась до 98 нм, после третьего увеличилась до 216 нм, а четвертый проход ППД снова умень- шает значение средней шероховатости до 130 нм. Немонотонность изменения величины шерохова- тости от количества проходов ППД можно объ- яснить формированием пластически изменен- ного слоя. Он образуется во время первого про- хода из деформированных слоев стали и машинного масла. Второй проход сглаживает микрошероховатости и уменьшает толщину из- мененного слоя. Третий проход включает в про- цесс пластического деформирования новые объ- емы материала, а четвертый разглаживает их. Это подтверждается тем, что выступы и впадины на профилях более симметричны и однородны после второго и четвертого прохода. Значения микротвердости растут вместе с ко- личеством проходов ППД. У поверхности вала она выше, чем на глубине. Наибольшее ее значе- ние (около 7,5 ГПа) зафиксировано вблизи по- верхности у вала после четырех проходов пла- стического деформирования. На глубине 300 мкм у валов после трех и четырех проходов мик- ротвердость одинакова (~ 6,1 ГПа). НИ позволяет по поперечному шлифу детали измерять свойства тонкого пластически дефор- мированного слоя на глубине нескольких мик- рометров от поверхности и контролировать из- менения вглубь детали до постоянных значений. Результаты исследований показали, что четы- рехпроходное ППД обеспечивают самый высо- кий уровень микротвердости, как на поверхно- сти, так и в глубине материала. У вала после че- тырех проходов под поверхностным слоем толщиной 20 мкм наблюдается резкий скачек модуля Юнга до 210 ГПа от 180 ГПа на поверх- ности и 180 ГПа в глубине материала. Тогда как после одного прохода на глубине 20 мкм модуль Юнга составляет 140 ГПа, а в глубине материала менее 160 ГПа. Результаты исследования деформированной поверхности валов показали присутствие пла- стически измененного слоя. Слои, образованные после трех и четырех проходов, более толстые по сравнению со слоями после одного и двух про- ходов роликового ППД. Сформированный на поверхности слой может работать в качестве твердой смазки в процессе трения. Таким обра- зом, вместе с упрочнением поверхности улуч- шаются и трибологические свойства. Метод АСМ позволил получить более полную картину микроструктуры. Поверхность вала после одного прохода имеет области, где структура не ориен- тирована в соответствии с направлением пере- мещения инструмента. После двух проходов ППД структура становится ориентированной и появляются микрочастицы с диаметром от 100 нм до 1 мкм. Поверхность после трех проходов характеризуется наличием мягкого бесструктур- ного слоя. После четырех проходов поверхность имеет более выраженную структуру, включаю- щую два упорядоченных подслоя (рисунок 1). На изображении в режиме латеральных сил нижний слой состоит из округлых частиц диаметром 100 – 500 нм. Предполагается, что частицы – это пла- стически измененные зерна стали в матрице бо- лее пластичного машинного масла после поли- меризации. В верхнем слое частицы практически отсутствуют, преобладает полимеризованное масло. Структура показывает, что верхний слой под нагрузкой может изменяться и служить в качестве твердой смазки. Результаты измерения шероховатости Ra методом АСМ на поле 20 х 20 мкм представлены в таблице 1. Рисунок 1 – АСМ-морфология поверхности после четырех проходов ППД Измерение адгезионных сил с помощью AСM показывает, что поверхности после трех и четы- рех проходов ППД имеют низкие значения около 5,2 и 7,3 мкН (таблица 1). Это означает, что эти слои обеспечивают низкий коэффициент трения по сравнению с первым и вторым проходами. Высокие силы адгезии между деталями, как пра- вило, увеличивают коэффициент трения Заключение. Результаты АСМ и НИ – исследований по- верхности валов после роликового ППД пока- зали наличие третьего тела на поверхности – мягкого измененного слоя, образованного из пластически деформированной стали и машин- ного масла под действием нагрузки и темпера- туры. Этот слой может работать в качестве твер- дой смазки при трении. Таким образом, наличие мягкого слоя с модулем Юнга 4,6 ГПа на сталь- ной поверхности, упрочненной до значений мо- дуля упругости 210 ГПа и микротвердости 7 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 340 ГПа, позволяет рекомендовать четырехпроход- ное роликовое ППД для улучшения свойств де- талей трибологического назначения. Таблица 1 – Свойства поверхности вала после ППД, полученные методом АСМ. Кол- во прохо дов Ra (AСM), nm Модуль упругости на глубине 20 нм (AСM), ГПа Сила адгезии между поверхностью и АСМ- зондом, мкН 1 26 - 9.0 2 31 4.1 8.8 3 66 4.3 5.2 4 79 4.6 7.3 1. Chomiene, V., Valiorgue, F., Rech, J., Verdu, C., Influence of ball burnishing on residual stress profile of a 15-5PH stainless steel, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Vol. 13, 2016, pp. 90 – 96. 2.Hua, W., Man, B., Liu, B., Contact force studies of a burnishing slider, Tribology International, 41, 2008, pp.60 – 66. 3.Ahmed, R., Sutcliffe, M.P.F. Indentation of surface features on cold-rolled stainless steel strip, Wear, Vol. 244, 2000, pp. 60 – 70. 4.Balland, P., Tabourot, L., Degre, F., Moreau, V., Mechanics of the burnishing process, Precision Engineering, Vol.37, 2013, pp. 129 – 134. 5.Labuda ,W., Charchalis, A., The influence of finish tooling on friction properties of steel applied to sea water pump shafts, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 21 No. 2, 2014, pp. 185 – 192. 6.Labuda, W., Charchalis, A., The analysis of finish tooling influence on wear intensity of marine pump shaft, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 20, No. 1, 2013, pp. 163 – 170. УДК 621.317 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО МЕТАМАТЕРИАЛА С ВАРАКТОРНЫМИ ДИОДАМИ Курило В.С., Рудницкий А.С. Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь Метаматериальные поглотители (metamaterial absorber - MMA) со своеобразными электромаг- нитными свойствами вызвали большой интерес в течение последнего десятилетия [1]. Элементар- ные единицы метаматериала чаще всего распола- гаются периодически, имеют размер много меньше длины волны и удовлетворяют модели Лоренца–Друде, так же как нормальный мате- риал [2]. Взаимосвязь между свойствами этих единиц и макроскопическими свойствами мета- материала устанавливается на основании теории эффективного усреднения [3]. Рабочая частота традиционных метаматериа- лов фиксирована и не может изменяться после изготовления. Поэтому все больше внимание уделяется разработке перестраиваемых MMA. В работе [4] исследована поверхность с высоким импедансом и с расположенными на ней рези- сторами и варакторными диодами. В статье [5] продемонстрирован переключаемый отражатель- поглотитель с диодами в структурных ячейках метаматериала. Реализуются два возможных состояния диодов: «Включен», «Выключен» и возможность переключения состояний. При их оптимизации могут быть полезными исследова- ния электромагнитных свойств ячейки метамате- риала в зависимости от параметров, которые можно изменять электрическим или другим спо- собом. В данной работе представлены результаты исследования метаматериалов из периодически расположенных на подложке ячеек, образован- ных микрополосковыми элементами, включен- ными между ними конденсаторами и резистив- ными пленками. Рисунок 1. Вычислительная модель с ячейкой метаматериала Предположим, что требуется обеспечить пе- рестройку частоты минимального коэффициента отражения электромагнитной волны от метама- териального покрытия металлической поверхно- сти при ограничении уровня отражения вне ре- зонансной частоты. Этому условию частично удовлетворяет модель, показанная на рисунке 1. Она исследована методом компьютерного моде- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 341 лирования и выполнена экспериментальная про- верка результатов моделирования. На рисунке 2 показан вид сверху печатной платы ячейки метаматериала. Ячейка содержит четыре диода, резистор и цепь смещения. Местоположение элементов указано на этом рисунке. Катоды SMD корпуса диодов отмечены чертой. На точку 0 подается общий потенциал, на точку 1 подается управляющее напряжение смещения. Рисунок 2. Вид сверху печатной платы ячейки метаматериала Ячейка реализована на диэлектрической пла- стине FR4 c относительной диэлектрической проницаемостью 4.4(1 – j0.03) толщиной 1 мм. Длина одной стороны микрополоской линии 13 мм, ширина 2 мм. Сопротивление резистора равно 50 Ом. Напряжение смещения диодов по- дается в точки 0 и 1 через проходные конденса- торы емкостью 3.3 нФ длиной 8 мм. Таким обра- зом, эти конденсаторы удерживаю пластину на расстоянии 8 мм от металлической поверхности. Омические потери учитываются путем вы- бора конечного импеданса микрополосковых линий в области диодов и цепи подачи напряже- ния смещения. Импедансы равны 2 и 10 Ом/квадрат. Конфигурационная модель, которая используется для вычисления частотной зависи- мости коэффициента отражения электромагнит- ной волны от ячейки метаматериала, соответ- ствует схеме экспериментальных измерений, выполненных в отрезке волновода сечением 32х74мм2. В модели варикапы представлены конденса- торами Cx (диоды D2 и D3) и Cy (диоды D1 и D4). Результаты вычислений показаны на ри- сунке 3 для трех комбинаций емкостных пара- метров диодов. Рисунок 3. Зависимость коэффициента отражения от частоты при 1: Cx=0.18 пФ, Cy= 0.18 пФ, 2: Cx=0.33 пФ, Cy=0.1 пФ, 3: Cx= 0.1 пФ, Cy= 0.33 пФ Проведены экспериментальные измерения коэффициента отражения от ячейки метаматери- ала, установленной на короткозамкнутой стороне волновода сечением 32х74мм2. Измерения про- водились для четырех типов диодов: BAS321(сокращенное обозначение (SMD - ///A7), BAV70(SMD - A4t), BAV99(SMD - A7), BAS70-04(SMD - 74) в диапазоне частот от 2 ГГц до 6 ГГц. Использовался векторный анализатор цепей Agilent 8722ET. Измерительный тракт ка- либровался в состоянии разомкнутого конца ко- аксиальной линии и в состоянии подключенной согласованной нагрузки. Нагрузка подключается к волноводу в сечении, относительно которого в дальнейшем устанавливается исследуемая ячейка метаматериала. При измерениях согласованная нагрузка заменяется медной пластиной, выпол- няющей роль короткозамыкателя волновода. Ис- следуемая ячейка крепится на этой пластине на расстоянии 8 мм с использованием двух проход- ных конденсаторов емкостью 3.3 нФ. Через эти конденсаторы подается напряжение смещения на четыре полупроводниковых диода от источника питания ТЕС88 в пределах от -2 В до +2 В. Наблюдается качественное соответствие ре- зультатов эксперимента и моделирования. Рас- хождение обусловлено упрощенной моделью варикапов, которая может быть уточнена по ре- зультатам эксперимента. Лучшие результаты получены с диодами BAS321. Они показаны на рисунке 4. Минимальная частота резонансного погло- щения на 3.4 ГГц, максимальная – 5.9 ГГц. Ми- нимальное значение коэффициента отражения - 20 дБ. Максимальная ширина полосы поглоще- ния по уровню -6дБ – 800 МГц. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 342 Рисунок 4. Экспериментальные результаты измерения зависимости коэффициента отражения от частоты для ячейки метаматериала с четырьмя диодами BAS321,1: -2 В , 2: 0 В 1. Cui T.J., Smith D.R. and Liu R.P. Metamaterials: Theory, Design and Applications (New York: Springer, 2009). 2. Smith D.R. and Pendry J.B. Homogenization of metamaterials by field averaging (invited paper) // J. Opt. Soc. Am. B , Marth 2006. Vol.23, No.3. p. 391. 3. Landy N.I., Sajuyigbe S., Mock J.J., Smith D.R. and Padilla W.J. Perfect Metamaterial Absorber// Phys. Rev. Lett. 2008. 100 207402 . 4. Mias C. and Yap J.H. A varactor-tunable high impedance surface with a resistive-lumped- element biasing grid // IEEE Trans. Antennas Propag, 55(7), 1955–1962, July 2007. 5. Zhu, Y. J. Feng, J. M. Zhao, C. Huang, and T.A. Jiang. Switchable metamaterial electro- magnetic waves//Appl. Phys. Lett. 97(5), 051906 (2010). УДК 621.9.022 КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ СТАТИКИ И ДИНАМИКИ ГЛОБУСНОГО СТОЛА 5-КООРДИНАТНОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО СТАНКА С ЧПУ Луговой В.В., Луговой В.П. Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Особую роль в машиностроительной отрасли принадлежит многокоординатным станкам с ЧПУ, неотъемлемым атрибутом которых явля- ются глобусные столы. Проведение последова- тельных натурных испытаний глобусного стола для оптимизации рациональной конструкции представляет длительную и дорогостоящую за- дачу. В связи с этим решение данной задачи ре- шается путем виртуальных испытаний с исполь- зованием компьютерных программ, позволяя ускорить процесс оптимизации конструкций глобусного стола. Наиболее приемлемым анали- тическим методом оценки жесткости и анализа прочностных характеристик машино-строитель- ных конструкций является метод конечных эле- ментов. Программный комплекс ANSYS позволил и позволил осуществить: - статический и динамический анализ кон- струкций; - определить собственные моды и резонанс- ные спектры вынужденных колебаний, а также смещений и напряжений по известным вибраци- онным спектрам; - провести динамический анализ переходных процессов и точный динамический анализ. Целью настоящих исследований является оп- тимизация конструкции типового глобусного стола и выявление конструктивных факторов, влияющих на его статическую и динамическую жесткость. . Рисунок 1 – Общий вид модели глобусного стола Глобусный стол предназначен для поворота закрепленной заготовки вокруг двух осей: верти- кальной и продольной горизонтальной. Он со- держит поворотный стол, вращающийся вокруг вертикальной оси и корпус, поворачивающийся вокруг продольной оси. Он представляет собой полую конструкцию, жестко сочлененную из центрольной круглой части и боковых кронштейнов, имеющих угловую прямоугольную форму. Механизм поворотного стола образует сборный узел, состоящий из поворотного стола, шагового двигателя и опоры качения. В результате конечно-элементного мо- делирования и экспериментальных исследований частот и форм собственных колебаний несущей системы 5-координатного стола станка с ЧПУ, выявлены 10 резонансных мод в диапазоне ча- стот до 1635 Гц. Установлено, что наибольшее снижение виброустойчивости стола возникает при действии вынужденных колебаний частотой Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 343 25-350 Гц. При этом во всем диапазоне стол ди- намически наиболее податлив при колебаниях в продольном направлении. Статический анализ конструкции стола пока- зал, что глобусный стол обладает необходимой жесткостью и прочностью при действии внеш- них сил в исследуемой области в пределах до 1000Н, так как величина перемещений от дей- ствия этих сил незначительна. Билли установ- лено, что наиболее податливыми деталями кон- струкции стола являются кронштейны, цен- тральная часть корпуса и поворотный стол. Установлено также, что податливость конструк- ции стола при его повороте на 90° зависит вели- чины приложенной внешней нагрузки: с увели- чением массы заготовки податливость стола смещается от планшайбы к подшипниковому узлу поворотного механизма. Модальный анализ позволил установить наличие двух диапазонов частот колебаний, вы- зывающих резонансные явления. Первый диапа- зон лежит в области колебаний до 500 Гц, второй при повышении частоты колебаний свыше 1000 Гц. Рисунок 2 - Картина суммарных перемещений в глобусном столе При этом колебания, действующие в первом диапазоне, возбуждают преимущественно изгиб- ные колебания элементов конструкции стола. Наибольшая податливость возникает в конструк- ции стола в области колебаний частотой 320 Гц. В области второго диапазона частот колебаний перемещения становятся локальными, меньшими по величине и потому не представляющими опа- сений в работе конструкции. Результаты расче- тов и анализ АЧХ подтвердил полученные ранее результаты. Гармонический анализ станка показал, что моды колебаний стола зависят от частот вынуж- денных колебаний. В результате расчетов и ана- лиза АЧХ стола в пределах частоты колебаний до 1600 Гц установлено наличие трех областей действия колебаний. В первой области в преде- лах частоты колебаний до 280 Гц наблюдается резкое увеличение амплитуды колебаний при повышении частоты. При дальнейшем увеличении частоты колебаний свыше 350 Гц наблюдается снижение уровня перемещений деталей стола, вызывающих при колебаниях частотой 750 Гц одновременные перемещения во всех координатных плоскостях. Высокочастотные колебания в третьей области диапазона частот вызывают некоторое повыше- ние локальных перемещений, сопровождаемые некоторым увеличением напряжений в кон- струкции. При повороте стола на 90° графики АЧХ имеют идентичный характер. Рисунок 3 – Модель резонансной моды колебаний стола (f=325Гц) Установлено, что стол динамически наиболее податлив в продольном направлении. Оптимиза- ция геометрии стола за счет введения дополни- тельных ребер жесткости в корпусе стола позво- лила обеспечить повышение жесткости стоек и зон в метах соединения с корпусом, снизить уро- вень напряжений в конструкции. Проведенный анализ глобусного стола 5-ти осевого вертикального обрабатывающего центра BYVER630 ОАО «СтанкоГомель» – холдинг «Белстанкоинструмент» и теоретические исследования позволяют сделать следующие выводы и рекомендации: 1. Используемая конструкция глобусного стола полностью соответствует требованиям прочно- сти, жесткости и виброустойчивости для уста- новленных на данном станке предельных режи- мов резания; 2. Модернизация станка, направленная на уве- личение скоростей резания и соответственно частоты вращения шпинделя должна быть со- пряжена усовершенствованием конструкции глобусного стола, с учетом того, что действие вынужденных колебаний в пределах частоты 250-350 Гц вызывает резонансные явления и снижение его вибрустойчивости в локальных зонах; 4. Дальнейшее усовершенствование конструк- ции глобусного стола для повышения вибро- устойчивости может быть достигнуто повыше- нием жесткости в полости кронштейнов привода поворота стола путем введения ребер жесткости в продольном и поперечном направлениях. 5. Технологические рекомендации для борьбы с автоколебаниями заключаются в подбор режи- мов резания, которые не должны превышать об- ласть частот колебаний 200 Гц. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 344 УДК 621.382.019.3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ИСПЫТАНИЯ СВЕТОДИОДОВ С МАЛЫМ ТЕЛОМ СВЕЧЕНИЯ Манего С.А.1, Терентьев А.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2РНПУП «Центр светодиодных и оптоэлектронных технологий» НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь Исследования проблемы эффективного кон- троля и диагностики состояния сложных свето- диодных устройств (СУ) являются чрезвычайно актуальными на современном уровне развития техники, поскольку существенный рост сложно- сти создаваемого оборудования и эксплуатация его в условиях напряженного режима функцио- нирования выдвигают качественно новые требо- вания к методам контроля и диагностики. Важ- ность решения указанной проблемы, к сожале- нию, подтверждается случаями катастро- фических отказов СУ, либо существенным снижение выходных параметров их свето- технических характеристик. Практика эксплу- атации различных СУ показывает, что при отсутствии специальных средств поддержки функционирования и контроля, основная часть времени восстановления затрачивается на поиск и локализацию отказов, увеличивая тем самым затраты на ремонт и обслуживание. С другой стороны, используемые в ряде производств традиционные методы и средства функци- онального контроля и диагностики СУ не всегда удовлетворяют современным требованиям по надежности и обеспечению длительности эксплуатации светотехнических устройств. Поскольку сложные СУ функционируют в стационарных и нестационарных режимах при множественном воздействии неконтролируемых, а зачастую и неизвестных факторов, то наиболее информативным их эмпирическим описанием представляются статистические данные о выбро- сах контролируемых параметров за допусковые зоны, предшествующие деграда-ционным изме- нениям, нарушающим нормал-ьное функциони- рование СУ. Следует отметить, что число таких данных ограничено, и используя их, требуется идентификация состояния СУ и принятие адек- ватного решения по его ремонту в условиях зна- чительной неопределенности. Таким образом наступает противоречие между необходимостью большого объема статистических данных и ми- нимизации неопределенностей, кроме того здесь не учитывают возможности того, что реальные состояния СУ могут быть неизоморфны значе- ниям контролируемых параметров. Для решения проблемы о состоянии СУ предлагается использовать метод предложенный в [1], понятие малая выборка. Где предлагается определение количественной оценки вероятно- сти выхода измеряемого параметра за допусти- мые зоны. Оценка строится на основе гипотезы о марковости процесса изменения состояния си- стемы. Испытания проводятся при малой вы- борке и при форсированных режимах. В последнее время применения малых выбо- рок при обработке результатов испытаний элек- тронных компонентов (ЭК) сужается [2]. Веду- щие фирмы (Motorola, ZILOG) изготовители ЭК при получении оценок надёжности используют большие выборки [3]. Прямое использование результатов испыта- ний в изложенном подходе не является возмож- ным из-за малой выборки. Действительно, как правило, отказы будут отсутствовать, прогноз теряет смысл. В работе [4] предлагается процесс изменения технических параметров системы свя- зать с FIT (число отказов за время EDH). А со- стояние системы представлять в виде конечного множества n-1 состояний. Элемент множества - квант состояния - характеризуется значениями технических параметров объекта. То есть про- цесс перехода из состояния в состояние пред- ставляется Марковским, а интенсивности пере- ходов можно представить в виде матрицы. Тогда решение системы перестаёт быть тривиальным, и подход может быть развит для практики. С целью исследования конструктивно-техно- логические проблем надежности светодиодов с малым телом свечения (СИД с МТС) и получе- ния объективной информация о надежности СИД с МТС, с учетом комплексного влияния всех воздействующих факторов, была проведена ко- личественная оценка степени малости выборки по результатам исследовательских испытаний. Для этого, предварительно, были проведены то- чечные оценки энергии активации Ea СИД с МТС, с помощью проведения двухступенчатых форсированных испытании. Используя методику определения величины Еa, которая позволяет контролировать выход за режим чрезмерного форсирования температуры испытаний светоди- одов с малым телом свечения, что обеспечивает неразрушающие испытания и автомодельность процессов старения при повышенных температу- рах испытаний. Для определения величины Eа мы воспользо- вались уравнением (1), то есть, находили две интенсивности СИД с МТС (LI < L2), соответствующие двум температурам Т1<Т2, Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 345 которые получены при последовательных ступенчатых испытаниях одной выборки изделий. Величина Eа определяется как тангенс угла наклона линейного графика зависимости Аррениуса. ( )2 1 1 2 ) ( 1 1 1 a ln L ln L E T Tκ − =   −    (1) Основное преимущество данного подхода в том, что основные исходные данные для расчета по (1), т.е. величины L1 и L2 получаются из экс- перимента, который выполняется при темпера- турах, значительно меньших температур испы- таний, необходимых для достижения заметного потока параметрических отказов. Величины средних скоростей деградацион- ного процесса при двух температурах T1=80 °С и T2=110 °С, определялись для двух выборок светодиодов с малым телом свечения, созданных на основе чипа ELC-645-29-20 фирмы EPIGAP Optoelectonik GmbH в корпусе КТ-1-4.04НБ, группа № 1 (20 шт.) и группа № 2 (20 шт.). Мощ- ность ультразвуковой волны приварки контакт- ных проволочных траверс была: для группы № 1 (1 сварка – 0,3875 Вт, 2 сварка – 0,0375 Вт). Для светодиодов группы № 2, сварка проводилась при мощностях: 1 сварка – 0,5125 Вт, 2 сварка – 0,2 Вт. длитель- ность наработки была – 1400 часов. За время ис- пытаний отказов не обнаружено. Для определе- ния энергии активации (двух групп СИД с МТС) были проведены ускоренные испытания при Т=20◦ С, 80 °С и 110 °С при Iн=1 мА и 10 мА. Длительность испытаний = 50, 500, 1400 ч. Из анализа люминесцентных данных была получена точечная оценка энергии активации (Еа) для све- тодиодов с малым телом свечения. Так, для све- тодиодов группы № 1– Еа=0,52 эВ, а для свето- диодов группы № 2 – Еа=0,48 эВ. Количественный анализ степени малости вы- борки (40 шт.) по результатам исследовательских испытаний светодиодов с малым телом свечения (чип ELC-645-29-20) проводился при следующих условиях: Температура в испытательной камере: T = 80 °С и 110°С; Ток накачки светодиодов: I = 10 мА; Напряжение питания: Vc = 1,9 В, Vc 0 =1,56 В; Время испытаний: t = 1400 ч; Число образцов: N = 40; Число отказов: n =0; Число квантов: 2; N0 (1) =15, N0 (2) =25; Уровень значимость вероятности отказа α =0,6; m1=0; m2=2; Энергия активации Ea = 0,5 эВ; Мощность рассеивания P = 200 мВт; Мощность рассеивания при номинальных режимах P0 =180 мВт; Тепловое сопротивление θ = 25 °С/Вт; Тепловое сопротивление при номинальных режимах θ0 = 15 °С/Вт; Коэффициент ускорения At = 40. Используя выше перечисленные условия ис- пытаний и предположение, что случайная вели- чина, распределена по закону χ2 (хи-квадрат), были получены следующие оценки параметров надежности светодиодов с малым телом свече- ния: экспериментальная интенсивность отказов FR = 2,61·10-6 1/ч; средняя наработка до отказа MTTF = 383140 ч; приведенное полное время испытаний EDH= 2240000 ч. Как видно из расчета, среднее время нара- ботки до отказа (MTTF) много меньше приве- денного времени испытаний (EDH), что позво- ляет считать выборку малой. Данная оценка ма- лости выборки по результатам ис- следовательских испытаний светодиодов поз- воляет оптимизировать условия и режимы ис- пытаний, т.е. повысить точность оценки качества испытуемых светодиодов. Таким образом, проведенный анализ позво- ляет оптимизировать технологический процесс создания СИД с малым телом свечения и степень малости выборки. 1. Гусев, А.В. Малые выборки при оценке работоспособности и надежности электронных компонентов. Часть 1 / А.В. Гусев, Э.А. Лидский, О.В. Мироненко // Chip news. – 2003. – № 1. – С. 44–48. 2. Rasmussen. An Introduction to Statistics with Data Analysis. Brooks / Cole, Pacific Grove, CA, 1992. 3. Silicon Bipolar Transistors, Reliability Data, HBFR-405, HBFR-420, HBFR-450, Life Test. 4. Лидский, Э.А. Оценка длительной работоспособности по результатам испытаний малой выборки / Э.А. Лидский, О.В. Мироненко // ВИНИТИ. – № 1753. – В2000. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 346 УДК 620.179.14 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБОРОВ ИМА ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЛИТЕЙНОГО ЧУГУНА Мельгуй М.А., Бурак В.А., Осипов А.А. Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси Минск, Республика Беларусь Импульсные магнитные анализаторы (ИМА) используются для неразрушающего контроля структуры металла при производстве ферромаг- нитных изделий [1, 2]. Однако ряд задач, возни- кающих в металлургии и промышленности, не решается приборами ИМА, которые в большин- стве случаев используют только один информа- тивный параметр - величину градиента остаточ- ного магнитного поля ∇H, поэтому разработаны и разрабатываются новые модификации прибо- ров типа ИМА, измеряющие не один, а не- сколько параметров, например, приборы ИМА-М [3, 4] и ИМА-6 [5]. Одной из таких задач, где применение одно- параметрового импульсного магнитного метода является затруднительным, является контроль чугуна. Чугуном называют железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода более 2 %. Чугун получают в процессе доменной плавки железной руды, при этом 85 % всего выплавленного чу- гуна приходится на передельный чугун [6], кото- рый направляют для дальнейшей переработки в сталь и около 15 % выплавленного чугуна при- ходится на литейный чугун [7], предназначенный для дальнейшей переплавки в чугунолитейных цехах при производстве чугунных отливок. В данной работе использован комплект об- разцов литейного чугуна с известными экспери- ментально определенными свойствами: с содер- жанием перлита от 20 % до 80 %; внешние раз- меры 140х75х57 мм3. Для исследования возможности контроля механических свойств чугунных отливок применялся прибор ИМА-М [3, 4]. Намагничивание и перемагничивание осуществлялось несколькими сериями импуль- сов разной амплитуды и полярности как нарас- тающих по величине, так и спадающих. Намаг- ничивающий соленоид и градиентометр распола- гались нормально к поверхности изделия. Измерения проводились на наибольшей из ров- ных поверхностей изделий. Для образцов были определены пять механи- ческих и структурных параметров: содержание перлита, временное сопротивление, удельный предел текучести, удлинение и твердость по Бринелю HB. Для каждого из этих параметров были построены линейные многопараметровые модели. Для каждого из двадцати многопарамет- ровых наборов моделей была выбрана модель с максимальным коэффициентом множественной корреляции R. Для оценки полученных многопа- раметровых моделей использовался F-критерий Фишера. Измерения шести параметров ∇Hrnm, ∇Hrns, ∇Hrn0, ∇Hrni, ∇Hrni, ∇Hrnmi петли аномального ги- стерезиса осуществлены при максимальной ам- плитуде импульсов Hm = 720 кА/м, обеспечива- ющей получение насыщенной петли. Для поиска оптимального режима частичного перемагничивания использованы режимы с раз- ным количеством размагничивающих импульсов i, изменявшимся от одного до четырех, и имев- ших амплитуду, равную 1/9 Hm. При каждом i измерены все шесть параметров петли. Резуль- таты расчета линейных многопараметровых мо- делей, связывающих механические характери- стики исследовавшихся чугунных отливок и па- раметры петли аномального гистерезиса, представлены на рисунках 1 и 2. Как видно из рисунка 1, при оптимальном режиме работы прибора расчетная величина i=3 предела прочности чугуна может быть опреде- лена по формуле из шести параметров, причем коэффициент корреляции R = 0,974, а средне- квадратическое отклонение Sn = 20,9 МПа. Рисунок 1 – Корреляция между расчетной величиной предела прочности σвр, измеренной с помощью прибора ИМА-М, и экспериментальной величиной σв Из рисунка 2 следует, что при оптимальном режиме перемагничивания i=3 оптимальной формулой для вычисления расчетной величины предела текучести является также формула из шести параметров, причем коэффициент корре- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 347 ляции расчетной величины σтр с эксперимен- тальной R = 0,985, а среднеквадратическое от- клонение Sn = 9,47 МПа. Было установлено, что при выборе уровня значимости равным 1 % F-критерий Фишера выполнялся только для содержания перлита, временного сопротивления и удельного предела текучести (результаты расчета для удельного предела текучести представлены на рисунке 2). Рисунок 2 – Корреляция между расчетной величиной предела текучести σтр, измеренной с помощью прибора ИМА-М, и экспериментальной величиной σт Для всех пяти измеренных параметров F-кри- терий Фишера выполнялся только для уровня значимости 5 % и более. В случае твердости по Бринелю HB (рисунок 3) невыполнение данного критерия связано, предположительно, с малой точностью измерений данной величины, по- скольку для пяти образцов получены одинаковые значения. Рисунок 3 – Корреляция между расчетной величиной твердости HBв, измеренной с помощью прибора ИМА-М, и экспериментальной величиной HB Аналогичные результаты получены и для со- держания перлита (рисунок 4), однако, в этом случае таких изделий с одинаковыми значениями параметра меньше (четыре) и влияние их на про- веденный расчет по многопараметровой модели мало, поэтому F-критерий Фишера выполнялся при выборе уровня значимости равного 1 %. Рисунок 4 – Корреляция между расчетным содержанием перлита, измеренным с помощью прибора ИМА-М, и его экспериментальным значением 1. Мельгуй, М.А. Магнитный контроль меха- нических свойств сталей / М.А. Мельгуй. – Минск: Наука и техника, 1980. – 184 с. 2. Михеев, М.Н. Связь магнитных свойств со структурным состоянием вещества - физиче- ская основа магнитного структурного анализа / М.Н. Михеев, Э.С. Горкунов // Дефектоско- пия. – 1981. – № 8. – С. 5-21. 3. Мельгуй, М.А. Многопараметровые методы магнитной структуроскопии и приборы для их реализации. Ч.1. Многопараметровая маг- нитная структуроскопия с использованием параметров петли магнитного гистерезиса в замкнутой магнитной цепи электромагнит- изделие. Обзор. / М.А. Мельгуй // Дефекто- скопия. – 2015. – № 2. – С. 27-34. 4. Мельгуй, М.А. Многопараметровые методы магнитной структуроскопии и приборы для их реализации. Ч.2. Импульсный магнитный многопараметровый метод и прибор ИМА-М для его реализации / М.А. Мельгуй // Дефек- тоскопия. – 2015. – № 3. С. 11-20. 5. Матюк, В.Ф. Импульсный магнитный анали- затор ИМА-6 / В.Ф. Матюк, В.А. Бурак, А.А. Осипов, Д.А. Пинчуков // Дефектоскопия. – 2009. – № 7 – С. 62–74. 6. ГОСТ 4832-95. Чугун литейный. Техниче- ские условия. 7. ГОСТ 4832-95. Чугун литейный. Техниче- ские условия. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 348 УДК 616-77, 681.2 СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ПРОВОЛОКЕ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА Минченя В.Т., Савченко А.Л., Минченя Н.Т. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В настоящее время в Республике Беларусь имеется и все возрастает потребность в расход- ных материалах для сосудистой хирургии. Это связано с ростом сердечно-сосудистых патоло- гий и появлением новых методик их лечения. Такие методики связаны с использованием спе- циальных эндопротезов и других изделий, вы- полненных из нитинола – стентов, стентграфтов, клапан-содержащих стентов, фильтров-ловушек и др. Все эти изделия представляют достаточно сложные по форме пространственные структуры, получаемые гибкой из нитиноловой проволоки с использованием дополнительных операций сварки, соединения пластическим деформирова- нием с помощью трубок. На настоящий момент такие изделия в Республике Беларусь практиче- ски не производятся, а иностранные образцы имеют крайне высокую стоимость, что делает операции с их использованием недоступным ши- роким массам пациентов. Разработка технологии формообразования нитиноловых структур позво- лит внедрить их в производстве импортозаме- щающих аналогов медицинских изделий. Никелид титана (нитинол) – интерметаллид из никеля (45%) и титана (55%). Обладает высо- кой коррозионной и эрозионной стойкостью, высокой пластичностью. Механические характе- ристики: предел прочности σв = 770…1100 МПа; предел текучести σт = 300…500 МПа. Поверх- ность нитиноловых элементов, как и у элементов из многих титановых сплавов, покрыта диокси- дом титана, что обеспечивает их высочайшую коррозионную стойкость к воздействию агрес- сивных сред, в том числе биологических жидко- стей. Наиболее интересным свойством нитинола, благодаря которому его используют в кардиохи- рургии является эффект памяти формы [1] Однократным эффектом памяти формы назы- вается явление однократного восстановления первоначальной формы сдеформированного сплава, обусловленное изменением его фазового состояния вследствие увеличения температуры. Многократным эффектом памяти формы называется явление многократного восстановле- ния первоначальной формы сдеформированного сплава, обусловленное изменением его фазового состояния вследствие изменения температуры при нагреве или охлаждении. Из нитиноловой проволоки выполняют мно- жество разнообразных изделий, используемых в кардиохирургии. К основным разновидностям нитиноловых эндопротезов относят стенты, стент-графты, фильтры-ловушки, окклюдеры, скобы, клипсы и т. д. Многие из них в рабочем состоянии представляют собой сложные про- странственные структуры. Пример окклюдера из нитиноловой проволоки приведен на рис. 1 Рисунок 1 Изделия в сложенном состоянии достав- ляются в кровеносные сосуды по месту уста- новки, где под действием температуры тела приобретают ранее запомненную форму. При этом воспроизведение заданной формы может затрудняться из-за наличия дефектов кристаллической решетки и материала (поры, раковины и т. п.). В местах расположения дефектов проволока изгибается в совершенно ненужных местах. поэтому имеется необхо- димость использовать для изготовления эн- допротезов отрезки проволоки свободные от дефектов. Это актуально даже для изделий относительно простой формы, которые, тем не менее, должны приобретать требуемую конфигурацию. В ходе ранее проводимых исследований [2] было отмечено, что под действием уль- тразвуковых колебаний стержневые элементы из нитинола деформируются в местах расположения дефектов материала. Так как в готовых изделиях наличие дефектов может привести к появлению искажений ранее за- помненной формы, рекомендуется проводить отбраковку сортамента с целью исключения дефектных участков. Отбраковка может про- изводиться возбуждением в нитиноле ультра- звуковых колебаний и визуальным или ин- струментальным наблюдением деформаций. В ходе исследований предполагается воз- буждать ультразвуковые колебания в отрезках проволоки, для чего проволока крепится к концентратору ультразвукового пребразователя, питаемого от генератора. В зависимости от длины проволоки и расположения дефектов Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 349 такая акустическая система будет иметь несколько резонансных частот. Изменяя частоту возбуждения ультразвукового генератора, можно настраивать систему в резонанс, соответствующий каждому отдельному дефекту. При этом в местах расположения дефектов можно наблюдать возникающие за счет эффекта памяти формы деформации или регистрировать изменения механических напряжений в материале. Может быть использована как визуальная, так и инструментальная оценка наблюдаемых эффектов. Рисунок 2 – Схема исследования Испытываемая проволока 1 закрепляется на концентраторе 2 ультразвукового преобразова- теля 3, который установлен в кронштейне 4. Де- формации в местах расположения дефектов наблюдаются визуально в виде изгибов. Для инструментальной оценки качества про- волоки было предложено использовать вихрето- ковый датчик в виде плоской катушки с цен- тральным отверстием (рисунок 3). При измерении исследуемая проволока про- ходит через центральное отверстие катушки. Ка- тушка перемещается вдоль проволоки, в которой возбуждаются ультразвуковые колебания (рис. 4). Выходной сигнал датчика изменяется в ме- стах максимумов и минимумов механических напряжений, а также в местах дефектов. Рисунок 3 Рисунок 4 Работа выполнена благодаря финансовой поддержке в рамках подпрограммы «Материалы в технике», задание № 3.2.08 1. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения / В.Э. Гюнтер и др. – Томск: Изд. МИЦ, 2006. – 296 с. 2. Разработать физические модели безшар- нирных механизмов с пьезоэлектрическим приводом, в том числе с использованием ма- териалов с эффектом памяти формы, и прин- ципы управления ими в изменяющихся и не- определенных условиях внешней среды : от- чет о НИР (заключительный) : 09-46 / Белорусский национальный технический университет; рук. Минченя В. Т., исполн. Минченя Н.Т. [и др.]. – Минск, 2010. – 106 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 350 УДК 535.317 ТЕРМОАБЕРРАЦИИ В ИНФРАКРАСНЫХ ДИОПТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТИВАХ И ИХ КОМПЕНСАЦИЯ Муравьёв А.В. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени И. Сикорского» Киев, Украина Инфракрасные (ИК) оптические системы по- лучают все более широкое распространение, как в гражданской, так и в военной сферах примене- ния тепловизионной аппаратуры. Эксплуатаци- онные требования к данной технике обязательно включают температурный диапазон работы при- боров, который может достигать значений от - 50ºС до +60ºС. Качество изображения объективов оптико- электронных приборов (ОЭП) определяется ме- рой исправления аберраций и условиями работы. Изменение температуры окружающей среды приводит к появлению термоаберраций в изоб- ражении оптической системы [1]. Особенно су- щественно влиянию этого фактора подвержены диоптрические ИК объективы, что обусловлено высокой температурной зависимостью свойств оптических материалов, прозрачных в этой обла- сти спектра. Воздействие температуры может привести к значительному ухудшению качества изображения ИК объектива, что обусловлено следующими факторами: − изменением радиусов кривизны и формы оптической поверхности линз (сферические поверхности в ряде случаев становятся асфери- ческими); − изменением габаритных размеров линз (осе- вых толщин и диаметров); − изменением преломляющих свойств оптиче- ских материалов; − возникновением внутренних напряжений компонентов оптической системы, что приведет к деформациям и возникновению эффекта дву- лучепреломления. Основным параметром оптического матери- ала, характеризующим степень зависимости его свойств от температуры, является термооптиче- ская постоянная Vt, которая определяется следу- ющим образом [2]: , 1 α β λ λ − − = n Vt где βλ – коэффициент температурного прира- щения показателя преломления для длины волны излучения λ; α – температурный коэффициент линейного расширения материала; nλ – показатель преломления материала на длине волны λ. Выполнить анализ влияния температуры на аберрационные свойства и качество изображения оптической системы с высокой точностью поз- воляют современные системы автоматического проектирования (САПР). Одним из таких про- граммных пакетов является САПР Zemax, даю- щая возможность провести математическое мо- делирование с учетом нелинейности зависимости характеристик оптических материалов от темпе- ратуры и длины волны излучения. Типичным оптическим материалом для ИК объективов является германий, обладающий ши- роким спектральным диапазоном пропускания излучения, простотой технологической обра- ботки и хорошими механическими качествами. Однако наряду с этим свойства данного матери- ала обладают чрезвычайной зависимостью от температуры, на порядок более существенной, чем у материалов видимого диапазона спектра и в разы превышающими значения Vt для боль- шинства ИК материалов. Для исследования закономерностей проявле- ния термоаберраций изображения проведен ана- лиз ряда диоптрических ИК объективов [3]. Рас- смотрим результат такого анализа на примере типичного германиевого объектива [4], имею- щего следующие основные характеристики: угол поля зрения 2ω = 25°, фокусное расстояние f' = 38,55 мм, относительное отверстие 1:0,75, спек- тральный диапазон работы 8-14 мкм. Качество изображения оптической системы характеризу- ется минимальными аберрациями и разрешаю- щей способностью близкой к дифракционному пределу в случае, когда плоскость анализа сов- падает с параксиальной фокальной плоскостью. При повышении температуры объектива с 20°С до 60°С положение этой плоскости изменится вследствие терморасфокусировки, которая со- ставит 190 мкм. Это приведет к тому, что при условии отсутствия в конструкции фотоприем- ного узла устройства автоматической компенса- ции терморасфокусировки разрешающая способ- ность оптической системы снизится в три-четыре раза. Подробную информацию о результатах ана- лиза влияния температуры на аберрационные характеристики объектива содержит таблица 1. Приведенные значения радиуса кружка рассея- ния представляют собой среднеквадратическую величину для заданных длин волн, а значения аберрации кома взяты при максимальном раз- мере кружка рассеяния. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 351 Таблица 1. Значения аберраций германиевого объектива при температурах 20 и 60 °С Т ем пе ра ту ра , ° С λ, мкм С ф ер ич ес ка я пр од ол ьн ая , м м Радиус кружка рассеяния, мкм Астигматизм, мм Кома, мкм Д ис то рс ия , % Х ро м ат из м по ло ж ен ия , м км Х ро м ат из м ув ел ич ен ия , м км на оси на краю Lm Ls 20 8 0,002 9,452 22,531 -0,038 -0,029 ∆x'=29,08 ∆y'=24,9 -2,434 57,34 -20,39 11 0,039 0,004 0,009 14 0,061 -0,028 0,03 60 8 -0,19 9,73* 38,810 22,65* 75,825 -0,256 -0,224 ∆x'=126,5 ∆y'=68,27 -2,376 57,26 -20,51 11 -0,152 -0,213 -0,186 14 -0,32 -0,189 -0,165 *Значения определены по отношению к параксиальной фокальной плоскости исследуемой системы. Проведенный анализ позволил установить, что наиболее существенно при температурном воздействии в диоптрическом ИК объективе из- меняется продольная сферическая аберрация. При изменении температуры в такой оптической системе всего на несколько десятков градусов произойдет существенное снижение качества изображения даже для объектива с высокой сте- пенью минимизации аберраций. Однако характер зависимость полевых аберраций от радиуса входного зрачка или угла поля зрения системы останется неизменным. Следовательно, при тер- мостабилизации заднего фокального отрезка оп- тической системы все термоаберрации также будут скомпенсированы. Компенсация терморасфокусировки воз- можна при использовании термокомпенсаторов активного или полуактивного типов. На данный момент наиболее популярным является приме- нение шаговых электродвигателей для автомати- ческого перемещения фотоприемного устройства и ручная юстировка элементов объектива. Од- нако если первый вариант существенно услож- нит конструкцию фокусирующего узла фотопри- емного устройства, то второй может быть в принципе не возможен при определенных усло- виях эксплуатации ОЭП. Проблема термостабилизации заднего фо- кального отрезка также может быть решена при разработке атермализованных ИК объективов, когда в ходе синтеза оптической системы для её компонентов подбираются материалы с разными знаками термооптической постоянной для вза- имной компенсации терморасфокусировки от- дельных линз. Разработанные методы пассивной оптической атермализации [5, 6] позволяют синтезировать композиции ИК объективов со стабилизирован- ными в широком температурном диапазоне ха- рактеристиками и высоким качеством изображе- ния. К преимуществам использования данных методов можно отнести: простоту конструкции, надежность, отсутствие подвижных деталей, ми- нимизацию массы и габаритов объектива. В ходе атермализации оптической системы происходит одновременная компенсация аберраций изобра- жения. Единственным недостатком методов пас- сивной оптической атермализации является необходимость использования минимум двух оптических материалов в конструкции ИК объ- ектива. 1. Jamison, T.H. Thermal effects in optical systems / T.H. Jamison // Opt. Eng. – 1981. – Vol. 20. – P. 156-160. 2. Кучеренко, О.К. Влияние температуры на терморасфокусировку фокусирующего узла в инфракрасных системах / О.К. Кучеренко, А.В. Муравьёв, В.Н. Куцурук // Вісник НТУУ „КПІ”. – сер. Приладобудування. – 2010. – вип. 40. – С. 32-37. 3. Кучеренко, О.К. Вплив температури на абераційні властивості ІЧ-об'єктивів / О.К. Кучеренко, О.В. Муравйов, Д.О. Остапенко // Наукові вісті НТУУ „КПІ”. – 2013. – №1. – С. 99-105. 4. Сокольский, М.Н. Светосильный объектив для инфракрасной области спектра / М.Н. Сокольский, И.Е. Совз. – Патент России № 2449327. – 2010. 5. Тягур, В.М. Пассивная оптическая атермализация инфракрасного трехлинзового ахромата / В.М. Тягур, О.К. Кучеренко, А.В. Муравьёв, // Оптический журнал. – 2014. – том 81. – №4. – С. 42-47. 6. Кучеренко, О.К. Ахроматизація та атермалізація об'єктивів інфрачервоної техніки / О.К. Кучеренко, О.В. Муравйов, В.М. Тягур // Наукові вісті НТУУ „КПІ”. – 2012. – №5. – С. 114-117. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 352 УДК 621.396 (024) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ Новицкий А.А., Шахлевич Г.М., Романов А.В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск, Республика Беларусь Метод триангуляционных измерений, доста- точно ограниченно применявшийся ранее, стано- вится все более распространенным по мере раз- вития микроэлектроники и лазерной техники. Оптико-электронные приборы для бесконтакт- ного измерения и контроля положения, переме- щения, размеров, профиля поверхности изделий, их деформации, вибрации, сортировки, распо- знавания технологических объектов, измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов, ис- пользующие принцип оптической триангуляции, называются триангуляционными датчиками [1]. Триангуляция – это определение взаимного расположения точек на поверхности при помощи построения сети треугольников. Метод позво- ляет измерять как относительное изменение рас- стояния от датчика до контролируемого объекта, так и абсолютную его величину. Причем контро- лируемое расстояние может иметь масштаб от долей микрометра до тысяч метров [2]. При тех- нических измерениях лазерный луч в форме пятна малого диаметра падает на поверхность объекта, детектор системы определяет его пози- цию. Расстояние вычисляется по изменению угла α (рисунок 1). Диапазон измерения и точность в основном зависят от расстояния до объекта. Вблизи датчика интервалу измерений соответ- ствует большее изменение угла (α1 и α2 на ри- сунке 1), то есть большая точность. Рисунок 1 – Схема измерения триангуляционным датчиком Излучательный канал триангуляционного датчика состоит из источника излучения (как правило, лазерный диод) и объектива, который формирует на контролируемой поверхности зон- дирующий гауссовый пучок света требуемого диаметра. Каждая поверхность имеет свойство отражать или рассеивать падающее излучение. Рассеяние излучения поверхностью объекта ис- пользуется в триангуляции как физическая ос- нова для получения информации о расстоянии до этой поверхности. Как правило, точность изме- рения обратно пропорциональна шероховатости контролируемой поверхности. Приемный канал состоит из проецирующего объектива и фото- приемника. Проецирующий светосильный объ- ектив формирует изображение зондирующего пятна в плоскости фотоприемника. В качестве последнего используются фотодиодные или ПЗС матрицы. В высокоскоростных устройствах – позиционно-чувствительные датчики или фото- чувствительные КМОП матрицы [3]. Приемное устройство взаимодействует с микроконтроллером, который анализирует рас- пределение света на элементе, вычисляет точный угол и из него расстояние до объекта. Комбинация фотодиодной матрицы и микро- контроллера позволяет уменьшить влияние не- желательных отражений и обеспечивает надеж- ный результат даже на самых критичных по- верхностях. Датчик автоматически адаптируется к цвету поверхности путем изменения внутрен- ней чувствительности. Таким образом, влияния связанные с цветом объекта почти исключены. Интегрированный цифровой выход активизиру- ется каждый раз, когда датчик не получает до- статочно света (загрязнение сигнала), или в из- меряемом диапазоне нет объекта [4]. Разработчиком и производителем оптоэлек- тронных приборов и систем для измерения гео- метрических величин в Беларуси является фирма RIFTEK [5]. На базе триангуляционный датчика RF603 (рисунок 2) на ней создано 26 моделей устройств с измерительным диапазоном от 2 до 1250 мм. Лазерный излучатель 1 (рисунок 3) создает световую метку на поверхности объекта 6. Изоб- ражение световой метки проецируется на пози- ционно-чувствительный фотоприемник 4. При изменении расстояния от датчика до объекта происходит перемещение изображения световой метки в плоскости фотоприемника. Микропро- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 353 цессор 5 производит вычисление координат изображения и расстояние до объекта. В про- цессе измерений производится динамический контроль мощности отраженного света и подав- ление фоновых засветок. Рисунок 2 – Внешний вид датчика RF603 Рисунок 3 – Принципиальная схема датчика RF603 Также компания занимается комплексным ре- шением задач контроля и автоматизации – от первичных преобразователей до много-функцио- нальных измерительных и управляющих систем. Примеры использования датчиков RF603: 1. Биение валов и других тел вращения. Точ- ность измерения 0,1-0,005 мм. 2. Перемещение объекта относительно датчика. Точность измерения 1,0-0,05 мм. 3. Построение 3D–модели (профиля объекта) с помощью специализированных программ. Точность измерения 1,0-0,05 мм. 4. Толщина/ширина изделия. Датчики располагают и калибруют в одной системе координат. Точность измерения 0,.5-0,01 мм 5. Сортировка объектов. Датчики применя- ются в автоматических сортировочных линиях (пример, сортировка конструктора LEGO) или специальных измерительных стендах. Точность измерения 0,5-0,01 мм 6. Размеры объекта. При перемещении детали (изделия) бесконтактно определяются его размеры. Точность измерения 1,0-0,05 мм 1. Игнатов, А.Н., Оптоэлектронные прибо-ры и устройства // Экотрендз, Москва, 2006. 2. Венедиктов, А.З. Основные принципы построения оптико-электронных систем триангуляционных измерителей. Вестник РГРТА. Вып.15, 2004.-С.45-51. 3. Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы. – М.: Техносфера, 2012.– 1008 с. 4. Меркишин, Г.В. Многооконные оптико- электронные датчики линейных размеров. – М.: Радио и связь. - 1986. - 168 с. 5.http://riftek.com. – триангуляционные датчики. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 354 УДК 67.02: 621.77:621.762.8 РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ Павленко Д.В. Запорожский национальный технический университет Запорожье, Украина В современных экономических условиях раз- витие таких наукоемких и технологичных отрас- лей промышленности как приборо-, агрегато-, авиа- и ракетостроение, а также машино- элек- тромашиностроение и ряда других, невозможно без применения новых материалов и технологий. С одной стороны высокотехнологичные отрасли промышленности нуждаются в новых материа- лах, обладающих улучшенными характеристи- ками. С другой стороны новые материалы должны отличаться низкой себестоимостью по- лучения, что позволит снизить себестоимость производства изготавливаемых из них изделий. Наряду с развитием новых low-cost материалов, получаемых путем замены дорогих легирующих элементов более дешевыми аналогами [1], не менее важным аспектом является снижение сто- имости их получения [2]. Одним из перспектив- ных путей развития данного направления явля- ется использование технологий, основанных на методах порошковой металлургии. Хорошо из- вестно, что порошковая металлургия позволяет получать заготовки деталей машин с высоким коэффициентом использования материала, а также заготовки, химический состав которых трудно, а иногда и не возможно, получить путем традиционной технологии переплава − из псев- досплавов. Следует отметить, что получение псевдосплавов, обладающих уникальным соче- танием потребительских свойств, является необ- ходимым в различных отраслях промышленно- сти, Несмотря на то, что псевдосплавы уступают большинству армированных композитов по прочности, они обладают рядом других ценных характеристик (демпфирующей способностью, износостойкостью, способностью к само смазы- ванию при трении, теплостойкостью, дугостой- костью, магнитной проницаемостью, биосовме- стимостью и др.), которые определяют их ши- рокое применение. Немаловажным достоинством технологий порошковой металлургии для прибо- ростроения является также возможность мелко- серийного производства заготовок оригинальных по химическому составу и, как следствие, свой- ствами. Однако, несмотря на неоспоримые преиму- щества, а также достаточно хорошо развитую теорию и практику порошковой металлургии, применение деталей синтезированных из порош- ков в конструкции ответственных и нагружен- ных элементах машин весьма ограничено. Это связано с основными известными их недостат- ками - остаточной пористостью, негомогенно- стью химического состава и, как следствие, не- высоким уровнем прочности и пластичности. Перспективной ресурсосберегающей техно- логией получения новых материалов является технология, сочетающая в себе методы порош- ковой металлургии и интенсивной пластической деформации (ИПД). Разработанная технология включает в себя такие технологические операции как приготовление порошковой смеси заданного химического состава, компактирование загото- вок путем холодного прессования, консолида- цию частиц порошков путем вакуумного спека- ния, ИПД заготовок методом винтовой экструзии и дальнейшую термическую обработку, обра- ботку давлением и резанием с целью формообра- зования основных поверхностей детали. При этом, в отличии от традиционного назначения технологий порошковой металлургии направ- ленных на снижение стоимости деталей за счет высокого коэффициента использования матери- ала заготовки и, как следствие, сведения к мини- муму необходимости механической обработки, разработанная технология направлена на полу- чение компактных полуфабрикатов сложнолеги- рованных сплавов по уровню свойств не усту- пающих деформированным полуфабрикатам по- лучаемых путем переплава и последующей деформационной обработки. Исключение необ- ходимости переплава (для титановых сплавов многостадийного вакуумного переплава) и син- тез путем твердофазного спекания позволяет с одной стороны получать псевдосплавы, а с дру- гой стороны значительно снизить себестоимость получаемых полуфабрикатов. Основные задачами, которые были решены при разработке новой технологии связаны с оп- тимизацией режимных параметров на всех эта- пах технологического процесса. Так,. на этапе подготовки порошковой смеси, учитывая раз- личные свойства и фракционный состав порош- ков легирующих элементов, разработан способ их введения, оптимизирован фракционный со- став, а также режимы смешивания. Установлено, что на данном этапе часть легирующих элемен- тов рационально вводить в виде порошков от- дельных металлов, а часть – в виде порошков комплексной лигатуры. На этапе холодного прессования и спекания основами задачами яв- лялись режимные параметры процессов при ко- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 355 торых с одной стороны обеспечивается доста- точная прочность и гомогенность заготовок, а с другой – низкие затраты энергетических ресур- сов. Увеличение давление прессования, напри- мер, способствует повышению прочности прес- совок, но одновременно приводит и к интенси- фикации процессов износа технологической оснастки. Увеличение времени и температуры спекания способствует протеканию процессов диффузии и гомогенизации химического состава, однако сопровождается ростом зерен и затрат энергетических ресурсов. На этапе ИПД, являющимся ключевым в раз- работанной технологии, были оптимизированы как режимные параметры процесса (температура заготовки, ее геометрия. степень и скорость де- формации и др.), так и выбран наиболее рацио- нальный способ деформации. Учитывая, что ос- новной задачей ИПД является многократная де- формация заготовки без ее формоизменения и разрушения, установлено, что для спеченных заготовок наиболее рациональным является при- менение метода винтовой экструзии [3]. Особен- ностью винтовой экструзии являются возмож- ность высокой степени деформации заготовки в одном цикле. При этом, за счет приложения к переднему торцу заготовки противодавления, в процессе обработки в очаге деформирования обеспечивается высокой уровень гидростатиче- ского компоненты тензора напряжений , что поз- воляет обрабатывать малопластичные материалы без разрушения (рис. 1). а б в г P – давление прессования; Р0 – противодавление; τ - касательные напряжения. Рисунок 1 − Схема уплотнения спеченных заготовок винтовой экструзией (а) и макроструктура спеченных заготовок после одного (б) двух (в) и трех (г) циклов деформации винтовой экструзией Основными задачами, которые были решены на этапе ИПД спеченных заготовок являлись уплотнение (устранение пористости и других макродефектов), формирование субмикрокри- сталлической структуры материала и гомогени- зация химического составам во всем объеме за- готовки. Первые две из них решаются путем накопления в заготовке больших деформаций, что обеспечивается многоцикловой обработкой. Установлено, что рациональным является 5 цик- лов деформации. Гомогенизация обеспечивается за счет возникновения в поперечном сечении деформируемой заготовки множественных вих- рей способствующих протеканию процессов массопереноса и перемешивания [4]. Исследования полуфабрикатов сложнолеги- рованных титановых сплавов типа ВТ3-1. ВТ6 и ВТ8 полученных по разработанной технологии показали, что она позволяет получать компакт- ные полуфабрикаты обладающие субмикрокри- сталлической структурой, обеспечивающей хо- рошо известный эффект повышения комплекса свойств материала [5]. При этом себестоимость полуфабрикатов в 2…2,2 раза ниже по сравне- нию с деформированными полуфабрикатами титановых сплавов получаемых по традицион- ной технологической схеме переплава [6]. Таким образом разработанная ресурсосбере- гающая технология позволяет получать полу- фабрикаты сложнолегированных сплавов раз- личного состава для широкого круга отраслей промышленности с высоким уровнем свойств при относительной низкой себестоимости. 1. Рябцев А.Д. .Получение титана повышен- ной прочности путем легирования кислоро- дом в процессе камерного электрошлакового переплава / А.Д. Рябцев, С.И. Давыдов, А.А. Троянский и др. // Электрошлаковая технология, − 2007 − №3. − С. 3-6. 2. Ивасишин О.М., Шпак А.П., Д.Г. Саввакин Экономичная технология получения титано- вых деталей методом порошковой металлур- гии // Титан. – 2006. − №1. − С .31-39. 3. Бейгельзимер Я.Е, Варюхин В.Н,. Ор- лов Д.В и др. Винтовая экструзия – процесс накопления деформации Донецк: Фирма ТЕАН, 2003 – 87 с. 4. Pavlenko D.V., Beygelzimer Y. E Vortices in Noncompact Blanks During Twist Extrusion // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2016. − February. − P. 1-8. 5. Pavlenko D.V, Ovchinnikov А. V. Effect of Deformation by the Method of Screw Extrusion on the Structure and Properties of VТ1-0 Alloy in Different States // Materials Science. − 2015 − Vol. 51, Issue 1 − P. 52-60. 6. Павленко Д.В. Альтернативные схемы технологического процесса получения полу- фабрикатов для лопаток ГТД методами по- рошковой металлургии // Технологические системы. − 2014 − №4 − С. 51-57. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 356 УДК 620.130 МЕТОДЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ КОНТРОЛЕ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ ИЗ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ Павлюченко В.В., Дорошевич Е.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Дискретизация процесса записи магнитного поля осуществляется путем разбиения плоского датчика на отдельные фрагменты, каждый из которых несет информацию о поле. Эти фраг- менты могут быть выполнены в виде полос и участков другой формы. Из магнитного носителя изготавливали дискретные датчики в виде парал- лельных магнитных полос равной ширины, укрепленных на гибкой диэлектрической немаг- нитной основе [1]. Преимущественное направ- ление намагничивания датчика было в его плоскости, так что на датчик производили за- пись тангенциальной составляющей Нτm. Скани- рование датчика индукционной магнитной го- ловкой (МГ) осуществляли в направлении, пер- пендикулярном осям магнитных полос. Выход МГ был подключен к входу цифрового осцилло- графа, соединенного с монитором. Измеряли величину индуцированного головкой электриче- ского напряжения U, по которой в соответствии с градуировочными характеристиками датчика находили распределение Нτm. .Величина пиков U от краев магнитных полос пропорциональна ве- личине H. Ширина магнитных полос составляла 2·10-4 м и 3·10-4 м. Датчики могут быть изготов- лены из магнитооптической пленки, флюкс-де- текторов и других материалов. Так как при считывании сигнал возникает от обоих краев магнитных полос с разной поляр- ностью, то амплитуда сигнала удваивается. Сиг- нал является двухполярным с определением нулевого уровня и получаемые распределения U во времени являются симметричными, что по- вышает возможности визуальной или автомати- ческой обработки информации. Точность изме- рения магнитного поля также значительно по- вышается вследствие большой крутизны обратного участка гистерезисной зависимости U(H). Воздействуем на дискретный носитель по- следовательно тремя разнополярными импуль- сами поля с убывающей амплитудой. Ось излу- чателя импульсного магнитного поля парал- лельна магнитным полосам. Положение проекции оси излучателя магнитного поля соответствует минимуму сигнала U(t) в момент времени t1max = 1,7·10 -3с. В результате получаем распределение U(t), изображенное на рисунке 1 и содержащее четыре максимума в точках t1max = 5,8·10 -4с, t2max = 1,3·10 -3с, t3max = 1,9·10 -3с, t4max = 2,6·10 -3с и пять минимумов t1min = 0, t2min = 8·10 -4с, t3min = 1,7·10 -3с (соответствует положению оси излучателя импульсного магнитного поля, нулевой минимум), t4min = 2,4·10 -3с, t5min = 2,9·10 -3с. Впервые получе- ны картины упорядоченных распределений остаточных магнитных полей на носителе и распределений U(t). По аналогии с интерференцией волн можно ввести понятия максимумов и минимумов ин- терференции. Под осью линейного излучателя находится нулевой максимум или нулевой ми- нимум. Порядок максимума или минимума определяем по тому, сколько раз на соответ- ствующем ему участке датчика произошло пе- ремагничивание. Тогда на рисунке 1 имеем два максимума второго порядка (1,3·10-3с 1,9·10-3с) и два максимума первого порядка, нулевой мини- мум третьего порядка (1,7·10-3с), два минимума второго порядка (8 ·10-4с, 2,4·10-3с), два мини- мума первого порядка. Использование впервые полученной дискретизации позволяет повысить точность измерения магнитных полей в 2-5 и более раз. Осуществить измерения можно с помощью одного импульса сложной формы (ри- сунок 2) с получением зависимости U(t) (рисунок 3). На пластину из алюминия [2] воздействовали импульсом магнитного поля со временем нарастания tmax.. Воздействие на носитель тремя импульсами поля Рисунок 1 - Зависимость U(t), воспроизведенная МГ Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 357 Увеличение толщины пластины с 1·10-4 м до 1,3·10-4 м приводит к увеличению Нτm вблизи поверхности пластины из алюминия в 1,15 раза. Это соответствует увеличению U(t) с 8,2·10-2 В до 8,8·10-2 В. Тогда в пересчете на диапазон ре- гистрации с верхним пределом 6·10-2 В полу- чаем, что диапазон измерения составляет 4,5·10-3 В. При измерении предложенным способом диапазон измерений равен 5,9·10-2 В (нулевой максимум второго порядка при t =1·10-3 с на рисунке 3, равный 5,9·10-2 В, нулевой минимум второго порядка при t =1·10-3с, равный нулю для толщины 1·10-.4 м). Отношение пределов допускаемой относительной погрешности δ в данном случае равно отношению обратных величин их диапазонов регистрации сигналов (4,5·10-3 В и 5,9·10-2 В). Точность измерений повысилась в 13 раз. Оптические изображения полученных фигур сравнивали с оптическими изображениями эта- лонных объектов, по которым идентифициро- вали свойства контролируемого объекта. Метод позволяет контролировать толщину и разнотол- щинность объекта, параметры дефектов сплош- ности в нем, динамическую магнитную прони- цаемость μ, удельную электропроводность σ и их распределение в объекте. Проведены теоретические расчеты распре- делений импульсных магнитных полей [2] с использованием Delphi. Воздействуем на носи- тель двумя разнополярными импульсами магнитного поля линейного индуктора в направ- лении x с напряженностью y = А / (x2 + 0,36), где у = Hτ. Здесь x измеряется в sm, а у - в А/sm. Такие двухполярные расчетные распределения показаны на рисунке 4: прямая функция (А=360, Аобр=- 43) и зеркальная функция (А= –360, Аобр = 43), Аобр – постоянная для обратного импульса. Пластина из алюминия толщиной 1,3·10-4м Рисунок 3 - Зависимость U(t), воспроизведенная МГ Метод, использующий программные расчеты напряженности магнитного поля [3] основан на выделении локального участка магнитного носителя с уровнем напряжения U = U(x) на выходе сканирующего его преобразователя, с отличным от уровня остальной его части сигнала (рисунок 5, участок 1). Выделяют локальный участок, смещают нулевой уровень сигнала, усиливают сигнал, строят зеркальную функцию, создают оптическое изображение магнитного поля. Рисунок 4 - Зависимость U, снимаемого с МГ от расстояния x до проекции оси излучателя, Um= 40 mV Рисунок 2 - Зависимость U(t), снятая с измерительного сопротивления источника магнитного поля 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 358 Рисунок 5 – Зависимость U, снимаемого с МГ, от расстояния x до проекции оси излучателя Последовательность проводимых расчетов: выбор экспериментальной (теоретической) зави- симости U = U(Hτ) для конкретного носителя, представление ее в виде нескольких функций в заданном приближении Ui1 = Ui1(Hτ), определе- ние параметров первого воздействующего им- пульса прямого направления: величины тока линейного индуктора, времени нарастания и спада импульса тока, формы импульса и рассто- яния от оси линейного индуктора до МН, расчет воздействия найденным импульсом поля на МН и получение зависимости U = U(t) при считы- вании по которому определяют параметры объекта. Преобразователем магнитного поля, примене- ние функций Ui = Ui(Hτ) к зависимости U1 = U1(x), определение обратных зависимостей Uj = Uj(Hτ), создают оптическое изображение магнитного поля, представление этих зависимостей в виде нескольких функций в заданном приближении Ui2 = Ui2(Hτ), определение параметров второго и последующих импульсов и результатов их воздействия, выбор объекта контроля, повторение указанных действий в присутствие объекта и в его отсутствие и определение свойств объекта путем их сравнения. Разработанные методы измерения и контроля с дискретизацией и гистерезисом авторы рас- пространяют на все объекты, все носители ин- формации и на все поля. 1. Павлюченко, В.В. Использование магнитного гистерезиса при контроле объектов из электропроводящих материалов в импульсных магнитных полях / В.В. Павлюченко, Е.С.Дорошевич // Дефектоскопия. – 2013. – № 6. – С. 53-68. 2. Павлюченко, В.В. Расчет распределений остаточных магнитных полей при гистерезисной интерференции импульсного магнитного поля / В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич, В.Л. Пивова- ров // Дефектоскопия. – 2015. – №1. – С. 11-20. УДК 620.130 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ КОНТРОЛЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ Павлюченко В.В., Сычик В.А., Дорошевич Е.С. Белорусский национальный технический университет. На основе исследования вторичных магнит- ных полей вблизи электропроводящих объектов установлена квазилинейная зависимость вели- чины максимальной тангенциальной составляю- щей поля НτSm от толщины d объекта, перехо- дящая в экспоненциальную зависимость, при воздействии на объект импульсами поля и экс- поненциальная зависимость НτSm от времени нарастания импульсов tmax [1]. Разработаны но- вые методы определения свойств электропрово- дящих объектов с использованием полученных зависимостей, позволяющие записывать распре- деления магнитных полей с информацией об объектах на площадях поверхности 1⋅10-2 м2 и более в течение 1⋅10-4 с и повышающие точ- ность контроля электрических и магнитных свойств электропроводящих объектов на 40%. Установлено, что величина НτSm на линейном участке упомянутой зависимости прямо пропор- циональна величине максимальной тангенциаль- ной составляющей напряженности магнитного поля первичного источника Нτ0m, прямо пропор- циональна величине удельной электропроводно- сти материала σ и обратно пропорциональна tmax. Разработана новая физическая модель связи величины НτSm с d, основанная на расчете плот- ности токов вторичного источника в момент времени, равный четверти периода волны, и определении НτSm [1]. Так, использование найденной зависимости Нτsm(d) при магнитоим- пульсном методе с применением магнитооптиче- ской пленки [2] позволяет значительно повы- сить точность определения параметров изделий. Для каждого времени нарастания воздействую- щего магнитного поля рассчитывают макси- мальную величину напряженности магнитного поля согласно найденным экспериментально линейной зависимости и зависимости вида еди- ница минус экспонента этой величины от тол- щины объекта. На материал с приложенной к нему магнито- оптической пленкой воздействуют импульсами магнитного поля с разными временами нараста- ния timax и получают изображения доменной Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 359 структуры пленки, соответствующие проникно- вению магнитного поля на разные глубины. Од- нако НτSm на поверхности контролируемого объ- екта увеличивается с увеличением его толщины. Поэтому магнитооптическая пленка находится в разных исходных состояниях при воздействии на объект импульсами магнитного поля с одной и той же Нτ0m и разными временами его нараста- ния, что не позволяет производить точный кон- троль электрических и магнитных свойств мате- риалов, а также определять параметры дефектов сплошности в них. Более того, при достаточно большой толщине объекта доменная структура пленки может прийти в состояние насыщения, что не позволит осуществлять контроль свойств материала. В моменты времени t = timax для каж- дого импульса величина максимальной танген- циальной составляющей напряженности поля на поверхности однородного материала Hiτm должна быть одной и той же Hiτm = const. Из найденной квазилинейной зависимости определяем вели- чину напряженности первичного поля, обеспе- чивающую одну и ту же величину Hiτm = const на поверхности материала: Hiτоm = Hiτm – k⋅d, (1) где k – коэффициент, зависящий от σ и ti max. На втором участке зависимость величины Hiτsm от d носит экспоненциальный характер и описыва- ется найденной эмпирической формулой: ( )bdomiissmi eHkH −−⋅= 1ττ , (2) где b – коэффициент, зависящий от σ и ti max, kis – коэффициент, равный отношению величин максимальных тангенциальных составляющих магнитного поля индукционных токов Hiτsm и воздействующего поля Hiτоm при толщине мате- риала d, стремящейся к бесконечности. Используя найденную экспоненциальную зависимость находим напряженность первичного поля, обеспечивающего одинаковую Hiτm = const на поверхности однородного материала при раз- ных временах нарастания воздействующего поля ti max на втором участке зависимости: ( )[ ] 1ττ о 11 −−−+= bdismimi ekHH Воздействуя на материал одиночными им- пульсами магнитного поля с разными timax и Hiτm, определяемыми из указанных формул, находят соответствующие им изображения до- менной структуры магнитооптической пленки в моменты времени timax, накладывают изображе- ния друг на друга и находят распределение σ материала и ее неоднородности по глубине. Глубину залегания этих неоднородностей нахо- дят по времени ti max импульса, соответствующего эффективной глубине проникновения магнит- ного поля в материал, при воздействии которым начинают проявляться неоднородности домен- ной структуры магнитооптической пленки. Метод магнитоимпульсного контроля де- фектности, электрических и магнитных свойств объекта из магнитного или немагнитного элек- тропроводящего материала [3] осуществляют следующим образом. Воздействуют на объект импульсами магнитного поля с разными време- нами нарастания и определяют распределение максимальной тангенциальной составляющей напряженности по заданной линии замера для каждого импульса, по которым формируют строки и полосы растра телевизионного изобра- жения, соответствующие разной глубине объ- екта. Далее изображение каждой полосы накла- дывают на изображения всех остальных полос, причем ширина каждой полосы растра соответ- ствует эффективной глубине проникновения магнитного поля, определяемой временем нарастания импульса поля. На поверхности кон- тролируемого объекта выбирают линию замера. Воздействуют на объект импульсами магнитного поля со временами нарастания timax, находят рас- пределение максимальной тангенциальной со- ставляющей напряженности магнитного поля Hiτm по линии замера и для каждого импульса на поверхности объекта формируют полосу растра. Ширину этой полосы L устанавливают прямо пропорциональной эффективной глубине про- никновения магнитного поля в объект ∆i для каждого времени нарастания timax: 0 4 .imaxi t ∆ = πµµ σ При этом величине Hiτm вводят в соответствие уровни сигнала, например, электрического, и производят запись каждой полосы растра на эле- менты памяти. После этого воспроизводят ин- формацию, записанную на элементы памяти каждой полосы, на экране монитора по отдельно- сти и получают оптическое изображение распре- деления Hiτm для слоев объекта толщиной ∆i c цифровой индикацией величины Hiτm. В случае немагнитных электропроводящих материалов Hiτm = Hiτm(σ, ti max), а, для для магнитных Hiτm=Hiτm(σ, µ, ti max) Таким образом, измерив Hiτm на поверхности объекта по предварительно найденным функциям Hiτm=Hiτm(σ, ti max) и Hiτm=Hiτm(σ, µ, ti max) соответственно для извест- ных немагнитных и магнитных материалов, определяют σ и µ материала объекта. Разделение информации о величинах σ и µ в указанной зави- симости Hiτm от них ведут по ее параметрам с учетом дополнительной информации о величи- нах σ и µ для материала конкретного объекта. Далее формируют растр из всех полученных полос таким образом, что изображение каждой полосы накладывают на изображения всех остальных полос, причем линия каждой полосы, например, верхняя, соответствует поверхности объекта, а положение нижних линий полос опре- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 360 деляется эффективной глубиной проникновения магнитного поля в объект, определяемой ti max. Для выделения информации полос устанавли- вают одинаковый средний уровень сигнала каж- дой полосы и вычитают информацию заданной полосы из всех последующих, получая данные о свойствах глубинных слоев объекта. При этом оставляют в растре полную ширину только пер- вой, то есть верхней, полосы, соответствующей минимальной величине ti max, а у всех последую- щих полос оставляют в растре только нижние части, исключая наложение полос друг на друга. Располагая все полосы растра в одном масштабе, устанавливают соответствие между положением каждой строки и глубиной проникновения маг- нитного поля в материал объекта. 1. Павлюченко, В.В. Неразрушающий кон- троль объектов из электропроводящих мате- риалов в импульсных магнитных полях / В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич // Дефекто- скопия. – 2010. – № 11. – С. 29-40. 2. Способ магнитоимпульсного контроля де- фектности, электрических и магнитных свойств объекта из магнитного или немагнитного электропроводящего материала: пат 10464 Респ. Беларусь, МПК С2 BY, G 01 N 27/00 / В.В. Павлюченко, Е.С.Дорошевич; заявитель БНТУ – № а20060201; заявл. 09. 03. 2006; опубл. 30.04.08 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2008. – № 2. – С. 97-98. 3. Способ магнитного контроля дефектности, электрических, магнитных и механических свойств ферромагнитного материала: пат 11266 Респ. Беларусь, МПК С2 BY G 01 N 27/84, G 01 R 33/82 / В.В. Павлюченко, Е.С.Дорошевич; заявитель БНТУ – № а 20060340; заявл. 13. 04. 2006; опубл. 30.04.08// Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2008, № 5. – С. 128-129. УДК 51-73 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЭМС НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С МАТРИЦАМИ ИЗ ПОРИСТЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАНОСТРУКТУР Плескачевский Ю.М.1, Горох Г.Г.2, Казаченко В.П.3, Плиговка А. Н.2, Шилько С.В.4, Таратын И.А.5, Хатько В.В.1 1Белорусский национальный технический университет 2Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 3 Республиканская ассоциация наноиндустрии Беларуси Минск, Республика Беларусь 4Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси Гомель, Республика Беларусь 5ОАО Минский НИИ радиоматериалов Минск, Республика Беларусь Анализ мирового рынка выявляет возраста- ющую потребность в микроэлектромеханических преобразователях сенсорного и актуаторного типа (далее – преобразователей). Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик указанных приборов является разработка новых функциональных, в особенности, интеллектуаль- ных материалов, с использованием основы (под- ложки), структурированной на наномасштабном уровне [1]. Это открывает перспективы управле- ния физико-механическими свойствами материа- лов путем создания упорядоченных микро- и наномасштабных поверхностных и объемных кластеров. В основе настоящей работы лежит идея со- здания преобразователей в виде актуаторов и сенсоров путем синергетического использования упорядоченных наноструктурированных объек- тов (рис. 1) и функциональных материалов в виде полимеров, полупроводников и пьезоэлек- триков, способных к регистрации и трансформа- ции физических воздействий. Реализация этой идеи связана с поиском кон- кретных соединений и способов их введения в нанопоры (рис. 1а) или столбчатые нанострук- туры (рис. 1б) для получения интеллектуальных композитов, обладающих термо-, опто-, тензо- и другими видами чувствительности. Ранее проведенные исследования [2] показали зависимость модуля Юнга, коэффициента тепло- проводности и других физико-механических ха- рактеристик нанопористого анодного оксида алюминия от его объемной пористости. Исполь- зование указанного наноструктурированного материала в качестве связующего звена между монолитной (например, кремниевой) подложкой и осаждаемым на ней функциональным материа- лом (полимером, полупроводником и т.д.) обес- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 361 печит решение нескольких проблем. За счет уменьшения градиента коэффициентов термиче- ского расширения подложки и функционального слоя снижается концентрация межфазных тер- момеханических напряжений и вероятность ад- гезионного разрушения. а) б) Рис. 1. Регулярные структуры оксида алюминия (а) и оксида ниобия (б) Одним из направлений в реализации данной идеи является разработка исполнительного эле- мента МЭМС терморегуляции малых космиче- ских аппаратов (МКА). В качестве исполнитель- ного элемента таких микросистем чаще всего применяются балочные и мембранные актюа- торы, действие которых основано на электроста- тическом эффекте или тепловой активации дви- жения балки (принцип биметаллической пла- стины). На рис.2 приведена внешняя панель МКА с микромеханическими системами термо- регулирования (схематически). Рис. 2. Внешняя панель МКА с МЭМС терморегулирования: 1 – Si подложка, 2 – биморфная пластина, 3 – отверстие. К настоящему моменту времени уже суще- ствуют технологии и опытные образцы систем терморегуляции на основе термомеханических актюаторов, действие которых основано на би- морфном эффекте пары материалов с различным коэффициентом термического расширения (кремний и термостойкий полимер) [3]. В настоящей работе приведены результаты исследований структуры и морфологических особенностей тонких пленок на основе полимер- ных форм С60, синтезированных методом элек- тронно-лучевого осаждения на поверхностях нанопористого АОА и структурированных поли- имидных пленок. Покрытия из полимеризованного фуллерена С60 толщиной 100–500 нм формировали на под- ложках из нанопористого анодного оксида алю- миния (АОА), сформированных в щавелево- кичслом, малоновокислом и виннокислом элек- тролитах, с размерами пор от 20 до 100 нм. Структуру сколов и морфологию осажденных пленок на различных подложках исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) с использованием микроскопов VEGA II LSH и Supra 55. Сколы покрытий, осажденных на трековые мембраны из полиимидной пленки, были получены в среде жидкого азота. Для покрытий, сформированных на АОА (рис. 3 и 4), было показано, что характерный размер надмолекулярных структурных образова- ний увеличивается с ростом периода структуры подложки (рис. 5). Указанная зависимость со- храняется как для покрытий толщиной 100– 150 нм, так и для слоев толщиной 300–400 нм. При этом на подложках со значением периода структурирования более 100 нм происходит об- разование характерных столбчатых структур. а) б) Рис. 3. Изображения РЭМ сколов покрытия полимеризованного С60, осажденного на подложках из нанопористого оксида алюминия без (а) и с применением дополнительного отжига в вакууме (б) а) б) Рис. 4. Изображения РЭМ сколов покрытий полимеризованного С60 толщиной 300–400 нм на поверхности наноструктурированного оксида алюминия. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 362 Рис. 5. Зависимость характерного размера структурных образований покрытия полимеризованного С60 от периода структуры подложки: а – покрытия толщиной 100–150 нм, б – покрытия толщиной 100–150 нм, сформированные с дополнительным вакуумным отжигом, в – покрытия толщиной 300–400 нм Отжиг осажденных слоев in situ в вакууме непосредственно после формирования при тем- пературе 100ºС в течение 1 часа практически не влиял на структуру и морфологию осажденных слоев (рис. 4). Глубина проникновения матери- ала покрытия в поры подложки не превышает диаметра пор. Наименьшей шероховатостью об- ладают покрытия, сформированные на подлож- ках с периодом структурирования около 100 нм и размером пор около 50 нм, что соответствует диапазону размеров структурных образований покрытий полимеризованного С60, сформирован- ных на гладких поверхностях, таких как моно- кристалл кремния. Таким образом, исследования показали, что диаметры пор и период структуры исследуемых подложек оказывают решающее значение на ше- роховатость полимеризованного С60 покрытия, характерный размер поверхностных надмолеку- лярных образований и степень заполнения пор. 1. Плескачевский Ю.М., Хатько В.В., Горох Г.Г., Таратын И.А. / Сб. научн. статей “Наноструктуры в конденсированных сре- дах”/ Под ред. П.А. Витязя. – Минск: Изд. Центр БГУ, 2011. – С. 18–24. 2. Баркалин В.В., Белогуров Е.А., Таратын И.А., Хатько В.В., Шукевич Я.И. / Нано- и микросистемная техника. – 2012, № 1. – С. 18–24. 3. Корпухин А.С., Бабаевский П.Г., Жуков А.А., Козлов Д.В., Смирнов И.П. / Нано- и микросистемная техника. 2011, № 2. УДК 621.396:535.8 ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООПТИКИ МИКРООБЪЕМОВ НЕМАТИЧЕСКИХ ЖК В ПРОСТРАНСТВЕННО ИНТЕГРИРОВАННЫХ МОДУЛИРУЮЩИХ СТРУКТУРАХ Развин Ю.В., Потачиц В.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Нематические жидкие кристаллы (НЖК) от- носятся к числу перспективных и наиболее до- ступных в настоящее время электрооптических материалов для устройств модуляции света. НЖК характеризуется дальним ориентационным порядком. Длинные оси молекул в объеме веще- ства ориентированы вдоль определенного направления. Направление преимущественной ориентации молекул ЖК принято характеризо- вать единичным вектором n (так называемый директор). Директор определяет лишь направле- ние преимущественной ориентации молекул. Мерой дальнего ориентационного порядка явля- ется степень упорядоченности: S=1/2<3 сos2Θ -1>, где Θ - угол между осью отдельной молекулы и директором слоя ЖК. В ЖК степень упорядоченности S определяет анизотропию его электрических и оптических свойств. При изменении степени упорядоченно- сти претерпевают изменения анизотропии пока- зателя преломления (Δn = n||–n┴), диэлектриче- ской проницаемости (Δε = ε|| - ε┴) и электропро- водности (Δσ = σ||–σ┴). Индексы || и ┴ показывают направления относительно длинной оси молекул ЖК. Особенность электрооптических эффектов в НЖК состоит в том, что вследствие анизотропии диэлектрической проницаемости и электропро- водности жидкий монокристалл испытывает вращающий момент, стремящийся понизить энергию ЖК слоя в электрическом поле. Вслед- ствие относительно небольшой вязкости и внут- реннего трения вращающий момент приводит к переориентации молекул ЖК. Согласно теории Озеена-Франка электрическое поле вызывает такую деформацию ЖК, что результирующее распределение ориентации осей молекул (n) ми- нимизирует свободную энергию объема ЖК. Минимум энергии искажения ЖК достигается при условии совпадения направления макси- мальной поляризуемости с направлением поля E. В результате в ЖК с положительной диэлектри- ческой анизотропией директор стремится уста- новиться вдоль поля, а при отрицательной ди- электрической анизотропии – перпендикулярно ему. Упругие силы стремятся вернуть ЖК в ис- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 363 ходное состояние, определяемое граничными условиями на поверхностях слоя. Анализ такой модели показывает, что существует пороговое напряжение, при достижении которого начина- ется переориентация ЖК-слоя Uпор = π(4πК/Δε) 1/2, где К – модуль упругости НЖК В качестве примера рассмотрим электрооп- тику твист эффекта (Т-эффекта), как наиболее применяемого в НЖК-устройствах. Твист-эф- фект наблюдается в планарно-ориентированных слоях НЖК с положительной диэлектрической анизотропией. Направление ориентации молекул на границах слоя отличаются друг от друга на угол 900, при этом образуется закрученная струк- тура. В отсутствие управляющего напряжения такая структура оптически активна, причем угол вращения плоскости поляризации проходящего через нее излучения равен углу закрутки жид- кого кристалла. Этот режим выполняется для всех длин волн λ, проходящего через ячейку из- лучения, удовлетворяющих режиму Могена: λ << 4dΔn, где d- толщина слоя жидкого кристалла, Δn- его оптическая анизотропия. При достаточно большой толщине слоя ЖК (~10 мкм) условие Могена выполняется для всех длин волн видимого диапазона. Соответственно, твист-ячейка закручивает на 900 плоскость поля- ризации как монохроматического, так и белого света. В отсутствие поля оптическая система: твист-ячейка в параллельных поляроидах (если направление поляризатора совпадает или пер- пендикулярно ориентации молекул ЖК на вход- ной грани модулятора), непрозрачна при распро- странении света по нормали к ограничивающим поверхностям. Для твист-эффекта характерна зависимость от толщины ЖК слоя не только угла наклона молекул, но и их азимута. В результате выражение для порогового поля, определяющего начало деформации, равно: U = π([Κ11+(Κ33-2Κ22)/4]4π/Δε) 1/2 При этом порог Т-эффекта всегда превышает порог начала деформации. Времена переориен- тации и релаксации молекул ЖК для чистой Т- деформации определяются выражениями τвкл = γ1d 2/(ΔεΕ2d2+π2Κ22) τрел = γ1d 2/π2К22 где γ1-коэффициент вязкости ЖК Необходимо подчеркнуть, что если время включения Т-эффекта может быть уменьшено увеличением управляющего напряжения, то из- менение времени релаксации при условии посто- янства d определяется только параметрами ЖК. Матричные модуляторы (ПМС) являются универсальным устройством отображения ин- формации дискретного типа. Простейший моду- лятор имеет две системы ортогональных элек- тродов N строк и М столбцов (разрядов), между которыми находится слой ЖК. С увеличением информационной емкости уменьшается размер световых элементов – пикселей (переключаемых микрообъемов жидкого кристалла). Электрооп- тика микрообъемов ЖК существенным образом отличается от электрооптических свойств сплошных модулирующих структур. Основная проблема, с которой приходится сталкиваться при управлении матричным моду- лятором, является подавление кросс-эффекта. Кросс-эффект (включение “полувыбранных” пикселей) возникает вследствие гальванической и емкостной связи между электродами, а также пологой ВКХ жидкого кристалла и приводит к уменьшению числа отображаемых строк модуля- тора. Максимальное число сканируемых строк матричного модулятора определяется выраже- нием: Nmax= [(1+Р) 2+1]/[(1+Р)2-1]2 где Р = (Uр-U)/U - крутизна ВКХ, U-пороговое напряжение для ЖК слоя, Uр – рабочее напряже- ние. Кросс-эффект можно ослабить при подборе режимов управления по так называемым схемам U/2, U/3, или использовать жидкий кристалл с крутой ВКХ. При управлении матричным моду- лятором повторяющимися импульсами электри- ческого поля число отображаемых строк зависит от среднеквадратичного значения порогового и рабочего напряжений. Таким образом, чем круче вольт контрастная характеристика ЖК (меньше Р), тем с большим числом сканируемых строк можно построить матрицу. Требования к временным характеристикам электрооптических эффектов, применяемых в матричных модуляторах, связаны в основном с повышением быстродействия. Чистый твист-эф- фект в ЖК, имеющий память релаксационного типа, считался до недавнего времени малопер- спективным для мультиплицирования информа- ции на модуляторе матричного типа. Время от- клика зависит от толщины ячейки и отношения динамической вязкости к коэффициенту упруго- сти К используемой ЖК смеси. Исследование образцов матричных ЖК ПМС на основе Т-эффекта показало, что при малых объемах модулирующего слоя в пределах апер- туры пикселя существенное влияние на кинетику переключения оказывает начальный преднаклон молекул жидкого кристалла. В работе использовались экспериментальные образцы матричных НЖК-модуляторов, собран- ных на подложках с переменной структурой 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 364 электродов. Оптическая апертура образцов не превышала 16х16 мм2. Размеры электродов ис- следуемых структур менялись в пределах 100…5 мкм. Соответственно изменялся шаг структуры. В образцах использовались различные смеси нематических ЖК (Δε = 0,5…2). Толщина жидкокристаллического слоя устанавливалась с помощью прокладок либо с помощью площадок, напыленных на рабочие поверхности оптических подложек. Регистрация контрастно-временных параметров исследуемых образцов осуществлялась в поляризованном свете по осциллографической методике, в качестве источников считывающего излучения в работе использовались ЛГ208 и ЛГ311 [1]. На рис. 1 приведены осциллограммы пере- ключения обычной твист-ячейки и пикселя ис- следуемого образца ПМС при реализации ре- жима регулируемого преднаклона ЖК-молекул. В качестве рабочей среды в образцах ПМС использовалась нематическая смесь ДЧЖК, что позволяло получать режим изменяемого предна- клона молекул. При этом, как показывают ре- зультаты исследования, можно устранить появ- ление кросс-эффекта. Рисунок 1 – Осциллограммы переключения твист-ячейки (сплошной модулирующий слой) и пикселя исследуемого образца ПМС (нижняя осциллограмма). Верхняя осциллограмма соответствует временной развертке управляющего импульса Рисунок 2 –Фотографии фрагментов ПМС 1. Развин, Ю.В. Особенности переключения жидкокристаллического слоя при комбинированном возбуждении / Ю.В. Развин, В.А. Потачиц // Наука – образованию, производству, экономике: материалы докладов 2-й междунар. науч.-техн. конф. – Минск, 2004. – Т. 2. – С. 330–334. УДК 621 АППРОКСИМАЦИЯ СИНГУЛЯРНЫМИ ВЕЙВЛЕТАМИ Романчак В.М., Кондратьева Н.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Компьютерное моделирование в той или иной степени решает задачу аппроксимации. Поэтому поиск и исследование новых методов аппрокси- мации представляет значительный интерес и яв- ляется актуальной прикладной задачей. Данной работой мы продолжаем развитие но- вого метода аппроксимации - метода сингуляр- ных вейвлетов. Вначале, на нестрогом уровне, поясним отличие классического вейвлета от син- гулярного. Пусть ψ(x) – это базисный вейвлет («маленькая волна», «всплеск»), который дол- жен удовлетворять условию: ( ) 0t dtψ ∞ −∞ =∫ . (1) В вейвлете варьируют значения параметра масштабирования a и параметра сдвига b: 1 t b a a ψ −      . (2) В теории вейвлетов рассматривают скалярное произведение действительной функции f(x) и вейвлет функции (2), которое называют вейвлет преобразованием: 1 ( , ) ( ) t b Wf b a f t dt a a ψ ∞ −∞ − =    ∫ . (3) Можно показать, что если функция ψ(x) удовлетворяет условию допустимости (1), то в преобразовании (3) «малый всплеск» приводит к «маленькой волне», т.е. функция Wf(b,a) для малых a будет близка к нулю. Если базисный вейвлет не удовлетворяет условию допустимости («большой всплеск»), то преобразование (3) может привести к «большой волне», т.е. функция Wf(b,a) может оказаться большой. Между тем, изменив определение интегрального вейвлет преобразования можно устранить эту проблему. Введем дельта преобразование по формуле: 1 ( , ) ( ( ) ( )) t b Hf b a f t f b dt a a ψ ∞ −∞ − = −    ∫ . (4) C учетом условия допустимости (1) дельта преобразование (4) совпадает с вейвлет преобразованием (3). Но если в преобразовании (4) выбрать вейвлет, для которого не выполняется необходимое условие допустимости (1), то «большой всплеск» по-прежнему будет приводить к «маленькой волне», т.е. функция Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 365 Hf(b,a) для малых a будет близкой к нулю. В качестве вейвлета в дельта преобразовании можно использовать дельта–образные функции, которые применяют при ядерной оценке регрессии, например вейвлетом может быть функция плотности стандартного нормального распределения: 21 ( ) exp 22 t tψ π   = −    . (5) Дельта преобразования (4) с ядром Гаусса (5) можно использовать для получения уравнения регрессии. Так, если интеграл в выражении(4), заменить на промежутке длины d суммой и считать преобразование Hf(b,a) достаточно малой величиной, получим: 1 ( ( ) ( )) 0 n i i i t bd f t f b na a ψ = − − ≈    ∑ . Тогда 1 1 ( ) ( ) n i i i n i i t b f t a f b t b a ψ ψ = = −     ≈ −      ∑ ∑ . (6) Мы пришли к непараметрической ядерной оценке Надарая – Ватсона в виде(6), используя дельта преобразование с вейвлетом Гаусса. Для ядерной оценки (6) существенно условие положительности ядра в среднем. Действительно, если в качестве ядерной функции выбрать допустимый базисный вейвлет, который равен в среднем нулю (1), то получить оценку (6) будет невозможно из-за того, что знаменатель в выражении (6) обратится в ноль. Из рассмотренных примеров следует, что ядерная функция не может быть вейвлетом, если выполняется условие допустимости (1) и вейвлет с таким условием не подходит в качестве ядерной функции. Необходима модификация вейвлет преобразования, которая позволит преодолеть ограничения по выбору базиса аппроксимации и объединит теорию вейвлетов с ядерными оценками регрессии. Назовем такой метод – аппроксимация сингулярными вейвлетами. Отметим, что в классической теории вейвлетов равенство (3) позволяет найти функцию f(t), если нам известно вейвлет преобразование Wf(b,a), с помощью формулы обратного вейвлет - преобразования: 2 0 0 1 1 ( ) ( , ) t b f t Wf b a dbda C aa ψ ∞ ∞ −∞ − =    ∫ ∫ , где 2 0 0 ( ) 2 u C du u π ∞ Ψ = ∫ , Ψ(u) – преобразование Фурье стандартного вейвлета ψ(t), удовлетворяющего условию (1). Аппроксимация сингулярными вейвле- тами. Будем считать, что в данном разделе базис- ный вейвлет ψ(t) принадлежит L2 и условие (1) не является обязательным. Введем необходимые определения. Будем говорить, что для функции ψ(t) выпол- няется условие убывания на бесконечности, если: 2 ( ) , 0 1 c t c t ψ ≤ > + . (7) Замечание. Из неравенства (7) следует, что интеграл от функции ψ(t) сходится абсолютно, ψ(t) принадлежат L1 и преобразование Фурье функции ψ(t) является непрерывно дифференци- руемой функцией. Определим вейвлет преобразование функции f(t): 1 ( , ) ( ) t b Wf b a f t dt a a ψ ∞ −∞ − =    ∫ . Определим дельта преобразования функции f(t): ( )1( , ) ( ) ( ) t bHf b a f t f b dt a a ψ ∞ −∞ − = −    ∫ . (8) Определение. Базисный вейвлет называется сингулярным, если ( ) 1t dtψ ∞ −∞ =∫ . (9) Если вейвлет сингулярный, то дельта преоб- разование (8) равно разнице между вейвлет пре- образованием функции и самой функцией: Hf(b,a)=-f(b)+Wf(b,a). Если для вейвлета выпол- нено условие допустимости (1), дельта преобра- зование совпадает с вейвлет преобразованием: Hf(b,a)=Wf(b,a). Обозначим P(x), G(x), Ψ(x) - преобразование Фурье для функций f(t), g(t) и ψ (t) соответ- ственно, например: 1 ( ) ( ) 2 ixtx t e dtψ π ∞ −∞ Ψ = ∫ . Теорема 1. Пусть ψ - базисный вейвлет, для которого выполняется условие допустимости: ( ) ( ) 0 0 ( ) (0) (u) ( ) (0) ( ) 2 2 u u u du du C u u π π ∞ ∞Ψ − − Ψ Ψ Ψ − Ψ Ψ − = =∫ ∫ , (10) где С – конечная постоянная, тогда для всех f и g из L2: 0 ( , ) ( , ) ( , ) da Hf b a Wg b a dbda C f g a ∞ ∞ −∞ =∫ ∫ , (11) здесь ( , ) ( ) ( )f g f t g t dt ∞ −∞ = ∫ . Доказательство. На основании (8) можно за- писать: 1 ( , ) ( ) ( ) t b Hf b a S f b f t dt a a ψ ∞ −∞ − = − ⋅ +    ∫ , (12) где 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 366 ( )S u duψ ∞ −∞ = ∫ . Функцию f(b) в (12) выразим через обратное преобразование Фурье, а для функций под зна- ком интеграла применим равенство Парсеваля (a>0): ( )( , ) ( ) ( ) 2 ibx ibxSHf b a F x e dx F x ax e dx π ∞ ∞ − − −∞ −∞ = − + Ψ −∫ ∫ .(13) Поскольку (0) 2 S π Ψ = , выражение (13) можно записать в виде ( ) ( )( )1 1( , ) ( ) 0 2 2 ixbHf b a F x ax e dx π π ∞ − −∞ = Ψ − − Ψ∫ .(14) Для вейвлет преобразования функции g(x) ана- логично: ( )1 1( , ) ( ) 2 2 iybWg b a G y ay e dy π π ∞ − −∞ = Ψ −∫ .(15) В правой части выражений (14) и (15) нахо- дятся преобразования Фурье для функций ( ) ( )( )( ) 0F x axΨ − − Ψ и ( )( )G y ayΨ − . Проинтегри- руем по переменной b произведение выражений (14), (15) и применим равенство Парсеваля: ( , ) ( , )Hf b a Wg b a db ∞ −∞ =∫ ( ) ( )( ) ( )2 ( ) 0 ( )F x ax G x ax dxπ ∞ −∞ = Ψ − − Ψ − Ψ∫ . (16). Умножим теперь выражение (16) на da a и проин- тегрируем на промежутке [0,∞], а затем приме- ним равенство Парсеваля: ( ) ( )( ) ( ) 0 2 ( ) 0 ( ) da F x ax G x ax dx a π ∞ ∞ −∞ Ψ − − Ψ − Ψ =∫ ∫ ( ) ( ) ( ) ( )C F x G x dx C f t g t dt ∞ ∞ −∞ −∞ = − =∫ ∫ , где ( ) 0 ( ) (0) ( ) 2 ax ax C da a π ∞ Ψ − − Ψ Ψ = ∫ . Чтобы С - была константной, необходимо, чтобы выполнялось условие ( ) ( ) 0 0 ( ) (0) ( ) ( ) (0) ( ) 2 2 ax ax ax ax C da da a a π π ∞ ∞Ψ − − Ψ Ψ Ψ − Ψ Ψ − = =∫ ∫ , (в противном случае С будет зависеть от знака x) из которого следует условие допустимости (10). УДК 535:628.373.8, 535:548 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ БЕССЕЛЕВЫХ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА Рыжевич А.А.1, Балыкин И.В.1,2, Мащенко А.Г.1, Лепарский В.Е.1, Хило Н.А.1 1Институт физики НАН Беларуси 2Белорусский государственный университет, Минск Республика Беларусь В настоящее время наряду с обычными гаус- совыми лазерными пучками все более широкое применение находят бесселевы световые пучки (БСП), в том числе БСП высших порядков, име- ющих винтовую дислокацию волнового фронта (ВДВФ). ВДВФ обуславливает наличие мини- мума интенсивности на продольной оси таких пучков, что необходимо для решения ряда при- кладных задач. Актуальной является задача по- иска эффективных методов формирования БСП высших порядков, радиальное распределение интенсивности в поперечном сечении которых описывается квадратом функции Бесселя второго порядка (I(ρ)∼ Jn2(Mρ), где ρ - радиальная коор- дината, М - масштабирующий коэффициент). В данной работе предлагается метод формирования бесселевых световых пучков 2-го порядка (БСП2). Метод формирования БСП2 основан на поля- ризационном разделении двух циркулярно поля- ризованных в ортогональных направлениях соб- ственных волн, возбуждаемых в одноосном кри- сталле, оптическая ось которого вдоль падающего на него циркулярно поляризованного лазерного пучка [1-2]. Оптическая схема метода показана на рисунке 1. Рис. 1. Оптическая схема метода формирования БСП второго порядка Вначале линейно поляризованный поляриза- тором 2 исходный лазерный гауссов пучок 1 с помощью последовательно расположенных пер- вой четвертьволновой пластинки 4, одноосного кристалла 6, второй четвертьволновой пластинки 8 и поляризатора 9 преобразуется в линейно по- ляризованный многокольцевой световой пучок с ВДВФ второго порядка (ВДВФ2), причем в этом случае можно достичь достаточно высокой (около 50%) эффективности преобразования. Затем из многокольцевого пучка круглой диа- f1 f2 1 2 3 4 5 6 7 8 ρma x 9 10 11 12 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 367 фрагмой 10 выделяется однокольцевой световой пучок с ВДВФ2, из которого с помощью акси- кона (конической линзы) 11 практически без энергетических потерь формируется БСП2. На рисунке 2 показаны диаметральные рас- пределения интенсивности в поперечном сече- нии многокольцевых пучков, обладающего (ри- сунок 2a) и не обладающего (рисунок 2b) ВДВФ. а б 0 500 1000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 И нт ен си вн ос ть ,о тн .е д. Поперечная координата, отн. ед. С дислокацией Без дислокации Сумма в Рис. 2. Распределения интенсивности в многокольцевых пучках: поперечные распределения в пучках с ВДВФ (а) и без нее (б) и диаметральные распределения интенсивности вдоль желтых линий с их суммой (в) Пучки получены при повороте поляризатора 9 относительно поляризатора 2 на 0° и 90° соот- ветственно. Диаметральные линии, вдоль кото- рых снимались распределения интенсивности, обозначены на рисунках 2а, б желтым цветом. Распределения интенсивности в пучках с ВДВФ2 и без нее описываются соответственно форму- лами (1) и (2):       ∆             = 2 sin f f I f f )( 2 1 2 0 2 2 1 2 kL I ρρ (1)       ∆             = 2 cos f f I f f )( 2 1 2 0 2 2 1 0 kL I ρρ (2) где ( )γ      −= ∆ 2 2 2 0 sin1 42 e o o n n n kk (3), или ( )γ      − λ π = ∆ 2 2 2 sin1 22 e o o n n n k (4) Здесь L – длина кристалла, f1, f2 – фокусные расстояния линз, составляющих телескоп, no, ne – показатели преломления обыкновенной и не- обыкновенной волн в кристалле, εo, εe – главные компоненты тензора диэлектрической проницае- мости для обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле, γ – угол конусности элементарных пучков в световом пучке, ρ – радиальная коорди- ната. Суммирование распределений (1) и (2) имеет результатом распределение интенсивности в начальном гауссовом пучке, падающем на кри- сталл, за вычетом потерь при отражении на входной и выходной гранях оптических элемен- тов (рис. 2в). На рисунке 3 показано распределение интен- сивности в БСП2, сформированном из пучка с ВДВФ2. Большим достоинством предложенного ме- тода является возможность формирования высо- коинтенсивных лазерных БСП2, что обеспечива- ется высокой лучевой прочностью использован- ных для реализации метода одноосного кристалла KDP (дигидрофосфат калия KH2PO4), четвертьволновых пластинок и кристаллических поляризаторов. Радиальное распределение интенсивности в БСП2, полученном с помощью аксикона с углом при основании конуса порядка 2,5 градуса, хо- рошо соответствует квадрату функции Бесселя второго порядка. Высокоинтенсивные БСП2 мо- гут применяться для точной лазерной обработки материалов, управления частицами в био- и нанотехнологиях, локального воздействия на биоткани. 1. Belyi, V.N. Propagation of high-order circularly-polarized Bessel Beams and vortex 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 368 generation in uniaxial crystals / V.N. Belyi, N.A. Khilo, N.S. Kazak, A.A. Ryzhevich, A. Forbes // Opt. Eng. – 2011. – Vol. 50, № 5. – P. 1-9. 2. Хило, Н.А. Преобразование порядка бесселевых световых пучков в одноосных кристаллах / Н.А.Хило, А.А.Рыжевич, Е.С.Петрова // Квантовая Электроника – 2001. – Т. 31, № 1. – С. 85–89. а 0 100 200 300 400 500 600 0 50 100 150 200 Эксп. точки Аппроксимация квадратом функции Бесселя второго порядка И нт ен си вн ос ть , о тн . е д. Радиальная координата, отн. ед Equation y = B*(Jn(D*(x - A),2))^2+C Adj. R-Squar 0.92244 Value Standard Erro C A -1.01256 0.40664 C B 749.6296 6.21075 C C 0 0 C D 0.03664 8.10256E-5 Equation ( )( ) CAxDBJI +−⋅= 22 Adj. R2 0,92244 Name Value Standard error A -1,01256 0,40664 B 749,62965 6,21075 C 0 0 D 0,03664 8,10E-05 б Рис. 3. Поперечное (а) и радиальное (б) рас- пределение интенсивности в полученном экспе- риментально БСП2 УДК 621.762 НОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ – НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ Савич В.В. Институт порошковой металлурги Национальной академии наук Беларуси Минск, Республика Беларусь В электродвигателях ротор и статор тради- ционно получают вырубкой профильных пла- стин из тонколистовой (0,2-1,2 мм) т.н. «электро- технической» стали (как правило – это сплав си- стемы Fe-Co-V – викаллой 49КФ10, 52КФ11), сборкой пластин в пакет (как правило, с исполь- зованием лака или клея), и намоткой медным проводом заданных контуров. Однако собранные из пластин пакеты имеют низкую конструктив- ную жесткость и стабильность магнитных свойств, в силу чего потери, обусловленные упругой деформацией и смещением элементов пакетов, вследствие вибрационных, ударных и температурных нагрузок, достигают 20-30%. Устранить такие потери можно только за счет замены слоеных пакетов на жесткие монолитные конструкции магнитопроводов. Технологии порошковой металлургии позволяют получать детали из магнитно-мягких материалов типа стали Э, пермаллоя и другие нужной конфигурации почти без потерь матери- ала (до 5 %), исключить большинство трудоем- ких и ручных операций, что дает возможность изготавливать роторы и статоры электродвигате- лей с большей экономической эффективностью. Использование метода порошковой металлургии для изготовления магнитно-мягких деталей поз- воляет управлять химическим составом магнит- ных материалов в очень узких пределах (что особенно важно для железоникелевых сплавов), а также вводить в материал наполнители, изоли- рующие прослойки, что открывает большие воз- можности в усовершенствовании и улучшении свойств магнитно-мягких материалов. Однако в последние годы, исключительно благодаря технологиям порошковой металлур- гии, стало возможным коренным образом изме- нить традиционную конструкцию электродвига- теля, уменьшить его габариты, повысить другие технические характеристики. Цель данной работы – представить резуль- таты использования зарубежными авторами но- вых порошковых магнитомягких материалов и Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 369 технологий формования из них деталей совре- менных электродвигателей. Интерес к снижению габаритов и массы элек- тродвигателей, росту мощности и других эксплуа- тационных характеристик связан с развитием ме- хатроники, а также ростом производства гибрид- ных и электромобилей. В работе [1] авторами показаны достоинства технологии порошковой металлургии: замена вы- рубки фасонных тонколистовых элементов статора или ротора из полосовых или листовых заготовок, их сборки, пропитки лаками на однократное фор- мование (прессование или инжекционное формо- вание объёмной 3D-заготовки) из металлокомпо- зита требуемого состава (чаще всего - на основе чистого железного порошка). Однако наиболее значимой стала возможность применить новый рациональный дизайн электродвигателя: вен- тильно-индукторный привод с двумя порошко- выми магнитопроводами уменьшенной массы (на 15-20% каждый). На статоре, располагается об- мотка сосредоточенного типа (как в трансформа- торе или обмотке возбуждения машины постоян- ного тока) (рис.1, б), а ротор является безобмоточ- ным, порошковым. В таблице 1 приведены свойства магнитомягких материалов [2]. Рис. 1. 3D-дизайн [1] конструкции элементов (ротор-статор) электродвигателя (а) и внешний вид статора из порошковой композиции (б) Таблица 1. Свойства магнитомягких материалов различной природы Материал Состав, вес. % µ0, Гс/Э µm, Гс/Э Hc, Э ρ∙10 6, Ом/см Br, Гс Fe Si Al Ni Mo Cr Co Листовое железо 100 - - - - - - 200 5000 1,0 10 21500 Альсифер 85 9 5 - - - - 30000 120000 0,05 80 10000 Mo пермаллой 16 - - 78,5 3,8 - - 12000 120000 0,04 60 8700 Cr пермаллой 17,7 - - 78,5 - 3,8 - 12000 60000 - - 8000 Перминдюр 50 - - - - - 50 800 5000 2,0 7 24500 Somalloy S500 Insulated Fe 100 - - - - - - - - 3,0 8 19500 Somalloy S700 Insulated Fe 100 - - - - - - - - 1,0 90 20200 Как видно из таблицы 1, современные порошковые материалы Somalloy превосходят по своим свойствам ламинированные листовые и не содержат дорогостоящих легирующих элементов – кобальта, хрома, молибдена. Это обусловлено особенностями их микроструктуры [3] – рис.2. Как видно из рис.2, частицы магнитомяг- кого материала Somalloy, представляют собой высокочистый порошок железа размером около 100 мкм, покрытые неорганической изоляцией – кремнием. В таблице 2 [3] приведено сравнение потерей мощности (Вт/кг) для материала Somalloy и традиционного ламинированного же- леза, из которой видно преимущество порошко- вого материала (Soft Magnetic Composite – SMC), особенно с ростом частоты. Выдающиеся свойства порошкового мате- риала SMC обусловлены сохранением изолиру- ющего отдельные частицы железа слоя и в сфор- мованном изделии – статоре электродвигателя (рис.3) достаточно сложной формы. Рис. 2. Модель микростуруктуры частиц магнитомягкого материала Somalloy а) б) 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 370 Рис. 3. Статор электродвигателя из порошкового материала SMC На рисунке 4 представлен пример разработки фирмы Aisin Seiki Co: сравнение длины и массы двигателя ABS автомобиля. Рис. 4. Двигатель ABS с ламинированным (слева) и порошковым SMC (справа) роторами Как видно из рис. 4, совместная работа конструкторов и технологов фирмы Aisin Seiki Co при участии специалистов фирмы Höganäs AB (Швеция) позволила на 36% укоротить двигатель, уменьшив тем самым его массу на 17%. И все это благодаря новому материалу и технологии порошковой металлургии, позволившей получить цельный 3D-ротор сложной оптимизированной формы (рис. 5) [4-5]. Важным достоинством цельного порошкового сердечника является его заведомо более высокая теплопроводность, чем ламинированного. Такое исполнение обеспечивает лучшие условия для охлаждения электрических машин, повышает их эксплуатационные параметры. В работе [5] проведено численное моделирование распределения температуры в сердечнике статора электродвигателя, выполненного по традиционной технологии (ламинированным) и из монолитным из порошкового магнитомягкого SMC материала Somalloy, результаты которого представлены на рис. 6 [5]. Рис.5. Порошковая заготовка ротора двигателя ABS (слева) и готовый ротор после незначительной мехобработки и обмотки (справа) а) б) Рис.6. Расчетные значения предельных температур и распределение температуры в ламинированном (а) и монолитном SMC (б) сердечниках статора [5] Таблица 2. Сравнение потерь мощности в порошковых и ламинированных магнитомягких материалах [3] Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 371 Как видно из рис. 6, использование монолитного SMC-сердечника позволяет выровнять температуру в системе «обмотка - сердечник», снизить предельно достигаемую при работе двигателя температуру со 155 °С до 37 °С. Кроме того, как это хорошо видно и на рис.4 и 5, коэффициент заполнения статора магнитомягким материалом SMC в два раза выше, чем ламинированным железом. Рис.7. совершенствование конструкций двигателей за счет порошковых деталей, формирующих трехмерные магнитные потоки Дальнейшее совершенствование конструкций ротора и статора электродвигателей, по мнению авторов работы [5], связано с формированием трехмерных магнитных потоков за счет особой конструкции безобмоточного статора и ротора из SMC материала (рис.7). Таким образом, применение новых SMC материалов и технологий порошковой металлургии позволяет коренным образом изменить конструкции электродвигателей, уменьшить их габариты и массу, повысить эксплуатационные параметры. 1 Конструкторско-технологические и экологические аспекты проектирования и реализации технологии производства композиционных порошковых материалов и изделий / Б.Ч.Месхи, А.В.Люлько, М.П.Дрягина, А.В.Трифонов // Вестник ДГТУ, 2008. Т.8. №1(36). – С.7-11. 2 Soft Magnetic Composite Technology. SMC-Update. Hoganes AB. Sweden. – № 2, 2003. – 8 р. № 1, 2005. – 4 р. 3 Somaloy vs. Silicon steel lamination// Magnetworld AG. Jena, 2013. – 2 p. 4 https://www.hoganas.com/en/business-areas/soft- magnetic-composites/ 2. Existing & Future Automotive Applications for Soft Magnetic Composites / Lars Hultman, Henrique Lopes //1º Workshop sobre Inovações nos Materiais Magnéticos para a Indústria Automobilística Atual e as Perspectivas dos Carros Híbrido. 30 junho – 1 julho 2008. - Sao Paolo, Brazil УДК 621.822 ИЗМЕНЕНИЕ УГЛА КОНТАКТА ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ЕГО КИНЕМАТИКОЙ ПОСРЕДСТВОМ ОСЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ Савченко А.Л., Минченя Н.Т., Минченя В.Т., Берхин Е.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Движение шарика в подшипнике качения определяется геометрией контактирующих по- верхностей. В общем случае в сферическом дви- жении шарика можно выделить три составляю- щих: крвк ωωωω ++= , где кω – угловая скорость качения, вектор кото- рой направлен перпендикулярно плоскости кон- такта; вω – угловая скорость верчения, вектор которой находится в плоскости контакта; крω – угловая скорость кручения, вектор которой также находится в плоскости контакта (рис. 1) [1]. Для радиально-упорного подшипника, рабо- тающего с предварительным осевым натягом, соотношение угловых скоростей шарика ωк : ωв : ωкр = = 1 : 0,18 : 0, что приводит к его неравномерному износу [2]. Ранее было дока- зано, что при ωкр ≠ 0 можно обеспечить равно- мерный износ шарика, что было использовано при восстановлении точностных параметров из- ношенного подшипника методом обкатки [3]. Значение ωкр ≠ 0 обеспечивалось приложением к одному из колец подшипника осевых ультразву- ковых колебаний. Управляя параметрами коле- баний можно получить различные значения ωкр. Рис. 1. Составляющие угловой скорости шарика ωв ωв ωкр ωк ωкр ωк 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 372 Создавая условия для равномерного враще- ния в процессе работы подшипника, можно обеспечить равномерный износ шариков, за счет чего повысить точностную долговечность узла вращения. При работе подшипника в условиях осевых колебаний одного из колец из-за изменения ки- нематики шарика будет изменяться угол кон- такта, и теоретическое соотношение ωк:ωв также изменится. Для установления реального значения угла контакта в условиях одновременного осе- вого нагружения и осевых колебаний было ис- пользовано специально разработанное устрой- ство, схема которого показана на рисунке 2. Рисунок 2 Отклонение угла контакта определяется кос- венным методом по соотношению угловых ско- ростей внутреннего кольца и сепаратора по фор- муле:       −= вω с2ω1 шd mdarccosα , где ωс – угловая скорость сепаратора; ωв – угло- вая скорость внутреннего кольца. Подшипник устанавливается внутренним кольцом на выходной вал шпинделя 1, скорость вращения которого измеряется с помощью бес- контактного индуктивного датчика 2. Якорь дат- чика представляет собой алюминиевое кольцо 3 с равномерно расположенными по окружности ферромагнитными вставками 4 в количестве 11 штук (по числу шариков в подшипнике). Для измерения скорости вращения сепаратора пред- назначен бесконтактный индуктивный датчик 5. Якорем для датчика служат шарики измеряемого подшипника. Сигналы от обоих датчиков преоб- разуются двумя приборами 6, 7 типа БИМП-2 в последовательности электрических импульсов, которые подаются на вход специального устрой- ства 8, предназначенного для вычисления угла контакта. Ультразвуковые колебания преобразо- вателя 10 и осевая нагрузка Р передаются на подшипник через стакан 9. Устройство позво- ляет дополнительно измерять скорость вращения шарика с помощью индукционного датчика 11 а б в г д е Рисунок 3 – Зависимости отношения ωв:ωк от амплитуды ультразвуковых колебаний при f = 18 кГц (а, в, д), от частоты ультразвуковых колебаний при А = 8 мкм (б, г, е) при осевой нагрузке 400 Н (а, б), 500 Н (в, г), 600 Н (д, е) Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 373 (один из шариков подшипника полярно намагни- чен). С помощью описанного устройства были получены зависимости колебания угла контакта от осевой нагрузки и параметров ультразвуковых колебаний. Результаты измерений в виде графи- ков зависимостей отношения ωв:ωк от осевой нагрузки и параметров ультразвуковых колеба- ний показаны на рисунке 3. Из графиков видно, что при увеличении ам- плитуды и частоты колебаний величина ωв:ωк уменьшается, что можно объяснить увеличива- ющимся проскальзыванием шариков в местах контакта. При увеличении осевой нагрузки вели- чина ωв:ωк также уменьшается, что связано с увеличением угла контакта. Вместе с тем, снижение измеренного соотно- шения скоростей относительно невелико. По- этому можно сделать вывод о том, что при управлении кинематикой можно пренебречь из- менением угла контакта. При этом действитель- ные кинематические соотношения в подшипнике будут незначительно отличаться от расчетных. 1. Филонов, И. П. Механика процессов об- катки / И. П. Филонов; под ред. П. И. Яще- рицына. – Минск : Наука и техника, 1985. – 328 с. 2. Бочков, В. С. Исследование кинематики радиально-упорного подшипника / В.С. Бочков, Б. Л. Каневский // Сб. науч. тр. / Всесоюзный научно-исследовательский конструкторско-технологический институт подшипниковой промышленности. – М., 1971. – №1(65). – С. 3 – 34. 3. Савченко, А.Л. Восстановление точност- ных параметров радиально-упорных шари- коподшипников / А.Л. Савченко, Н.Т. Мин- ченя // Вестник Полоцкого государствен- ного университета. Сер. В, Прикладные науки. – 2005. – №6. – С. 93 – 97. УДК 538.2; 620.179.14 АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ СТАЛЕЙ НА ЧАСТНЫХ ПЕТЛЯХ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА ПРИ РАЗНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ Сандомирский С.Г. Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь При изменении магнитного поля Н намагни- ченность М ферромагнитных сталей изменяется нелинейно и неоднозначно – по кривой намагни- чивания и петле гистерезиса (рис.1). Рисунок 1. Основная кривая намагничивания (1) и нисходящие ветви предельной (2) и частной (3) петель магнитного гистерезиса стали В магнитном структурном и фазовом анализе сталей используют результаты измерений пара- метров их предельной петли гистерезиса: коэр- цитивной силы Hcs, намагниченности Ms техни- ческого насыщения, остаточной намагниченно- сти Mrs. Магнитным параметром, наиболее чувствительным к структурным изменениям в сталях, происходящих при их термических обра- ботках, считается Hcs. При структурных измене- ниях металла его Mrs изменяется в узких преде- лах [1]: srss MMM 866,05,0 ≤≤ . (1) Но Hcs среднеуглеродистых сталей не одно- значно изменяется в области средних и высоких температур То отпуска. Поэтому изменение Mrs таких сталей особенно важно. Кроме того, стальные изделия обладают раз- магничивающим фактором [2]. Поэтому мате- риал изделий в открытой магнитной цепи намаг- ничивается по частным петлям магнитного ги- стерезиса, которые характеризуют максимальными напряженностью Нm намагничи- вающего поля и намагниченностью Мm, коэрци- тивной силой Нc и остаточной намагниченно- стью Мr (рис.1). Зависимости Мm, Нc и Мr сталей от изменений То не соответствуют зависимостям Ms, Hcs и Mrs тех же сталей от То. Так, в [3] опре- делены условия намагничивания, при которых зависимость Нc сталей от их Hcs меняется с пря- мой на обратную. Аналитическое описание связи остаточной намагниченности Mr сталей на частных петлях магнитного гистерезиса с их намагниченностью 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 374 Ms технического насыщения, коэрцитивной си- лой Hcs и остаточной намагниченностью Mrs на предельной петле гистерезиса получено и обос- новано в [4]: })])1(1([{ 1 0 22 2 ∑ = −+− + = n cs mn S csm ms r H H TarctgK kHH HM M π π ,(2) где: srsS MMК = ; )2( SKtgT π= ; )2( )2( csaC s HM TarctgM k χπ − = , rscscsC MHHM ])068,0(06,05,0[67,0 2ττ −+≈ (3) 1 )359,2( ])068,0(06,05,0[ 75,1 2 − + −+ ≈ − cs H rscscs a He MHH csτ ττχ . (4) Применение формул (2) – (4) позволяет рас- считать значения Мr по Нcs, Мs и Мrs стали на предельной петле гистерезиса и величине Нm. Данные о Нcs, Мs и Мrs почти всех сталей приве- дены в справочной литературе. В качестве примера реализации такой воз- можности на рис.2 приведены результаты рас- чета зависимостей Мr стали 30 от температуры То их отпуска после закалки. Для построения зави- симостей Мr(То) при разных Нm использованы формулы (2) – (4) и результаты измерения зави- симостей Нcs(То), Mrs(То) и Ms(То) стали 30 в [5, табл.1.1], приведенные в таблице. Магнитные свойства (в кА/м) стали 30, отпущенной при разных То после закалки То, оС Нсs Мs Мrs 150 2,25 1591 870 200 2,10 1599 876 250 1,43 1644 970 300 1,22 1652 1007 350 1,13 1650 1070 400 0,995 1643 1145 450 0,873 1645 1248 500 0,876 1648 1265 550 0,866 1639 1277 600 0,834 1632 1280 Представленные на рис.2 данные на первый взгляд неожиданны. В соответствии с устано- вившимися представлениями о характере изме- нения магнитных параметров среднеуглероди- стых сталей о температуры их отпуска, зависи- мость Нcs(То) стали 30 имеет не монотонный характер при 450оС ≤ То ≤ 550 оС (таблица). Па- раметр Мs во всем диапазоне изменения То этих сталей изменяется не значительно и не моно- тонно. Это не позволяет использовать резуль- таты измерения Нcs и Ms для контроля качества средне- и высокотемпературного отпуска стали 30. Параметр Мrs во всем диапазоне изменения То стали 30 изменяется монотонно. Это позволяет использовать результаты измерения Mrs стали 30 для контроля качества ее средне- и высокотемпе- ратурного отпуска. Но, в полном соответствии с (1) и [5], диапазон изменения Мrs не широк. Так, при изменении То стали 30 от 150 оС до 600оС, Мrs этой стали изменяется всего в 1,47 раза. Это снижает достоверность контроля температуры отпуска стали 30 по результатам измерения ее Мrs. Рисунок 2. Зависимость остаточной намагниченности Mrs на предельной петле гистерезиса (сплошная кривая, результаты измерения в [5]) и остаточной намагниченности Mr на частной петле гистерезиса (пунктир, расчет по (2) – (4)) стали 30 от температуры То отпуска. 1 – 5 – соответственно для Нm= 1; 2; 3; 5 и 10 кА/м При снижении напряженности Hm намагни- чивающего поля и измерении Мr стали 30 на частной петле гистерезиса диапазон изменения Мr радикально увеличивается (рис.2) при сохра- нении монотонности зависимости Mr(То) во всем диапазоне изменения То. При изменении То стали 30 от 150оС до 600оС, Мr этой стали изменяется в 2,2 раза при Hm = 5 кА/м, в 4,34 раза при Hm = 3 кА/м, в 11,3 раза при Hm = 2 кА/м, в 66,1 раза при Hm = 1 кА/м. Отметим, что даже минимальная напряженность поля Hm = 1 кА/м в 20 раз пре- вышает напряженность (≈ 50 А/м) поля Земли. Многократное увеличение диапазона измене- ния Мr сталей, измеренной на частных петлях гистерезиса в относительно сильных намагничи- вающих полях по сравнению с диапазоном воз- можного изменения Мrs сталей, создает хорошие предпосылки для достоверного контроля каче- ства отпуска среднеуглеродистых сталей по ре- зультатам измерения их остаточной намагничен- ности на частных петлях магнитного гистере- зиса. Для реализации такого контроля намагничивание стали и измерение ее Мr должно осуществляться в замкнутой магнитной цепи. Необходимо так же, что бы перед контролем из- делия не подвергались магнитному воздействию и на операцию контроля поступали в термически Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 375 размагниченном состоянии – то есть непосред- ственно после закалки и отпуска. Должна быть обеспечена и стабильность напряженности Hm намагничивающего поля. Выводы. Анализом зависимостей Мr сталей от температуры То отпуска установлено явление многократного расширения диапазона возмож- ного изменения Мr сталей при структурных из- менениях в них по мере снижения Hm по сравне- нию с диапазоном возможного изменения Мrs сталей при тех же структурных изменениях. Это соответствуют физике перемагничивания ферро- магнитного материала в слабых магнитных по- лях. На основе использования этого явления даны рекомендации по использованию остаточ- ной намагниченности Мr сталей на частных пет- лях магнитного гистерезиса для магнитного структурного анализа. 1. Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения / С. Тикадзуми // М.: Мир, 1987. – 419 с. 2. Сандомирский, С. Г. Расчет и анализ раз- магничивающего фактора ферромагнитных тел / С.Г. Сандомирский // Мн.: Беларуская навука, 2015. – 244 с. 3. Сандомирский, С. Г. Анализ структурной и фазовой чувствительности коэрцитивной силы частных петель гистерезиса сталей / С.Г. Сандомирский // Металлы. 2014. № 4. С.37 – 43. 4. Сандомирский, С.Г. Анализ влияния режи- мов термической обработки сталей на их остаточную намагниченность на частных петлях магнитного гистерезиса / С.Г. Сан- домирский // Сталь. 2016. № 4. С.55 – 59. 5. Бида, Г.В. Магнитные свойства термообра- ботанных сталей / Г.В. Бида, А.П. Ничипу- рук // Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – 218 с УДК 621.373.826 СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИТТРИЙ-АЛЮМИНИЕВЫХ БОРАТОВ С ИОНАМИ Yb3+ И Er3+ Свибович И.В.1, Курильчик С.В.1, Горбаченя К.Н.1, Кисель В.Э.1, Напрасников Д.А.2, Мальцев В.В.2, Леонюк Н.И.2, Кулешов Н.В.1 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Москва, Россия В настоящее время наблюдается повышенный интерес к исследованию новых материалов, со- активированных ионами Er3+ и Yb3+, для ис- пользования в качестве активных сред твердо- тельных лазеров спектрального диапазона 1,5-1,6 мкм. Излучение в этой области является относи- тельно безопасным для зрения, соответствует области минимальной материальной дисперсии и минимальных потерь в кварцевых волокнах (так называемое, «третье информационное окно»). Перспективными средами для таких лазеров являются новые стеклокристаллические компо- зиты, сочетающие в себе свойства кристаллов и стекол. В данной работе исследовались спектроско- пические свойства новых стеклокристаллических композитов на основе кристалла иттрий-алюми- ниевого бората – YAl3(BO3)4 – с ионами эрбия (Er3+) и иттербия (Yb3+). Образцы для исследова- ний были получены из монокристаллов путем их размалывания, добавления стеклообразующего компонента (оксида бора) и высокотемператур- ного прокаливания. Измерение спектров поглощения для образца с содержанием Er 0.8×1020 см-3 и Yb 5.8×1020 см-3 производилось на двухлучевом спектрофото- метре CARY 5000 для спектральных областей, соответствующих энергетическому переходу ионов иттербия 2F7/2→ 2F5/2 (рис. 1) и эрбия 4I15/2→ 4I13/2 (рис. 2). 850 900 950 1000 1050 0 2 4 6 8 10 α, с м -1 Длина волны, нм Рисунок 1 – Спектр коэффициента поглощения образца с содержанием Er 0.8×1020 см-3 и Yb 5.8×1020 см-3 в области 850-1050 нм Измерение спектров люминесценции в области 1400-1690 нм производилось по методу синхронного детектирования при возбуждении 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 376 на длине волны 976 нм. Результат изменения предствлен на рис. 3. 1400 1450 1500 1550 1600 1650 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 α, с м -1 Длина волны, нм Рисунок 2 – Спектр коэффициента поглощения образца с содержанием Er 0.8×1020 см-3 и Yb 5.8×1020 см-3 в области 1400-1650 нм 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 I, от н. е д. Длина волны, нм Рисунок 3 – Спектр интенсивности люминесценции образца с содержанием Er 0.8×1020 см-3 и Yb 5.8×1020 см-3 в области 1400-1700 нм Измерения временных характеристик люми- несценции проводились для четырех образцов с различной концентрацией примесных ионов (см. таблицу 1). Измерения проводились по методу, позволяющему минимизировать влияние перепо- глощения излучения люминесценции (повтор- ного поглощения испущенных фотонов) из-за перекрытия спектров поглощения и люминес- ценции в квазитрехуровневых средах [1, 2]. Таблица 1. Концентрации примесных ионов в исследуемых образцах № образца NYb, ×10 20 см-3 NEr, ×10 20 см-3 1 1,06 - 2 5,8 1,06 3 5,8 2,11 4 5,8 4,23 Кинетики затухания с уровня 2F5/2 иона Yb 3+ (переход 2F5/2→ 2F7/2) в образцах измерялись при возбуждении на длине волны 976 нм. Регистра- ция сигнала люминесценции производилась с помощью германиевого фотодетектора на длине волны 1080 нм. Для образца №1, активирован- ного лишь ионами Yb3+, кинетики люминесцен- ции затухали по моноэкспоненциальному закону и хорошо аппроксимировались экспоненциаль- ной функцией (см. рисунок 4). 0 1 2 3 4 0,002 0,007 0,018 0,050 0,135 0,368 1,000 Ин те нс ив но ст ь, о тн е д. Время, мс τ=700 мкс Yb-2% Рисунок 4 – Кинетики затухания люминесценции образца стеклокристаллического композита №1 в суспензии при максимальном разбавлении При увеличении объема глицерина в суспен- зии постоянная времени затухания кинетики уменьшалась и выходила на близкое к стацио- нарному значению при объеме глицерина более 0,8 мл. Это свидетельствует о том, что влияние перепоглощения излучения становилось не зна- чительным. Полученное время жизни уровня 2F5/2 ионов Yb 3+ в образце стеклокристалличе- ского композита на основе иттрий-алюминиевого бората, легированного только ионами иттербия, составило 700 мкс. Для образцов стеклокристаллических компо- зитов №2-4, соактивированных ионами Yb3 и Er3+, время затухания люминесценции на длине волны 1080 нм также уменьшалось при увеличе- нии объема глицерина. Были получены следую- щие результаты: для образца №2 время жизни составило 144 мкс; для образца №3 – 67.5 мкс; для образца №4 – 30 мкс. Для соактивированных образцов сигнал лю- минесценции характеризовался профилем зату- хания, отличным от экспоненциального. Время жизни уровня 2F5/2 ионов Yb 3+ в данном случае рассчитывалось по формуле [3]: ∫ ∫ ∞ ∞ = 0 0 )( )( dttI dtttI усрτ (1) Величина эффективности переноса энергии в соактивированных образцах рассчитывалась по формуле: 0 1 τ τ η −=→ErYb (2) Люминесценция соактивированных образцов на длине волны 1570 нм, которая соответствует энер- гетическому переход 4I13/2→ 4I15/2 ионов Er 3+ зату- хала по одноэкспоненциальном закону для всех трех образцов (№2-4) и не изменялась при добав- лении глицерина. Время затухания люминесценции ионов Er3+ сокращалось при увеличении содержа- ния эрбия с 410 до 300 мкс, что, по всей вероятно- сти, обусловлено влиянием концентрационного Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 377 тушения. Наиболее близким к радиационному вре- мени жизни уровня 4I13/2 ионов Er 3+ в стеклокри- сталлических композитах будет время затухания, измеренное в низко концентрированном образце №2, которое составило 410 мкс. Полученные результаты по временам затуха- ния люминесценции для всех исследованных образцов, а также рассчитанные значения эффек- тивности переноса энергии представлены в таб- лице 2. Таблица 2. Времена затухания люминесценции с уровня 2F5/2 ионов Yb 3+ и эффективности переноса энергии в исследуемых образцах № образца τYb ηYb→Er, % 1 700 2 144 79 3 67,5 90 4 30 96 Таким образом, в данной работе измерены спектры поглощения, люминесценции и кине- тики затухания люминесценции образцов стек- локристаллических композитов на основе ит- трий-алюминиевого бората, активированного ионами Yb3+, и соактивированного ионами Er3+ и Yb3+ с различной концентрацией, определено время жизни уровня 2F5/2 ионов иттербия в ис- следуемом материале. Для соактивированных образцов рассчитаны значения эффективности переноса энергии от ионов иттербия к ионам эр- бия. 1.Growth, optical characterization, and laser opera- tion of a stoichiometric crystal KYb(WO4)2 / M.C. Pujol [et al] // Phys. Rev. B. – 2002. – Vol. 65, №16. – P. 165121-165131. 2.Sumida, D.S. Effect of radiation trapping on fluo- rescence lifetime and emission cross section meas- urements in solid-state laser media / D.S. Sumida, T.Y. Fan // Opt. Lett. – 1994. – Vol.19. – P.1343- 1345. 3.Степанов, Б.И. Введение в теорию люминес- ценции / Б.И. Степанов, В.П. Грибковский – Мн.: изд-во АН БССР, 1963. – 443 с. 4. Energy-transfer studies and efficient cw laser oper- ation of a cw Er,Yb:YCOB laser at 1.5-1.6 μm / P. Burns [et al.] // Proc. SPIE. / SPIE. – Bellingham, 2003. – Vol. 4968. – P. 79-86. УДК: 621.373:535 ФАЗОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЬЦЕВОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА В РЕЖИМЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ Свирина Л.П. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Целью данной работы является теоретическое исследование фазовых характеристик четырех- частотного кольцевого газового лазера (ЧКГЛ) с эллиптическими состояниями поляризации гене- рируемых волн в условиях нестационарной гене- рации. Уравнения генерации для интенсивностей 1 2I ± , и разностей фаз 1,2 1.2 1,2 + −Ψ = Ψ − Ψ встречных волн с произвольными состояниями поляризации выведены на основе матричного формализма в [1]. Эллиптические состояния поляризации со- здаются при помещении в резонатор ЧКГЛ ли- нейной фазовой пластинки и оптического враща- теля. Матрицы Джонса такого резонатора для встречных направлений ( )± имеют вид: cos sin0 ˆ ˆ ˆ sin cos0 i i e M M Me ψ ψ φ φ φ φ     ++ −   −     −  = , = ,     (1) где ψ и φ - величина линейной и циркуляр- ной фазовой анизотропии,  означает транспонирование. Собственные значения мат- риц Мˆ ± и разность частот однонаправленных волн определяются как: 2 2 1 2 1 2 cos 2 cos 2 cos 2 cos 2 1 2arccos(cos 2 cos 2 )c c c L λ ψ φ ψ φ ω ω ψ φ ± , ± ± = ± − , − = / , (2) а состояния поляризации мод резонатора за- даются соотношениями: 1 11 2 { } 2 sinM Marctg tg sh ctgγ φ β φ ψ + += / − , = − , (3) 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2M M M M M M M M M M M M γ γ π ξ ξ γ γ ξ ξ + + + + − + − + , , , , − = / , = − , = , = − . (4) Здесь γ – азимут, 2thξ β= – эллиптичность, знаки ± отнесены к встречным направлениям распространения волн, цифры 1,2 обозначают номер резонаторной моды. Как следует из (3) (4), однонаправленные волны поляризованы ортого- нально, а встречные волны, соответствующие одинаковым модам резонатора, – неортого- нально: их азимуты одинаковы, а эллиптичности противоположны по знаку. Для рассматриваемого ЧКГЛ характерно наличие большого числа экспериментально ре- гулируемых параметров, поэтому вначале на ос- нове численного интегрирования уравнений ге- нерации при параметрах резонатора и активной среды, типичных для He Ne− ( 1 15 мкм)= .λ 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 378 лазера, определим область значений линейной и циркулярной фазовой анизотропии резонатора, в которой возможны автоколебательные режимы генерации эллиптически поляризованных волн. На рис. 1 эта область закрашена серым цветом. Рисунок 1 – Область автоколебаний Как следует из рисунка, в данной системе ав- токолебания возможны для не слишком больших значений эллиптичности: 0 0 2ξ≤ < . . Для значений 0 005= .ψ рад, 0 0015φ = . рад, которым на основании (3),(4) соответствуют сле- дующие параметры поляризации мод резонатора: 4 1 7 5 10Mγ + −= − . × , 1 0 146Mξ + = − . , определим обла- сти существования устойчивых режимов генера- ции для различных значений коэффициентов обратного отражения r и отстроек от центра ли- нии x. Как показано в [2], в данном ЧКГЛ, по- мимо стационарных режимов генерации бегущих и стоячих волн, в широкой области управляю- щих параметров существуют автоколебательные режимы генерации. На рис. 2 показаны периоди- ческие колебания интенсивностей 1I ± (а), 2I ± (б) и разностей фаз 1 2,Ψ (в) для 0 001r = . и различных отстройках: 43 2x = − . MГц (левая колонка), 0x = (средняя колонка) и 43 2x = . MГц (правая колонка). Сплошными линиями обозначены за- висимости 1 2I + , , 1Ψ , пунктирными – 1 2I − , , 2Ψ . В данном случае динамика генерации ЧКГЛ де- монстрирует закономерности, аналогичные об- наруженным в эксперименте [3] и описанным теоретически в [1] для линейно поляризованных волн. В обеих системах в режиме автоколебаний интенсивности встречных волн 1I ± ( 2I ± ), а также интенсивности однонаправленных волн 1I + , 2I + , ( 1I − , 2I − ), совершают антифазные колебания, а интенсивности встречных волн 1I + , 2I − , ( 1I − , 2I + ) – синфазные. Переход через центр линии сопро- вождается переключением интенсивностей и состояний поляризации встречных и однона- правленных волн. Рисунок 2 – Автоколебательные режимы генерации для различных отстроек Рисунок 3 иллюстрирует поведение средних (а) и мгновенных (б) значений разностей фаз в области отстроек вблизи центра линии, где происходит переключение интенсивностей. Рисунок 3 – Средние и мгновенные значения разностей фаз в области переключения интенсивностей: Ψ1 – сплошная линия, Ψ2 – пунктирная Как видно из рис. 3(а), средние значения раз- ностей фаз постоянны: 1 2π= − /Ψ , 2 2π= + /Ψ и не изменяются при переходе через центр линии, претерпевая скачки на 2π вдали от него. Отсут- ствие скачка на π для усредненных по времени фазовых переменных при переходе через центр линии было обнаружено при теоретическом ис- следовании динамики генерации скалярного поля в СО2 лазере [3]. Изменение мгновенных значений разностей фаз (рис. 3(б)) происходит непрерывно в узкой области отстроек (несколько десятков КГц) и имеет место не на центре линии, а вблизи точки 125x ≈ − кГц. Для значений 0 08рад 007радψ φ= . , = , 1 1 1 20 0035 0 0435 21 3M M c cγ ξ ω ω + + ± ±= − . , = − . , − = , МГц динамика генерации рассматриваемого ЧКГЛ существенно усложняется. Здесь мы ограни- чимся рассмотрением поведения фазовых харак- теристик для последовательности режимов гене- рации, наблюдаемых при переходе из области отрицательных в область положительных от- строек Рисунок 4 иллюстрирует поведение сред- них значений разностей фаз 1Ψ (а) и 2Ψ (б) в зависимости от х при r =0.001. Последователь- ность режимов генерации показана схематиче- ски: сплошными линиями отмечен стационарный Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 379 режим генерации одной стоячей волны, верти- кальными черточками – двух стоячих волн, тре- угольниками – автоколебания, стрелками пока- заны изменения средних значений разностей фаз на π, которые имеют место в области автоколе- баний. Рисунок 4 – Изменение средних значений разностей фаз при движении из области отрицательных в область положительных отстроек Поведение мгновенных значений интенсив- ностей и разностей фаз для х = - 0.0235 (а) и х = - 0.0287 (6) иллюстрирует рис. 5. В зависимости от условий регистрации, для которой выбирается некоторый конечный вре- менной интервал, изменения средних значений разности фаз могут происходить как непре- рывно, так и скачкообразно. Рисунок 5 – Скачки мгновенных значений разностей фаз на 2π при неизменных интенсивностях 1. Svirina, L.P. A four-frequency anisotropic- cavity ring gas laser / L.P. Svirina //Quantum & Semiclassical Optics, JEOS, part B. – 1998. – V. 10, № 1. P. 213—222. 2. Свирина, Л.П. Фазовая неустойчивость в четырехчастотном кольцевом газовом лазере с анизотропным резонатором / Л.П. Свирина // Квантовая электроника. – 2008. – Т38, № 1.– С.1 –15 (приглашенная статья). 3. Yasinskii, V.M. Polarization dynamics in He - Ne ring laser/ V.M Yasinskii // Proceedings of SPIE. – 1996. – V. 2792. – P. 166-170. 4. Pando, C.L. /Phase dynamics in a single mode class B laser / C.L. Pando, G.A. Luno Acosta // Optics Communications. – 1995. – V. 114, №2. – P. 509-518. УДК 539.26, 538.958, 621.373.8 СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИТАЛЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОКРИСТАЛЛЫ ОКСИДА ГАЛЛИЯ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ КОБАЛЬТА Скопцов Н. А.1, Глазунов И. В. 1, Лойко П.А. 1,4, Маляревич А. М. 1, Юмашев К. В. 1, Дымшиц О. С. 2, Жилин А. А. 2, Алексеева И. П.2, Шемчук Д. В. 2, Виткин В.В. 3, Харитонов А.А. 3 1НИЦ оптических материалов и технологий, Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» 3Университет ИТМО Санкт-Петербург, Россия 4Department of Materials and Nano Physics, School of Information and Communication Technology Kista, Sweden В настоящее время большой интерес иссле- дователей привлекает получение коротких и сверхкоротких импульсов лазерного излучения. Источники такого излучения востребованы в прецизионной обработке материалов, медицине дальнометрии, волоконных средствах передачи и обработки информации. Одним из способов по- лучения лазерного излучения такой длительно- сти является применение пассивных затворов на основе просветляющихся сред. Для лазеров спектрального диапазона 1.5 мкм большое рас- пространение получили затворы на основе твёр- дотельных сред с ионами кобальта [1-5]. Целью данной работы является создание и изучение спектрально-люминесцентных и нелинейно-оп- тических свойств новых материалов для пассив- ных затворов – ситаллов с наноразмерными кри- сталлами оксида галлия, легированных ионами кобальта, Сo2+: Ga2O3. Исходное стекло литиевогаллиевоалюмо-си- ликатной системы 13Li2O⋅23Ga2O3⋅64SiO2 c до- бавкой оксида кобальта было синтезировано в платинородиевом тигле при температуре 1580 oС с перемешиванием, отлито на металлическую 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 380 плиту и отожжено при температуре 640 oС. Ис- ходное стекло было термообработано при темпе- ратуре 730 oС в течение 6 часов. В результате термообработки получен прозрачный материал светло-синего цвета. Для определения структуры кристаллической фазы, выделившейся при термообработке, вы- полнен рентгенофазовый анализ (РФА). Измере- ние производилась с помощью дифрактометра Shimadzu XRD 6000 при излучении Cu Kα с ни- келевым фильтром. Согласно данным РФА, ма- териал содержит кристаллы оксида галлия Ga2O3 нанометрового размера. Наличие кристалличе- ской фазы также подтверждается данными про- свечивающей электронной микроскопии (TEM) (рисунок 1). Регистрация спектров поглощения образцов стекол и ситаллов (рисунок 2) осуществлялась с помощью спектрофотометра Cary Varian 5000. Анализ спектра показывает, что в состав нано- кристаллов входят двухвалентные тетракоорди- нированные ионы кобальта. В спектре видно, что край полосы поглощения ионов кобальта, вы- званный переходами 4А2( 4F)→4Т1g( 4F), в ситалле находится в области 1.75 мкм, что недоступно для других материалов с ионами кобальта. Ука- занная особенность позволяет использовать дан- ный материал для пассивных затворов в лазерах, излучающих в спектральном диапазоне 1,4-1,75 мкм. Рисунок 1. Снимок просвечивающей электронной микроскопии (TEM) ситалла с нанокристаллами оксида галлия Сo2+:Ga2O3 На рисунке 3 представлен спектр люминес- ценции ситалла с ионами кобальта. Возбуждение осуществлялось лазерным излучением с длиной волны 623 нм, регистрация производилась спек- трометром SOLAR S-100. Полосы свечения обу- словлены переходами ионов кобальта Сo2+ из возбужденного состояния 4A2g( 4F) (0.6 мкм) и 4T2g( 4F) (0.9 мкм) в основное состояние 4A2( 4F). 500 1000 1500 2000 0 3 6 9 12 15 730oC 4T1g( 4F) Ко эф ф иц ен n по гл ощ ен ия (с м- 1) Длинна волны (нм) 4T1g( 4P) Стекло Рисунок 2. Спектр поглощения ионов кобальта в стекле и ситалле с нанокристаллами Сo2+:Ga2O3 600 700 800 900 1000 110 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 4T2g( 4F) И нт ен си вн ос ть л ю ми не сц ен ци и (о тн . е д) Длинна волны (нм) x10 Возбуждение 623 нм 4A2g( 4F) Рисунок 3. Спектр люминесценции ионов кобальта в ситалле с нанокристаллами Сo2+:Ga2O3 На рисунке 4 представлена кинетика затуха- ния люминесценции ионов кобальта из состоя- ния 4A2g( 4F). Время жизни в возбужденном со- стоянии измерено с помощью фотоприемника Hamamatsu C 5460 и осциллографа Gwinstek GDS-71152A и составляет 170 нс. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,01 0,1 1 И нт ен си вн ос ть л ю ми не сц ен ци и (о тн . е д. ) Люминесценция 850 нм τ=170 нс Время (мкс) Возбужедение 623 нм Рисунок 4. Кинетика затухания люминесценции ионов кобальта в ситалле с нанокристаллами Сo2+:Ga2O3 Исследована зависимость пропускания ситал- лов от интенсивности падающего лазерного из- лучения. Образец толщиной 4 мм облучался ла- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 381 зерными импульсами с энергией 1.3 мДж, дли- тельностью 85 нс на длине волны 1540 нм. Диаметр сфокусированного пятна на образце составлял 70 мкм. Для обработки эксперимен- тальных данных, которые показывают, что си- талл с нанокристаллами Сo2+:Ga2O3, хорошо про- светляется, использовалась модель медленно релаксирующего насыщающегося поглотителя [3]:         ⋅γ+−⋅γ−⋅⋅−= − sa I E sa I E )e()( L )T/ln( I dz dE sa 000 0 11 1 где Isa=hυ/σa – интенсивность насыщения по- глощения; γ= σesa/σa – контраст просветления; σa и σesa – поперечные сечения поглощения из ос- новного и возбужденного состояний, соответ- ственно. По результатам моделирования опреде- лены контраст просветления γ=0.12, поперечные сечения поглощения из основного σa=1.7•10 -19 см2 и возбужденного σesa=0.2•10 -19 см2 состояний. С помощью исследованного материала полу- чена пассивная модуляция добротности лазера на эрбиевом стекле с поперечной диодной накач- кой. Накачка осуществлялась лазерным диодом с длинной волны 940 нм и мощностью до 70 Вт. В качестве активной среды использовался стер- жень ø1.6х24 мм. Резонатор лазера длиной 65 мм был образован парой плоских зеркал. Пропуска- ние выходного зеркала на длине волны генера- ции составляло 13%. Начальное пропускание пассивного затвора толщиной 0.5 мм Т=85%. Радиус моды внутрирезонаторного излучения на затворе составлял 150 мкм. В описанном лазере были получены импульсы излучения с энергией 1.75 мДж и длительностью 25.4 нс. Таким образом, в работе синтезирован новый лазерный материал – ситалл, содержащий нано- кристаллы оксида галлия с ионами кобальта Сo2+:Ga2O3. Исследованы его структурные, спек- трально-люминесцентные и нелинейно-оптиче- ские свойства. Получена пассивная модуляция добротности эрбиевого лазера с поперечной ди- одной накачкой. Показано, что ситаллы с нано- кристаллами оксида галлия Сo2+:Ga2O3 являются перспективной средой для пассивной модуляции добротности лазеров спектрального диапазона 1.4-1.75 мкм. 1. Konstantin V. Yumashev, "Saturable absorber Co2+:MgAl2O4 crystal for Q switching of 1.34- µm Nd3+:YAlO3 and 1.54-µm Er 3+:glass lasers," Appl. Opt. 38, 6343-6346 (1999). 2. K.V. Yumashev, I.A. Denisov, N.N. Posnov, P.V. Prokoshin, V.P. Mikhailov. Nonlinear ab- sorption properties of Co2+:MgAl2O4 crystal. Appl. Phys. B 70, 179–184 (2000). 3. Denisov I.A., Demchuk M.I., Kuleshov N.V., Yumashev K.V. Co2+:LiGa5O8 saturable absorber passive Q-switch for 1.34 μm Nd3+:YAlO3 and 1.54 μm Er3+:glass lasers. Appl. Phys. Lett., 77, 2455-2457 (2000). 4. John B. Gruber, Ann W. Kennedy, Bahram Zandi and James A. Hutchinson "Modeling of the Co2+saturable absorber Q-switch for the Er:Yb:glass laser (1.534 um)", Proc. SPIE 3928, Nonlinear Materials, Devices, and Applications, 142 (March 23, 2000). 5. Alexander M. Malyarevich, Igor A. Denisov, Konstantin V. Yumashev, Olga S. Dymshits, Al- exander A. Zhilin, and Uk Kang, "Cobalt-doped transparent glass ceramic as a saturable absorber Q switch for erbium:glass lasers," Appl. Opt. 40, 4322-4325 (2001). УДК 534-16:534-8:621.9.048.6 КОНЦЕНТРАТОРЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ОСНОВЕ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ Степаненко Д.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Возможность создания концентраторов уль- тразвуковых колебаний на основе кольцевых упругих элементов с постоянной и переменной площадью поперечного сечения была ранее тео- ретически обоснована автором [1, 2]. Основными преимуществами концентраторов на основе кольцевых упругих элементов по сравнению со стержневыми концентраторами являются про- стота изготовления, малые габаритные размеры и масса. В данной работе дается теоретическое обоснование возможности использования в каче- стве концентраторов ультразвуковых колебаний неоднородных кольцевых упругих элементов, состоящих из двух кольцевых сегментов, выпол- ненных из материалов с различным модулем упругости. В качестве прототипа для подобного типа концентраторов послужили стержневые концентраторы, состоящие из двух соединенных между собой четвертьволновых стержней с раз- личным модулем упругости и одинаковой пло- щадью поперечного сечения, ступенчатое изме- нение модуля упругости в которых равносильно ступенчатому изменению площади поперечного сечения в ступенчатых стержневых концентра- торах. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 382 В качестве основы для теоретического ана- лиза возможности усиления колебаний неодно- родными кольцевыми упругими элементами были использованы дифференциальные уравне- ния колебаний однородного кольцевого сег- мента. Неизвестные постоянные в общих реше- ниях этих уравнений определялись таким обра- зом, чтобы обеспечить непрерывное сопряжение решений на границе сегментов концентратора и выполнение граничных условий, описывающих симметричность колебаний относительно плос- кости симметрии концентратора. Характер об- щих решений определяется видом корней куби- ческого уравнения 0)1()1()2( 23 =ξ−ξ+ζξ−ξ−+ζξ++ζ ppp , (1) где 2SRJp = – безразмерный геометрический параметр, J – осевой момент инерции попереч- ного сечения сегмента, S – площадь поперечного сечения сегмента, R – радиус средней линии сег- мента, 20 2 ωω=ξ p – безразмерный частотный параметр, ω – круговая частота колебаний, ρ=ω ER)1(0 . Существуют три точки изменения характера корней уравнения (1): UML ξ<ξ<ξ . В случае UM ξ≤ξ<ξ амплитуда V тангенциальных колебательных смещений точек средней линии кольцевых сегментов после учета условий сим- метрии, позволяющих сократить число неизвест- ных постоянных в каждом из общих решений с 6 до 3, будет выражаться равенствами )sh()sh()sin()( 11311211111 ϕ+ϕ+ϕ=ϕ fAeAdAV , (2) )sh()sh()sin()( 22622522422 ϕ+ϕ+ϕ=ϕ fAeAdAV , (3) где d1, e1, f1, d2, e2, f2 – окружные волновые числа, выражаемые через корни уравнения (1); A1..A6 – неизвестные постоянные, подлежащие определе- нию из условий сопряжения решений; φ1 и φ2 – угловые координаты, отсчитываемые от сечений, в которых плоскость симметрии пересекает сег- менты. Подстановка общих решений (2)-(3) в усло- вия сопряжения приводит к системе линейных однородных алгебраических уравнений для определения неизвестных постоянных A1..A6: 0)( =ω AM , (4) где M – матрица размером 6 x 6, A – вектор не- известных постоянных. Система (4) имеет нетривиальное решение при условии 0)(det =ωM , из которого могут быть определены резонансные частоты колебаний. Расчет собственных форм колебаний, зави- сящих от значения вектора A, затрудняется тем, что матрица M(ω) в окрестности точек резонанса является плохо обусловленной. В связи с этим решение системы (4) производится методом син- гулярного разложения (SVD-разложения). Пра- вые сингулярные векторы, соответствующие ну- левым или близким к нулю сингулярным числам матрицы M(ω), будут являться линейно незави- симыми нетривиальными решениями системы (4). В качестве численного примера, подтвер- ждающего возможность усиления колебаний неоднородными кольцевыми концентраторами, был рассмотрен расчет концентратора со следу- ющими параметрами: радиус средней линии R = 29 мм; толщина в радиальном направлении h = 2 мм; модули упругости материалов сегмен- тов E1 = 2,1·10 11 Па (сталь), E2 = 1,3·10 11 Па (бронза); плотности материалов сегментов ρ1 = 7800 кг/м 3, ρ2 = 8300 кг/м 3; центральный угол стального сегмента 2φ0 = π/2. Были рас- смотрены частоты колебаний f в диапазоне от 20 до 25 кГц. На рисунке 1 приведена резонансная кривая концентратора, представляющая собой график зависимости |))(detlg(| fM от частоты f. Рисунок 1 – Расчетная резонансная кривая кольцевого концентратора Точки, в которых −∞→|))(detlg(| fM , соот- ветствуют резонансным частотам, одной из ко- торых является частота fрез = 22,75 кГц. Для этой частоты с помощью метода SVD-разложения была рассчитана собственная форма колебаний, распределение амплитуды радиальных колеба- тельных смещений W(φ) для которой приведено на рисунке 2. Распределение амплитуды показано для по- лукольца, отсекаемого плоскостью симметрии. Из множества линейно зависимых нетривиаль- ных решений системы (4) было выбрано реше- ние, удовлетворяющее условию 1=A . Как следует из анализа рисунка 2, рассматри- ваемая собственная форма колебаний характери- зуется наличием усиления колебаний по ампли- туде с коэффициентом усиления 53,1)0()( =π= WWK . Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 383 Рисунок 2 – Расчетная собственная форма колебаний кольцевого концентратора для частоты f = 22,75 кГц Таким образом, приведенный численный пример показывает возможность усиления уль- тразвуковых колебаний по амплитуде с помо- щью неоднородных кольцевых концентраторов. 1. Степаненко, Д.А. Разработка и исследова- ние нового типа концентраторов ультразву- ковых колебаний на основе кольцевых упругих элементов / Д.А. Степаненко [и др.] // Материалы. Технологии. Инструменты. – 2013. – Т. 18, № 2. – С. 90-94. 2. Степаненко, Д.А. Влияние формы кольце- вого концентратора ультразвуковой си- стемы на коэффициент усиления амплитуды колебаний / Д.А. Степаненко, И.В. Луговой, В.П. Луговой // Наука и техника. – 2016. – № 3. – С. 209-215. УДК 620.179.14 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАМАГНИЧИВАНИЯ ТОНКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ Стрелюхин А.В.1, Осипов А.А.2 1Белорусский национальный технический университет 2Институт прикладной физики НАН Беларуси Минск, Республика Беларусь Неразрушающий магнитный контроль полу- чил широкое распространение для решения раз- нообразных задач обеспечения надежности вы- пускаемых изделий из ферромагнитных матери- алов, что обусловлено их широким использованием во многих отраслях промыш- ленности. Кроме того, он имеет высокую произ- водительность, надежность, точность и позво- ляет проводить испытания без разрушения изде- лия. Для приборной реализации магнитного кон- троля необходимы разнообразные источники и измерители магнитного поля. Необходимые рас- четы таких устройств и систем проводятся с ис- пользованием уравнений Максвелла и соответ- ствующих конкретной задаче граничных усло- вий. Однако из-за гистерезиса и нелинейности магнитных характеристик материала строго ре- шить систему уравнений Максвелла для ферро- магнитных изделий затруднительно. Поэтому для моделирования процесса намагничивания ферромагнитных материалов используют чис- ленные методы. Такие численные методы как сеток, конечных элементов, граничных элементов и т.д. для своей реализации требуют учета граничных условий на поверхности объекта контроля (раздельно для нормальной n  и тангенциальной τ  составляю- щих) [1]. Известны подходы, при использовании которых расчет можно ограничить только объе- мом, занимаемым ферромагнетиком. Одним из таких методов является метод пространственных интегральных уравнений, результативность ко- торого подтверждается рядом публикаций [2 – 4]. При моделировании и расчете магнитного со- стояния тонколистового проката возникает необ- ходимость в решении трехмерной задачи. Это обусловлено геометрией изделия, анизотропией материала (при ее наличии) и использованием для намагничивания прямоугольных катушек [5]. Важным вопросом при численном моделиро- вании процесса намагничивания является выбор способа описания зависимости намагниченности материала образца от величины поля. Для этого часто используются экспериментальные кривые, как наиболее точно соответствующие реальным физическим процессам, происходящим в матери- але образца при намагничивании. Однако для достижения высокой точности вычислений тре- буется измерять большие массивы эксперимен- тальных зависимостей M(H). Кроме того, возни- кают трудности при вычислении дифференци- альных величин. В связи с этим при расчетах часто используют аналитические выражения [6, 7] для описания нелинейных свойств ферромаг- нетика. В настоящей работе рассмотрено численное моделирование тонкого ферромагнитного листа, намагниченного двумя прямоугольными катуш- ками. Расчет проводился для намагничивающей и измерительной системы, которые помещались 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 384 на прямоугольный образец низкоуглеродистой стали толщиной 0,786 мм и размером 200х200 мм2. Намагничивающая система представлена двумя прямоугольными катушками с размерами 210×55 мм2, включенными согласно по полю (рисунок 1). Расстояние между осями катушек составляло 114 мм. Измерительная система вы- полнена из двух полузондов, расположенных друг над другом вдоль поля H над образцом (ри- сунок 1). Материал листа полагали изотропным со сле- дующими магнитными характеристиками: коэр- цитивная сила Hcs = 137 А/м, остаточная намаг- ниченность Mr = 872000 А/м; начальная магнит- ная проницаемость μн = 350. Рисунок 1 – Расположение намагничивающей и измерительной систем За основу численного расчета взято нелиней- ное уравнение ( ) ( ) n NQ N V Q dV r NMQH M         −= ∫ 1 gradgrad 4 1  π , (1) где N – точка источника поля; ( )QH – вектор напряженности магнитного поля в точке Q; ( )NM – вектор намагниченности в точке N; VM – объем ферромагнетика; NQr  – радиус-вектор из точки источника N в точку наблюдения Q. Моделируемый образец разбивался на задан- ное число элементов по каждой координате. В методе пространственных интегральных уравне- ний поле iHрез.  в каждой точке наблюдения опре- делялось как векторная сумма намагничиваю- щего поля .iHнам  и поля от элементов ферромагнетика .jHфер  : ∑+= j .j.ii HHH фернамрез.  . (2) При расчете использовались аппроксимиру- ющие выражение [7] для основной кривой намагничивания, которое следует из формулы для петель магнитного гистерезиса: ( ) ( ) × ++ += = 2 1 2/12/3 2 2 2 31 2 π/ cscsmm csmmmtss m HkHHkH HHkkHHHkM M       ′ − − ′ + × 00 arctgarctg H HH H HH mcsmcs ; (3) ( ) ( ) × ++ + ±= 2 1 2/12/3 2 2 3 2 1 2 π/ cscsm mcstsms HkHHkH HkHkHkHM M m        + ′ + − ′ ± × 00 arctgarctg2 H HH H HH mcscs        ′ − + 0 arctg H HH mcs , (4) где знак «+» относится к нисходящей ветви петли гистерезиса, знак «–» – к восходящей; M – намагниченность; Ms – намагниченность насы- щения; Hcs – коэрцитивная сила по предельной петле гистерезиса; Hm – максимальная величина напряженности перемагничивающего поля; kts, k1 и k2 – безразмерные коэффициенты, 0H ′ и k3(Hm) – параметры. Задача численного моделирования парамет- ров контроля сводится к расчету поля в области наблюдения (расположения измерительных дат- чиков) по аналогии с формулой (2). Величину градиента вычисляют по значениям поля в двух точках и расстоянию между ними по соответ- ствующей оси. На рисунке 2 приводится пример зависимости поперечного градиента магнитного поля в зави- симости от значения y. В центре графика имеется область малых изменений градиента, что пока- зывает уменьшение чувствительности данного магнитного параметра как к смещениям намаг- ничивающей системы, так и измерительной си- стемы, что особенно важно при контроле в по- токе производства, где при изготовлении на про- катном стане движущийся лист колеблется. Рисунок 2 – Поперечный градиент магнитного поля ∂Hy/∂z по оси y Сравнение модели и эксперимента показало, что различие между рассчитанными и изме-рен- ными магнитными параметрами составляет не более 10 %, что объясняется погрешностью па- раметров петли гистерезиса, неоднородностью образцов, недостаточным числом элементов раз- биения и т.д. Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 385 Работа выполнялась при поддержке БРФФИ и РФФИ договор № Т16Р-040. 1. Демирчян К.С., Чечурин В.Л. Машинные расчеты электромагнитных полей. – М.: Высш. шк., 1986. – 240 с. 2. Пеккер И.И. К расчету магнитных систем методом интегрирования по источникам поля // Изв. вузов. Электромеханика. – 1968. – № 9. – С. 940-943. 3. Курбатов П.А., Аринчик С.А. Численный расчет электромагнитных полей. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 168 с. 4. Матюк В.Ф., Чурило В.Р., Стрелюхин А.В. Численное моделирование магнитного со- стояния ферромагнетика в неоднородном постоянном поле методом пространствен- ных интегральных уравнений. I. Описание методики расчета // Дефектоскопия. – 2003. – № 8. – С. 71-84. 5. Счастный А.С., Осипов А.А. Исследование возможности контроля анизотропии листо- вого проката // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2014. – № 3. – С. 20-33. 6. Мельгуй М.А. Формулы для описания не- линейных и гистерезисных свойств ферро- магнетиков // Дефектоскопия. – 1987. – № 11. – С. 3-10. 7. Матюк В.Ф., Осипов А.А. Математическая модель намагничивания ферромагнетиков // Доклады НАН Беларуси. – 2004. – Т. 48. – № 5. – С. 43-45. УДК 620.179.14 ОЦЕНКА АНИЗОТРОПИИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ МЕТОДОМ Счастный А.С., Осипов А.А., Бурак В.А. Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси Минск, Республика Беларусь Анизотропия механических свойств плоских ферромагнетиков формируется при производ- стве и во многом обусловлена технологиче- скими процессами изготовления. Учет анизо- тропии позволяет повысить качество как изго- тавливаемой продукции, так и повысить технологичность производства, поскольку ани- зотропия оказывает влияние на качество и эко- номичность механической обработки (резка, штамповка и т.д.), причем это влияние неодно- значно и зависит от ряда факторов, среди кото- рых особое значение имеют вид выпускаемой продукции, технологический процесс использу- емой при изготовлении механической операции и дальнейшие эксплуатационные условия ра- боты изделия. Контроль величины механической анизо- тропии листового проката стали на предприя- тиях обычно осуществляется выборочно меха- ническими (разрушающими) методами согласно ГОСТ 9045-93, а также неразрушающими мето- дами контроля [1, 2]. Использование неразру- шающих методов контроля анизотропии позво- ляет более экономно использовать листовой прокат, идущий в производство, повышают ка- чество и надежность изделий, но требуют ана- лиза и исследований, проводимых как на стадии внедрения, так и при дальнейшем использова- нии на производстве. Для контроля механиче- ской анизотропии стального проката широкое распространение получили магнитные методы контроля [3], основой для использования кото- рых является связь магнитных параметров со структурным состоянием вещества. В ряде работ [4-6], проведенных коллекти- вом авторов, было показано, что импульсный магнитный метод имеет значимые коэффици- енты корреляции с коэффициентом нормальной анизотропии Rn, а в ряде случаев коэффициенты корреляции составляли 0,8 и более. В этих ра- ботах связь между магнитными параметрами и механической анизотропией листового проката стали в зависимости от температуры термооб- работки металла не исследовалась, но данная задача представляет особый интерес для даль- нейшего исследования возможностей магнит- ного метода при контроле механической анизо- тропии и для практического использования. Измерения проводились на листах низкоугле- родистой стали толщиной 3 мм и размерами 1000х1000 мм2. Листы стали имели различную температуру отжига после прокатки. Как и ранее [4-6], в качестве областей для измерения гради- ента напряженности остаточного магнитного поля были выбраны четыре точки в диагоналях прямоугольного образца, одинаково отстоящие от краев. Намагничивающая система состояла из двух согласно по полю (вдоль оси y) включенных прямоугольных катушек с размерами 210х55 мм2. Расстояние между осями катушек составляло 114 мм. Для намагничивания использовался импульсный магнитный анализатор ИМА-5Б. Измерения выполнялись 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 386 поперечным градиентометром, изготовленным из двух полузондов, используемых в приборах типа ИМА, расположенных друг над другом вдоль поля H над образцом и включенных встречно. Расстояние между полузондами поперечного градиентометра составляло 11 мм. При измерениях поперечный градиентометр подключался к прибору ИМА-4М. Усредненные результаты измерения проек- ций поперечного градиента остаточного магнит- ного поля при намагничивании и измерении вдоль направления прокатки в исследуемых об- ластях представлены на рисунке 1. На рисунке 2 представлены результаты измерения проекций поперечного градиента остаточного магнитного поля при намагничивании и измерении поперек направления прокатки в тех же областях. Рисунок 1– Зависимость тангенциальных проекций поперечного градиента остаточного магнитного поля от температуры отжига Tотж вдоль направления прокатки Из представленных на рисунках 1 и 2 зависи- мостей видно, что значения градиента остаточ- ного магнитного поля, измеренные вдоль и попе- рек прокатки, различаются. В обоих случаях имеется участок, характеризующийся стабильно- стью измеряемого магнитного параметра при малых значениях температуры отжига, однако в случае измерений вдоль направления прокатки спад величин градиента поля начинается не- сколько раньше, что приводит к уменьшению и коэффициента магнитной анизотропии ∇H0/∇H90 (рисунок 3). Дальнейшее повышение температуры отжига исследуемых стальных образцов приводит к неоднозначному снижению величины градиен- тов остаточного магнитного поля вдоль и попе- рек направления прокатки. Если для случая из- мерения градиента поперек направления про- катки такую зависимость можно считать близкой к линейной, то в случае измерения вдоль направ- ления прокатки в области температуры, равной 450 °С наблюдается скачок значения. Рисунок 2 – Зависимость тангенциальных проекций поперечного градиента остаточного магнитного поля от температуры отжига Tотж поперек направления прокатки Рисунок 3 – Зависимость от температуры от- жига Tотж. коэффициента анизотропии ∇H0/∇H90 для поперечного градиента напряженности остаточного магнитного поля при согласном намагничивании Из литературных источников известно, что при температуре отжига свыше 400 °С в стали начинаются структурные изменения, которые влияют на величины механических и магнитных свойств, в данном случае степень влияния тем- пературы термообработки зависит от выдержки при данной температуре и ее величины. Это и обуславливает ход зависимостей. В качестве параметра неразрушающего кон- троля анизотропии механических свойств мо- жет быть использован безразмерный коэффици- ент магнитной анизотропии ∇H0/∇H90,. Из ри- сунка 3 видно, что коэффициент магнитной анизотропии ∇H0/∇H90 в области структурных изменений может иметь значение больше еди- ницы при малых величинах температуры от- жига Tотж.. Затем его величина становится меньше единицы после структурных превраще- ний, происходящих в стали при повышении температуры отжига, проходит через мини- мальное значение и стремится к единице при высокой температуре отжига (700 °С и выше). 0 100 200 300 400 500 600 700 0 200 400 600 800 0 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 800 0 0.5 1 1.5 0 200 400 600 800 Tотж., °C Tотж., °C Tотж., °C ∇H0, А/м2 ∇H0 ∇H9 ∇H90, А/м2 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 387 Работа выполнялась при поддержке БРФФИ и РФФИ договор № Т16Р-040. 1. Матюк, В.Ф. Состояние неразрушающего контроля штампуемости листового проката сталей / В.Ф. Матюк // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2012. – № 3. – С. 15-42. 2. Востриков, А.А. Использование ком- плексного показателя для оценки штампу- емости холоднокатаного листового про- ката / А.А. Востриков [и др.] // Сталь. – 1993. – № 7. – С. 47-49. 3. Щербинин, В.Е. Магнитный контроль ка- чества металлов / В.Е. Щербинин, Э.С. Горкунов. – Екатеринбург, 1996. – 266 с. 4. Счастный, А.С. Исследование возможно- сти контроля анизотропии листового про- ката / А.С. Счастный, А.А.Осипов // Не- разрушающий контроль и диагностика. – 2014. – № 3. – С. 20-33. 5. Счастный, А.С. Механическая анизотро- пия и параметры петли магнитного гисте- резиса листового проката низкоуглероди- стых сталей / А.С. Счастный, А.А.Осипов // Неразрушающий контроль и диагно- стика. – 2015. – № 3. – С. 15-27. 6. Счастный, А.С. Исследование возможности использования приборов магнитного кон- троля для оценки механической анизотро- пии листового проката / А.С. Счастный, А.А.Осипов // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2015. – № 3. – С. 54-66. УДК 621.382.002 ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖУРОВНЕВОГО ДИЭЛЕКТРИКА ПРЯМЫМ ОСАЖДЕНИЕМ ИЗ ИОННЫХ ПУЧКОВ Телеш Е.В., Вашуров А.Ю., Святохо С.В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск, Республика Беларусь Существующие вакуумные методы форми- рования межуровневого диэлектрика, основан- ные на термическом испарении, ионном распы- лении, связаны с использованием дорогостоящих мишеней и материалов для испарения. Энергия осаждаемых на подложку атомов составляет 0,01–5 эВ, что не позволяет получать тонкопле- ночные покрытия с высокой адгезией и требуе- мой микроструктурой при низких температурах подложки. Прямое осаждение из ионных пучков предполагает использования только рабочего газа, причем стоимость последнего намного ниже стоимости мишеней [1]. Формирование слоев межуровневого диэлек- трика из SiO2 осуществляли осаждением из ион- ных пучков смеси 5 % SiH4 + 95 % Ar и кисло- рода. Остаточный вакуум в процессе нанесения не превышал значения (2–3)·10-3 Па. Покрытия осаждались на неподвижные подложки из крем- ния. Режимы работы ионного источника на ос- нове торцевого холловского ускорителя были следующими: анодное напряжение – 75 – 136 В, ток разряда – 1– 4 А, ток соленоида – 3–4 А, ток эмиттера электронов – 11–12 А. Температура подложек составляла 333–613 К. Исследование электрофизических парамет- ров (диэлектрическая проницаемость ε, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, электрическая прочность Епр) межуровневого диэлектрика из SiO2 осуществляли путем изменения характери- стик структур металл–диэлектрик– полупровод- ник. Полученные тестовые образцы измерялись с помощью моста Е7-20 (емкость и tgδ) и харак- териографа TR-4805 (пробивное напряжение). Значение ε определяли расчетным путем из ве- личины емкости тестовой структуры. Исследовалось влияние тока и напряжения разряда, состава рабочего газа и температуры подложки на ε, tgδ и Епр. Было обнаружено, что для покрытий из SiO2 увеличение парциального давления кислорода с 4,0⋅10–2 до 2,0⋅10–3 Па при- водит к возрастанию ε с 1,9 до 4,8. Тангенс угла потерь был минимален (0,04) при давлении 6,65⋅10–2 Па, затем возрастал до 0,41 при 9,3⋅10–2 Па. Значения Епр практически не изменялись. Увеличение парциального давления SiH4 приво- дило к снижению ε с 5,8 до 3,7, tgδ и Епр почти не изменялись. Повышение тока разряда с 1 до 4 А способствовало возрастанию ε до 4,3, а Епр – уменьшению с 8,0⋅106 В/см до 3,2⋅106 В/см. Тан- генс угла потерь находился в пределах 0,25 – 0,45 и не коррелировал однозначно с величиной Iр. Установлено также, что величина напряжения разряда практически не влияет на электрофизи- ческие параметры пленок SiO2. Повышение тем- пературы подложки с 413 до 613 К способство- вало увеличению ε с 1,2 до 5,61 а также повы- шению Епр с 3,4⋅10 6 до 5,2⋅106 В/см, т.е. улучшению диэлектрических параметров. На тангенс угла диэлектрических потерь темпера- тура подложки практически не влияла – tgδ=0,15–0,18. Тонкопленочные покрытия для межуровне- вого диэлектрика должны обладать высокой ад- гезией к металлу нижнего уровня, иметь мини- мальную пористость, обеспечивать конформное 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 388 заполнение ступеньки на металле нижнего уровня. Важным требованием к межуровневому ди- электрику является его низкая пористость. По- этому было проведено исследование влияния технологических режимов на пористость пленок диоксида кремния. Для исследования пористости покрытия оса- ждались на неподвижные подложки из арсенида галлия. Температура подложек составляла 333– 353 К. На поверхность диэлектрического покры- тия наносилась тонкая пленка из алюминия. По- лученная структура подвергалась нагреву при 953 К в течение 5 мин. После охлаждения прово- дился подсчет количества пор с использованием оптического микроскопа. Результаты измерений представлены в таблице 1 и на рисунке 1. Таблица 1 – Результаты исследования пористости покрытий от режимов нанесения № обр. РО2, Па РSiH4, Па Ua, B Ip, A N, см–2 1 5,3·10–2 1,85·10–1 100 1,5 112 2 5,3·10–2 1,85·10–1 75 4,0 182 3 5,3·10–2 1,85·10–1 75 3,0 73 4 5,3·10–2 1,85·10–1 75 3,0 29 Анализ полученных результатов показал, что повышение мощности разряда со 150 до 300 Вт привело к возрастанию пористости с 112 до 182 см–2. Это означает, что высокая скорость нанесе- ния способствует росту покрытия с неплотной структурой, что может привести к увеличению числа пор. На пористость оказывает сильное влияние и толщина слоя диэлектрика, о чем сви- детельствуют данные по образцам 3 и 4. Увели- чение толщины диэлектрика ~ в 2 раза привело к снижению количества пор в 2,5 раза. Пористость и неоднородная структура пленки диэлектрика может привести к короткому замы- канию между нижним и верхним слоем металла. Было проведено исследование влияния режимов нанесения на число короткозамкнутых МДМ структур. Внешний вид тестовой структуры при- веден на рисунке 2. Режимы нанесения и резуль- таты измерений приведены в таблице 2. Установлено, что увеличение скорости нане- сения и толщины диэлектрика приводит к сни- жению числа короткозамкнутых структур. Для определения качества заполнения сту- пеньки на металле нижнего уровня использова- лась тестовая структура, представленная на ри- сунке 3. В нижнем слое металла с применением обратной фотолитографии осуществлялось фор- мирование проводников первого уровня. После нанесения межуровневого диэлектрика осу- ществлялось нанесения второго уровня металла. Конфигурация последнего формировалась с ис- пользованием металлической маски. Межуров- невый диэлектрик наносился на неподвижную подложку и при вращении последней. Установ- лено, что во втором случае число короткоза- мкнутых проводников меньше. Таблица 2 – Результаты исследования количества процентов незамкнутых (НЗ) МДМ структур от режимов нанесения № обр. РО2, Па РSiH4, Па Ua, B Ip, A t, мин НЗ, % 1 5,3·10–2 1,85·10–1 100 1,5 17 2,1 2 5,3·10–2 1,85·10–1 75 4,0 6 0,5 3 5,3·10–2 1,85·10–1 75 3,0 10 0,8 4 5,3·10–2 1,85·10–1 75 3,0 22 1,8 а б в а – образец 3; б – образец 3; в – образец 4 Рисунок 1– Результаты исследования пористости покрытий Рисунок 2 – Внешний вид тестовой структуры Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 389 Рисунок 3 – Внешний вид тестовой структуры для исследования заполнения ступеньки на металле нижнего уровня Для оценки адгезии межуровневого диэлек- трика к металлу первого уровня осуществлялось нанесение на подложки из кремния, покрытые пленками алюминия и меди. Установлено, что покрытия имели адгезию, соответствующую уровню 4В–5В ASTM в диапазоне анодного напряжения 55–125 В. 1. Электрофизические процессы и оборудова- ние в технологии микро- и наноэлектро- ники: монография / А.П. Достанко [и др.]; под общей ред. А.П. Достанко, А.М. Русец- кого.– Минск: Бестпринт, 2011.– 210 с. УДК 621.793.7 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ИОННО-ЛУЧЕВОГО РАСПЫЛЕНИЯ НА СТЕХИОМЕТРИЮ ПЛЕНОК ДИОКСИДА КРЕМНИЯ Телеш Е.В., Гуревич О.В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск, Республика Беларусь Диэлектрические пленки из диоксида крем- ния широко применяются в микроэлектронике и оптике. Например, важной задачей в арсенид- галлиевой технологии является формирование высококачественных диэлектрических слоев раз- личного функционального назначения, т.к. суще- ствующие технологии не позволяют получать на поверхности GaAs качественные слои из соб- ственного оксида, в отличие от кремниевой тех- нологии. Нестехиометрический состав диэлектрика приводит к росту плотности поверхностных со- стояний на границе раздела, увеличивает токи утечки и частотную дисперсию диэлектрической проницаемости, снижает электрическую проч- ность. Это приводит к гистерезису С–V характе- ристик гетероструктур «диэлектрик– GaAs», ги- стерезису стоковых характеристик и долговре- менному дрейфу напряжения стока полевых транзисторов. Поэтому проблема формирования диэлектрических слоев стехиометрического со- става является весьма актуальной. Инфракрасный спектральный анализ является одним из основных методов исследования со- става пленок диоксида кремния. Критерием сте- хиометричности пленок является положение в ИК спектре поглощения основной полосы νas, соответствующей валентным антисимметричным колебаниям Si←→O←Si. Чем выше частота ко- лебаний этих связей, тем состав пленки ближе к стехиометрическому. Исследования стехиометрии пленок SiOх, по- лученных ВЧ магнетронным распылением кварца, показали, что основная полоса находи- лась на частоте 1060 см–1 . Пленки наносились на холодную подложку. Отжиг при 1473 К при- вел к смещению полосы в высокочастотную об- ласть до 1080 см–1. Повышение температуры подложки с 373 до 723 К при ВЧ диодном рас- пылении кварцевой мишени привело к увеличе- нию частоты с 1057 до 1072 см–1. Исследование свойств пленок SiOх, получен- ных реактивным диодным распылением крем- ния, показало, что сдвиг основной полосы в вы- сокочастотную область наблюдался при сниже- нии скорости нанесения, уменьшения парциального давления кислорода в рабочем газе и увеличении температуры подложки. Это было связано с увеличением плотности пленок, уменьшением пористости и содержания влаги. Пленки диоксида кремния, полученные ИЛР кварцевой мишени ионами аргона с энергией 1400 эВ и с ионным током 25 – 40 мА, имели основную полосу поглощения на частоте 1050 см–1. Пленки со скоростью 0,09– 0,11 нм·с–1 наносились на холодные подложки. В работе [1] проведено исследование стехиометрии SiOх– пленок, полученных ИЛР мишени, изготовлен- ной из чистого (99,9984 %) SiOх. Энергия рас- пыляющих ионов составляла ~ 4000 эВ, ток ион- ного пучка – 200 мА, температура подложки – 473 К. Установлено, что положение полосы νas сложным образом зависит от процентного со- держания кислорода в рабочем газе. При опти- мальном 8 % -м содержании кислорода были получены пленки состава SiO1,92. Таким образом, практически отсутствуют сведения о влиянии на стехиометрию SiOх–пле- нок различных технологических факторов (энергия распыляющих ионов, ток компенсатора, температура подложки) при ИЛР кварцевой ми- шени, а также влияния состава рабочего газа, температуры подложки при реактивном ИЛР мишени из кремния. В данной работе будет ис- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 390 следовано влияние вышеуказанных факторов на положение основной полосы поглощения νas при ИЛР кварцевой и кремниевой мишеней. Для формирования SiOх–пленок использо- вался ионный источник на основе ускорителя с анодным слоем. В качестве материала мишеней использовались кварц (ТУ 0284409-108-85) и кремний поликристаллический КП-4. Пленки наносились на полированные с двух сторон под- ложки из монокристаллического кремния КДБ- 10. Рабочими газами являлись аргон ГОСТ 10157-73 и кислород ГОСТ 6331-78. Толщину покрытий определяли с помощью микроскопа МИИ-4. Толщина SiOх–пленок составляла 220…420 нм при реактивном ИЛР и 150…250 нм при ИЛР кварца. ИК спектры измерялись на FTIR спектрометре Vertex 70 в диапазоне 400– 1500 см–1. Композиционный индекс х опреде- лялся по зависимости, приведенной в работе [1]. На рисунке 1 представлены спектры погло- щения пленок, полученных реактивным ИЛР кремниевой мишени при температуре подложки Тп=313 К и при разных парциальных давлениях кислорода. На спектре имеются следующие три характерные полосы поглощения: νas =1085 см –1, соответствующую валентным антисимметрич- ным колебаниям Si ←→ O ← Si, νs = 800 см –1, соответствующую валентным симметричным колебаниям Si → O ← Si, δas = 450 см –1, соответ- ствующую деформационным дважды вырожден- ным колебаниям Si – O – Si. Также на спектре имеются четко выраженная полоса с частотой ~ 607 см–1 и небольшое поглощение на 1107 см–1. Это полосы поглощения кремния. 1– PО2=1, 33∙10 –2 Па; 2– PО2=2, 66∙10 –2 Па; 3– PО2=3, 99∙10 –2 Па; 4– PО2=5, 32∙10 –2 Па Рисунок 1– ИК-спектры пропускания пленок, полученных реактивным ИЛР кремния Пленки из диоксида кремния были нанесены при разном составе рабочего газа, температуре подложки, а также при наличии положительного потенциала на мишени. Энергия распыляющих ионов составляла ~ 1950 эВ. Результаты пред- ставлены в таблице 1. Таблица 1 – Результаты исследований SiOх– пленок, полученных реактивным ИЛР кремния С ростом парциального давления кислорода в рабочем газе происходит увеличение компози- ционного индекса до х = 1,77. Распыление в чи- стом кислороде не привело к повышению х. Повышение температуры подложки Тп стимули- рует процесс химического взаимодействия между кремнием и кислородом. Это приводит к формированию SiOх–пленок с повышенным композиционным индексом (при Тп=573 К, х=1,86). При этом парциальное давление кисло- рода было относительно невысоко, что позволяет не снижать скорость нанесения покрытий. При наличии положительного напряжения на мишени Uм между мишенью и подложкой возникает вторичный плазменный разряд, кото- рый также стимулирует взаимодействие между кремнием и кислородом и способствует увеличе- нию частоты основной полосы даже при невысо- кой Тп . На рисунке 2 приведены ИК спектры SiOх– пленок, полученных ИЛР кварцевой мишени при разных ускоряющем напряжении Ua и токе ком- пенсатора Iк. Температура подложки составляла 333–350 К. В таблице 2 приведены режимы нане- сения и полученные результаты. 1– Ua=2 кВ, Iк=12 А; 2– Ua=3,8 кВ, Iк=12 А; 3– Ua=3 кВ, Iк=10 А Рисунок 2– ИК-спектры пропускания пленок, полученных ИЛР кварца № Vн, нм·с–1 PО2, Па Tп, К Uм, В νas, см–1 х 1 0,63 1, 33∙10–2 313 0 1023 1,41 2 0,60 2, 66∙10–2 313 0 1053 1,70 3 0,47 3, 99∙10–2 313 0 1059 1,77 4 0,40 5, 32∙10–2 313 0 1059 1,77 5 0,47 3, 33∙10–2 373 0 1060 1,78 6 0,53 3, 33∙10–2 473 0 1067 1,83 7 0,47 3, 33∙10–2 573 0 1073 1,86 8 0,51 3, 33∙10–2 393 35 1062 1,80 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 391 Таблица 2 – Результаты исследований SiOх–пленок, полученных ИЛР кварца № Ua, кВ Iк, А Vн, нм·с– 1 PО2, Па νas, см–1 х 1 2,0 12 0,46 – 1060 1,78 2 3,8 12 0,37 – 1055 1,72 3 3,0 10 0,30 – 1050 1,68 4 3,0 13 0,41 – 1054 1,71 5 3,0 12 0,42 6, 65∙10–3 1057 1,74 6 3,0 12 0,39 1, 19∙10–2 1057 1,74 7 3,0 0 0,28 – 1038 1,56 Установлено, что снижение Ua (энергии ионов) способствует повышении частоты основ- ной полосы. К такому же результату приводит и увеличение тока компенсатора. Добавка кисло- рода в рабочий газ также способствовала улуч- шению стехиометрии пленок диоксида кремния. 1. Достанко, А.П. Инфракрасный спектраль- ный анализ SiOх–пленок, полученных ионно-лучевым распылением кварцевых мишеней / А.П. Достанко, Е.С. Акулич, В.Я. Ширипов, С.А.Соболев // Журнал прикладной спектроскопии. – 1989. – Т.50. – 33. – С.436–439. УДК 004.932.4 АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ВИЗУАЛИЗИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ КАРТИРОВАНИИ ДЕФЕКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Тявловский А.К.1, Жарин А.Л.1, Гусев О.К.1, Воробей Р.И.1, Тявловский К.Л.1, Пантелеев К.В.1, Микитевич В.А.1, Пилипенко В.А.2, Петлицкий А.Н.2 1Белорусский национальный технический университет 2ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» Минск, Республика Беларусь В проводимых исследованиях картирование дефектов полупроводниковых пластин выполня- ется на основе регистрации пространственного распределения контактной разности потенциалов (КРП) поверхности, в том числе с использова- нием дополнительных воздействий, с помощью электрометрического зонда Кельвина, работаю- щего в сканирующем режиме. Сканирование осуществляется по точкам, вследствие чего визу- ализированное изображение (карта) состоит из отдельных пикселей. При этом значения КРП либо определяемого посредством ее измерений параметра (поверхностной фотоЭДС, длины диффузии неравновесных носителей заряда, от- носительной концентрации примеси и т.д.) обо- значаются условными индексными цветами или градациями яркости черно-белого изображения. Преобразование электрофизических параметров в индекс цвета либо яркости является линейным, и получаемое таким образом визуализированное изображение в большинстве случаев субъек- тивно воспринимается как слабоконтрастное, что затрудняет выявление дефектов пластины на изображении. Для повышения контрастности изображения требуется его дополнительная об- работка, которая может осуществляться на ос- нове следующих механизмов. 1. Линейная растяжка гистограммы. Алгоритм линейной растяжки заключается в изменении индексов цветов (значений яркости) каждого пиксела изображения на основании вы- ражения вида Znew = a + bZold, (1) где Znew – новое значение индекса; Zold – старое значение индекса; a, b – константы, выбираемые исходя из условия совпадения минимального Znew_min и мак- симального Znew_max значений индекса с соответ- ствующими границами гистограммы. При определении границ гистограммы незна- чащие крайние столбцы (содержащие от 1 до 5 % общего количества пикселей изображения, в за- висимости от задачи картирования) могут быть отброшены без существенного ухудшения каче- ства изображения, если это способствует улуч- шению контраста. Благодаря простоте алгоритма операция ли- нейной растяжки может быть легко автоматизи- рована с использованием простейших программ- ных средств. Так, в экспериментальных работах по картированию дефектов полупроводниковых пластин использовалось программное обеспече- ние (ПО) на языке LabTalk, работающее в про- граммной среде OriginPro. На рисунке 1(а) пока- зан результат картирования дефектов полупро- водниковой пластины с автоматическим назначением минимального и максимального индексов градаций яркости по левой и правой границам гистограммы, при этом индексу 0 ока- залось поставлено в соответствие значение КРП минус 230 мВ, а индексу 255 – значение 170 мВ. Анализ гистограммы распределения значений КРП показал, что на диапазоны от минус 230 мВ до минус 130 мВ и от 60 мВ до 170 мВ прихо- дится менее 3 % от общего количества пикселей. На основании этого были назначены новые гра- ницы гистограммы, приписывающие индекс 0 значению минус 130 мВ, а индекс 255 – значе- нию 170 мВ (коэффициент растяжки b = 2,105). 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 392 Пикселям со значениями КРП менее новой ниж- ней границы присвоен индекс 0, а более новой верхней – индекс 255, что вносит небольшую нелинейность в преобразование. Результат пре- образования показан на рисунке 1 (б). а) б) а) До преобразования. б) После преобразования. Рисунок 1 – Применение линейной растяжки гистограммы для улучшения контраста визуализированного изображения. Из рисунка 1 видно, что более чем двукратная растяжка гистограммы распределения несколько повысила контрастность изображения, позволив дополнительно выявить потенциально дефект- ную зону вдоль края полупроводниковой пла- стины (рисунок 1(б)) и более четко выделить границы наблюдаемых на рисунке 1(а) дефектов. В то же время, вследствие линейности преобра- зования, эффект повышения контрастности вы- ражен сравнительно слабо, а получение каче- ственных результатов, как показала практика исследований, в ряде случаев требует длитель- ного эмпирического подбора новых границ ги- стограммы. 2. Нормализация (эквализация) ги- стограммы. Данное преобразование предусматривает та- кое назначение условных индексов цветов либо градаций яркости пикселей, чтобы высота всех столбцов гистограммы была по возможности одинаковой, а гистограмма имела бы вид прямо- угольного (равномерного) закона распределения, что достигается за счет неодинаковой ширины столбцов гистограммы. Алгоритм назначения индексов цвета (градаций яркости) при этом должен иметь следующий вид: - На основании общего количества пикселей визуализированного изображения N и количества используемых индексов m определяется высота столбца гистограммы n1 для равномерного рас- пределения по формуле n1 = mod(N/m). (2) - Весь массив значений КРП (или иного визу- ализируемого параметра) для каждого пикселя упорядочивается по возрастанию. - Упорядоченный массив разбивается на по- следовательность подмассивов одинаковой длины n1. - Всем пикселям в пределах каждого подмас- сива присваивается одинаковое значение ин- декса, соответствующее порядковому номеру подмассива. - Визуализация изображения осуществляется заново с использованием исходного расположе- ния пикселей и вновь назначенных значений их индексов. Преимуществами данного преобразования является высокая нелинейность при простом ал- горитме линеаризации и отсутствие потерь ин- формации визуализированного изображения, что указывает на перспективность его применения для повышения контрастности результатов кар- тирования. 3. Применение нелинейной фильтрации. В общем случае фильтрация визуализирован- ного изображения сводится к вычислению новых значений индекса для каждого пикселя на осно- вании его старого значения и значений индексов пикселей в его окрестности некоторого радиуса r (не менее 1). При линейной фильтрации алго- ритм вычисления может быть выражен форму- лой вида 𝑍𝑖𝑗_𝑛𝑒𝑤 = ∑ ∑ 𝑎𝑘𝑙𝑍𝑘𝑙_𝑜𝑙𝑑𝑗+𝑟𝑙=𝑗−𝑟𝑖+𝑟𝑘=𝑖−𝑟 , (3) где akl – весовые коэффициенты. Коэффициенты akl назначаются эмпирически с соблюдением следующих правил: - матрица коэффициентов akl должна обладать осевой симметрией (быть пространственно инвариантной); - значения коэффициентов должны убывать по мере удаления от текущего расположения пикселя; - коэффициент aij для самого пикселя должен иметь максимальное значение. Существенным недостатком линейной филь- трации, помимо необходимости эмпирического подбора коэффициентов, является потеря ин- формации о высокочастотных составляющих пространственного спектра изображения и выте- кающее из этого сглаживание контуров дефек- тов, что противоречит задаче картирования. По- мимо этого, линейная фильтрация малоэффек- тивна при наличии в окрестности пикселя одиночных выбросов (артефактов), так как при такой фильтрации происходит не их устранение, а только «размытие» по большей площади. Одним из наиболее простых алгоритмов не- линейной фильтрации, не приводящих к размы- тию контуров, является алгоритм медианной фильтрации. Согласно этому алгоритму, все зна- чения из окрестности пикселя заданного радиуса r заносятся в одномерный массив длиной M = (2r+1)2 (количество пикселей в окрестности, включая сам фильтруемый пиксель) который затем упорядочивается по возрастанию либо убыванию. После этого пикселю приписывается Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 393 значение, оказавшееся в упорядоченном массиве в позиции M/2, т.е. в середине массива. Достоин- ство такого алгоритма, помимо исключения субъективного фактора при выборе весовых ко- эффициентов и отсутствия «размытия» контуров, заключается в эффективном устранении одиноч- ных выбросов из изображения независимо от их местоположения относительно фильтруемого пикселя. Наибольшей эффективностью характеризу- ется алгоритм фильтрации на основе вычисления двумерной корреляционной функции для каж- дого пикселя изображения и использования то- чечных отсчетов этой функции в качестве весо- вых коэффициентов для индексов соответству- ющих пикселей из окрестности. Данный алгоритм отличает повышенный объем вычисле- ний, что увеличивает время картирования. В то же время, язык программирования LabTalk со- держит встроенные средства корреляционной фильтрации, что позволило реализовать данный механизм фильтрации в упоминавшихся экспе- риментальных исследованиях (в частности, при- веденные на рисунке 1 изображения получены с использованием корреляционной фильтрации по окрестности радиусом r = 3). УДК 620.179.11 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ЗОНДА С НЕОДНОРОДНО ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДИЭЛЕКТРИКА Тявловский А.К.1, Жарин А.Л.1, Гусев О.К.1, Тявловский К.Л.1, Воробей Р.И.1, Дубаневич А.В.1, Жуковский П.2 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь 2Люблинский технический университет Люблин, Республика Польша При исследовании диэлектриков зондовыми электрометрическими методами в измерительной схеме присутствуют не две (поверхность зонда и поверхность образца), а четыре поверхности: рабочая поверхность зонда, верхняя и нижняя поверхности диэлектрического образца, верхняя поверхность проводящего держателя образцов, на которой размещается исследуемый диэлек- трический образец. При этом понятие работы выхода электрона применимо только к проводя- щим поверхностям зонда и держателя. Поверх- ность диэлектрика, в общем случае, имеет фик- сированный заряд с поверхностной плотностью σ0. При наличии ненулевой КРП между материа- лами зонда и держателя поверхности последних также будут иметь электрический заряд с по- верхностной плотностью σP и σH, соответ- ственно. Это приводит к возникновению на верхней и нижней поверхностях диэлектриче- ского образца дополнительных наведенных заря- дов с плотностью σ’ и -σ’, равных по величине и противоположных по знаку, в соответствии с законом сохранения заряда. Наличие распреде- ленных в пространстве электрических зарядов приводит к возникновению в системе электро- статического поля напряженностью Е в про- странстве между зондом и образцом и Е’ в толще образца. Схематично описанная физическая мо- дель взаимодействия заряженной поверхности диэлектрика с чувствительными элементами электрометрических средств измерений изобра- жена на рисунке 1, где t – толщина диэлектриче- ского образца, d – расстояние между поверхно- стью диэлектрика и электрометрическим зондом. Полная математическая модель взаимодей- ствия заряженной поверхности диэлектрика с чувствительными элементами электрометриче- ских средств измерений должна учитывать ди- намический характер измерительного конденса- тора С1 (рисунок 2), расстояние между пласти- нами d которого изменяется по закону d(t) = d0 + dmsinωt, (1) где d0 – начальный (статический) зазор; dm – амплитуда модуляции зазора; ω – круговая частота модуляции. держатель образец зонд нуль-инидикатор UCPD Ubt dE E’ -σ' σP σH σ0 σ' Рисунок 1 – Физическая модель взаимодействия заряженной поверхности диэлектрика с электрометрическим зондом 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 394 UCPD Ub t, ε d, εair = 1 I = 0 C2 C1 Рисунок 2 – Эквивалентная электрическая схема взаимодействия заряженной поверхности диэлектрика с электрометрическим зондом Заряд σ0 на поверхности диэлектрика создает наведенный заряд σР на поверхности зонда, ком- пенсируемый, в рамках нулевого метода измере- ний, за счет работы включенного в цепь обрат- ной связи источника напряжения компенсации Ub. При условии равномерного распределения заряда σ0 по поверхности диэлектрика послед- ний, в рамках практических измерений, может рассматриваться как бесконечная равномерно заряженная плоскость, силовые линии электри- ческого поля которой параллельны и направлены нормально к плоскости. При этом напряженность электрического поля Е и величина наведенного заряда σР не будут зависеть от расстояния d между зондом и поверхностью диэлектрика, вследствие чего выходной сигнал не будет изме- няться в процессе вибрации пластины динамиче- ского конденсатора. При неравномерном распределении заряда по поверхности диэлектрика создаваемое им элек- тростатическое поле является неоднородным в пространстве, что, с учетом конечных размеров электрометрического зонда, приводит к форми- рованию дистанционной зависимости наведен- ного заряда σР и, соответственно, выходного сигнала электрометрического зонда. Промодели- руем данную зависимость на примере точечного (много меньшего поперечных размеров зонда) заряда qS, расположенного по оси зонда на в остальном равномерно заряженной (в частном случае, электронейтральной) плоской поверхно- сти диэлектрика. Примем сечение электрометрического зонда в виде окружности радиусом R, что соответствует общепринятой практике (рисунок 3). Оценить величину наведенного заряда можно, воспользо- вавшись методом изображений. Аналогично [1], математическая модель величины суммарного заряда qР поверхности зонда может быть постро- ена на основе интегрирования наведенной плот- ности заряда по всей площади зонда: 𝑞𝑃 = 𝑑(𝑡)�� 𝑞𝑆(𝑟2 + (𝑑(𝑡))2)32� 𝑅 0 𝜕𝑟. (2) Рисунок 3 – Физическая модель взаимодействия точечного заряда |на поверхности диэлектрика с электрометрическим зондом Рисунок 4 – Результат математического моделирования выходного сигнала электрометрического зонда при исследовании неоднородно (точечно) заряженной поверхности диэлектрика Подставляя (1) в (2), получаем 𝑞𝑃 = (𝑑0 + 𝑑𝑚 sin𝜔𝑡)�� 𝑞𝑆 �𝑟2 + 𝑑02 + 𝑑0𝑑𝑚 sin𝜔𝑡 + 𝑑𝑚2 sin2 𝜔𝑡�32� 𝑅 0 𝜕𝑟. (3) Можно видеть, что уравнение (3) описывает периодическую функцию сложного гармониче- ского состава. Решение (3) в общем виде воз- можно, однако нецелесообразно вследствие его громоздкости. В то же время, полученное выра- жение хорошо поддается решению численными методами, например, с использованием про- граммной среды MathCAD. В частности, на ри- сунке 4 показан пример решения математической модели (3) для электрометрического зонда ради- усом 0,5 мм, расположенного на высоте 1 мм от поверхности диэлектрика и вибрирующего с ам- плитудой 0,3 мм на частоте 300 Гц, представлен- ный в виде графика временной зависимости (ос- циллограммы) выходного сигнала зонда. Видно, что, в отличие от случая равномерно заряженной qS x z R d0 qP dm E 0 2 10 3−× 4 10 3−× 6 10 3−× 8 10 3−× 0.01 0.2 0.4 0.6 0.8 1 qp t( ) t Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 395 поверхности, выходной сигнал электрометриче- ского зонда содержит значительную по ампли- туде переменную составляющую, причем при синусоидальной модуляции зазора в динамиче- ском конденсаторе результирующий сигнал не является синусоидальным, а содержит значи- тельные гармонические искажения. В то же время, полученная в результате моделирования осциллограмма отличается от формы сигнала, получаемого при контроле дефектов поверхно- сти проводящих и полупроводниковых поверх- ностей [2]. Это позволяет предполагать возмож- ность различения места локализации дефекта (подложка или диэлектрическое покрытие) в композитных структурах, к примеру, структурах кремний-диэлектрик, на основе анализа спек- трального состава измерительного сигнала. 1. Тявловский, А.К. Математическое моделирование дистанционной зависимости разрешающей способности сканирующего зонда Кельвина // Приборы и методы измерений. – 2012. –№ 1(4). – С. 30-36. 2. Tyavlovsky, A. Complex-harmonic analysis of electric circuit containing a vibrating-plate capacitor / A. Tyavlovsky, A. Zharin // Informatyka, Automatyka, Pomiary w gospodarce i ochronie srodowiska. – 2012. – № 1. – P. 32-35. УДК 681.7.023.72 CОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВУСТОРОННЕГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДВОЯКОВЫПУКЛЫХ ЛИНЗ Филонова М.И., Кузнечик В.О., Семенкович В.П., Тищенко А.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В традиционной технологии финишного формообразования высокоточных линз выбор режимов обработки в каждом конкретном случае определяет оператор опытным путем, что приво- дит к непроизводительным затратам времени и, следовательно, повышает себестоимость продук- ции. Отмеченных недостатков можно избежать, если провести предварительный расчет интен- сивности съема материала в той или иной зоне детали в зависимости от величины наладочных параметров станка. В основу такого моделирова- ния процесса обработки целесообразно положить гипотезу Ф. Престона, согласно которой произ- водительность обработки пропорциональна при прочих равных условиях параметру 𝑄 = 𝑝𝑙, где р – давление в зоне соприкосновения притираю- щихся поверхностей инструмента и детали, l – длина пути трения произвольно выбранной на поверхности детали опорной точки А относи- тельно инструмента. Для определения составляющей l параметра Q найдем линейную скорость скольжения ?⃗?ск опорной точки по формуле ?⃗?ск = ?⃗?д − ?⃗?𝑢, (1) где υд - линейная скорость вращения детали; υu - линейная скорость движения инструмента, которую можно представить в виде ?⃗?𝑢 = ?⃗?в − ?⃗?вв, (2) где υв и υвв - составляющие линейной скоро- сти инструмента, обусловленные его вращатель- ным и возвратно-вращательным движениями; i = 1, 2. Входящие в выражения (1) и (2) линейные скорости представим в виде ?⃗??̈? = 𝜔�⃗ д𝑟𝑖 ?⃗?𝑖в = 𝜔�⃗ и𝑟𝑖 (3) ?⃗?𝑖к = Ω���⃗ и𝑟𝑖, где ωд, ωи и Ωи – cкорости вращения соответ- ственно детали, инструмента и возвратно-враща- тельного движения последнего, причем, согласно [1], ωu = (0,7÷0,9) ωд; ri – радиус кривизны обра- батываемой поверхности. Выражение для расчета скорости Ωи получим из рис. 1, на котором представлена векторная кинематическая схема рабочей зоны устройства для одновременной двусторонней обработки двояковыпуклых линз [2], устанавливаемого на серийные шлифовально-полировальные и поли- ровально-доводочные станки мод. ШП и ПД. Определим далее составляющую р параметра Q. На рис. 2 представлено распределение давле- ния в зоне контакта детали 1 с инструментом 2 в различных его положениях при возвратно-вра- щательном движении по обрабатываемой по- верхности. Если принять, что инструмент в процессе об- работки не деформируется, то когда он не выхо- дит за край детали, т.е. амплитуда его возвратно- вращательного движения не превышает вели- чины Lmin = (dд – dи)/2, где dи – диаметр инстру- мента (инструмент в положении I на рис. 2, а), давление по всей поверхности сопряжения при- тирающихся поверхностей распределено равно- мерно и принимает значение ро = Q/Sn, где Q – рабочее усилие, Sn – максимальная площадь со- пряжения, равная площади инструмента. Если 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 396 же упомянутую амплитуду назначить макси- мальной Lmax= dд (инструмент в положении II на рис. 2, а), то в краевой точке детали давление достигнет максимального значения р max = Qв/Sед, где Qв = Qcosγд – вертикальная составляющая силы Q, Sед – единичная площадь контакта, γд – угол раствора линзы. Рисунок 1 – Кинематическая схема рабочей зоны устройства Рисунок 2 – Распределение давления в зоне контакта детали 1 с инструментом 2 при возвратно-вращательном движении по обрабатываемой поверхности а) инструмент в положении Ⅰ,Ⅱ; б) положение инструмента в произвольный момент времени На рис. 2, б приведено положение инстру- мента в произвольный момент времени, когда его амплитуда возвратно-вращательного движе- ния принимает текущее значение LТ. Будем пола- гать, что в этом случае эпюра давления в зоне сопряжения имеет трапециевидную форму. То- гда, как следует из анализа рис. 2, б, текущее значение давления рТ на расстоянии х от оси вращения детали можно записать в виде 𝑝𝑇 = 𝑝𝑇2−𝑝𝑇1𝑙1+𝑙2 𝑙𝑇 , (4) где 𝑝𝑇1 = 𝑝0 − 𝑝0𝐿𝑚𝑎𝑥+𝐿𝑚𝑖𝑛 и 𝑝𝑇2 = 𝑝0 − 𝑝𝑚𝑎𝑥𝐿𝑚𝑎𝑥+𝐿𝑚𝑖𝑛 (𝐿𝑇 − 𝐿𝑚𝑖𝑛) – соответ- ственно минимальное и максимальное значения давления в текущей эпюре; 𝑙1 = 𝑟𝑠𝑖𝑛[𝛾𝑢 − 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛(𝐿𝑇/2𝑟)] и 𝑙𝑇 = 𝑙1 + 𝑥– расстояния от края инструмента, контактирующего с деталью, до соответственно оси вращения последней и до рассматриваемой точки с текущим давлением рT; х – расстояние от оси вращения детали до точки с давлением рТ, Иγ - угол раствора инструмента; 𝑙2 = 0,5𝑑д. При записи аналитических выражений для рT, рT1 и рT2 исходили из следующих соображений. Поскольку значение рT1 не должно быть больше 𝑝0, то можно считать, что оно уменьшается на некоторую величину 𝑝0 𝐿𝑚𝑎𝑥+𝐿𝑚𝑖𝑛 (𝐿𝑇 − 𝐿𝑚𝑖𝑛) в виде значения 𝑝0 приходящегося на единицу длины части амплитуды (𝐿𝑇 − 𝐿𝑚𝑖𝑛), в пределах которой происходит изменение эпюры давления, и умноженного на переменную составляющую (𝐿𝑇 − 𝐿𝑚𝑖𝑛), отображающую функциональную зависимость рT1 от амплитуды возвратно-враща- тельного перемещения инструмента. По аналогичной схеме записано соотношение для рT2. Равенство для текущего давления рT пред- ставляет собой переменную часть эпюры давле- ния (рT2 – рT1), умноженную на изменяющуюся величину Tl и отнесенную к длине сечения зоны контакта инструмента и детали плоскостью, со- держащей их оси вращения. Использовав выражение (4), выполнили рас- чет параметра Q для линзы с R1 = 71,26 мм, R2 = 540,58 мм и dд = 90 мм в зависимости от изме- нявшихся значений диаметра инструмента, вели- чины амплитуды его возвратно-вращательного движения, а также скоростей вращения детали и входного звена исполнительного механизма ба- зового станка. Данные получены для поверхно- сти с R1 = 71,26 мм. С целью проверки соответствия результатов расчетов реальным закономерностям проводили полирование выпуклой сферической поверхно- сти R1 = 71,26 мм линзы диаметром 90 мм, изго- товленной из оптического стекла марки К8, на Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 397 устройстве для двусторонней обработки двояко- выпуклых линз, смонтированном на базовом станке мод. 6ПД-100. Выполненные теоретико- экспериментальные исследования закономерно- стей двусторонней обработки двояковыпуклых линз позволяют сделать следующие выводы: а) из наладочных параметров рычажных шлифовально-полировальных и полировально- доводочных станков для управления процессом формообразования наиболее выгодно изменять амплитуду возвратно-вращательного перемеще- ния инструмента и его диаметр. б) с целью уменьшения величины локальных погрешностей на поверхности линзы такие нала- дочные параметры технологического оборудова- ния, как скорости вращения входного звена его исполнительного механизма и детали, следует устанавливать минимальными. При этом для усиления съема припуска в центральной зоне обрабатываемой поверхности необходимо ис- пользовать диаметр инструмента dи = (0,8 – 0,85)dд, а амплитуду его колебательных движе- ний L назначать (0,6 – 0,62)dд. Для более интен- сивной обработки периферии детали целесооб- разно применять dи = (0,96 – 1,0)dд и L = (0,77 – 0,8)dд. 1. Бардин А.Н. Технология оптического стекла. М., 1963. 2. Устройство для одновременной двусторонней обработки оптических дета- лей с выпуклыми поверхностями: пат. 9420 РБ, МПК В24В 13/00 / А.С. Козерук, М.И. Филонова, В.Ф. Климович, И.В. Рутик, Е.Н. Горбаченя, опубл. 2007.06.30. УДК 621.357.7 ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА СВОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Хмыль А.А., Кушнер Л.К., Кузьмар И.И., Василец В.К., Дежкунов Н.В. УО «БГУИР» Минск, Республика Беларусь В современной технологии радиоэлектрон- ного приборостроения широко используются функциональные электрохимические покрытия. Однако многие существующие процессы их формирования на постоянном токе малопроизво- дительны. В электрохимической практике для интенсификации процесса электроосаждения успешно применяются ультразвуковые колеба- ния (УЗК) низкой частоты, что позволяет повы- сить скорость обновления электролита у катода, вследствие чего увеличивается коэффициент диффузии ионов и уменьшается толщина диффу- зионного слоя, что приводит к значительному увеличению предельной плотности тока [1]. Представлены результаты исследования вли- яния ультразвука различной интенсивности на функциональные свойства никелевых покрытий, модифицированных частицами ультрадисперс- ного алмаза (УДА), и покрытий сплавом олово- висмут. Электроосаждение и контроль режимов элек- тролиза осуществляли с применением разрабо- танных в Белорусском государственном универ- ситете информатики и радиоэлектроники высо- кочастотного источника питания гальванической ванны импульсно-реверсным током ИП 15-5 и ультразвуковой экспериментальной установки, включающей генератор УЗГ53-22 с пьезокера- мическим излучателем, работающей на частоте 38 кГц и обеспечивающей акустическую мощ- ность 15 Вт и интенсивность УЗК до 2,1 Вт/см2 (рисунок 1) [2]. Электроосаждение никелевых покрытий про- водили в электролите Уоттса. Введение в элек- тролит предварительно диспергированной в уль- тразвуке суспензии УДА позволяет формировать композиционные электрохимические покрытия (КЭП) с содержанием дисперсной фазы до 1,2 масс.%. Покрытие сплавом олово-висмут фор- мировали из сульфатного электролита. Рисунок 1 - Программно-аппаратный комплекс, включающий управляющий компьютер, программно управляемый источник стабилизированного импульсного тока (напряжения), осциллограф и макет ультразвуковой ванны Формирование никелевых КЭП в ультразву- ковом поле позволило повысить допустимую плотность тока и равномерность, устранить пит- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 398 тинг, уменьшить размер зерна и наводорожива- ние осадков. Помимо того, что ультразвук позволяет каче- ственно диспергировать и снизить агломерацию наночастиц, использование его при электрооса- ждении способствует инкорпорации и более рав- номерному распределению хорошо диспергиро- ванных частиц в покрытии. Осаждение в ультра- звуковом поле приводит к получению мелкокристаллических и более однородных по размеру зерна осадков. Включение УДА в электроосажденные нике- левые покрытия приводит к увеличению твердо- сти, износо- и коррозионной стойкости. Исполь- зование ультразвука при электроосаждении КЭП ведет к дальнейшему повышению прочностных и защитных свойств. Микротвердость покрытий, сформированных при воздействии ультразвука, возрастает на 13,5- 35%. При интенсивности ультразвука более 0,1 Вт/см2 наблюдается значительное повышение износостойкости как никелевых, так и компози- ционных покрытий (рисунок 2). Величина коэф- фициента трения мало зависит от интенсивности ультразвука. а б Рисунок 2 – Влияние условий формирования на износостойкость (а) и коррозионную стойкость (б) покрытий на основе никеля Как показали коррозионные испытания, ни- келевые и композиционные покрытия имели склонность к точечной коррозии, в то время как осадки, полученные при воздействии ультра- звука, отличались более стабильным поведением. С ростом интенсивности УЗК характерно сниже- ние скорости коррозии, что обусловлено мень- шей пористостью и более высокой компактно- стью осадков и хорошо согласуется с теорией о том, что рафинирование зерна ультразвуком приводит к меньшей пористости электрооса- жденных покрытий. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают поликомпозиционные по- крытия никель-УДА-фуллерены (С60). При формирований покрытий сплавом олово- висмут использование ультразвука позволяет повысить допустимую плотность тока, снизить в 2-3 раза пористость осадков, уменьшить вели- чину контактного электросопротивления, улуч- шить защитные свойства и паяемость, которая сохраняется длительное время (рисунок 3, таб- лица 1). Установлено, что использование ультразву- ковых колебаний интенсивностью 1,02 Вт/см2 способствует сохранению высоких показателей смачиваемости припоем поверхности покрытий сплавом олово-висмут после длительного хране- ния в условиях лаборатории (коэффициент рас- текания припоя Кр=91,81–93,18 %). Ультразвук позволяет увеличить содержание висмута в сплаве, тем самым улучшая свойства покрытий при длительном хранении. Воздействие ультра- звука на процесс формирования приводит к по- вышению значения контактного электросопро- тивления покрытий. Однако в процессе хранения этот показатель улучшается до уровня покрытий, полученных без применения ультразвука. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 ПТ ПТ С ко ро ст ь ко рр оз ии , г /м 2 ч Интенсивностьультразвука, Вт/см2 i k =0,5 А/дм2 i k =1,0 А/дм2 i k =2,0 А/дм2 Рисунок 3 – Влияние условий формирования на скорость коррозии покрытий сплавом олово- висмут 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 2 4 6 8 10 12 14 О бъ ем ны й из но с, х 10 -6 м м 3 Интенсивность УЗК, Вт/см2 без УДА 2 г/л УДА 5 г/л УДА 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Ni Ni-УДА Ni-УДА-C 60 ск ор ос ть к ор ро зи и, г/ (м 2 х ч) Интенсивность УЗК,Вт/см2 Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 399 Таблица 1 – Влияние ультразвука на свойства свежеосажденных (1) покрытий сплавом олово-висмут и после естественного хранения в течение 12 месяцев в условиях лаборатории (2) (Припой ПОС-61) 1. Антропов Л.И. Теоретическая электрохи- мия. Учебник для химико-технол. специ- альностей вузов. Изд. 3-е, перераб.. и доп. М., «Высш. Школа», 1975. 2. Дежкунов, Н.В. Оборудование для ультра- звуковой интенсификации гальванических техпроцессов / Н.В. Дежкунов [и др.] // Ма- териалы докладов III РНТС «Создание но- вых и совершенствование действующих технологий и оборудования нанесения галь- ванических и их замещающих покрытий», БГТУ, Минск, Беларусь. - Минск: БГТУ, 2013. – С. 82–86. УДК 539.2:669.(6 –8) ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ БЫСТРОЗАТВЕРДЕВШЕГО СПЛАВА Bi – 38 мас. % Sn ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ЛЕГИРОВАНИЕМ СВИНЦОМ Шепелевич В. Г. Белорусский государственный университет Минск, Беларусь Бинарная эвтектика системы висмут-олово, а также сплавы, близкие по составу к ней, находят широкое применение в различных отраслях про- мышленности, например, в качестве припоев [1, 2]. Для улучшения эксплуатационных харак- теристик эвтектики проводят дополнительное легирование разными элементами . В последние десятилетия получило развитие высокоскорост- ное затвердевание, при котором скорость охла- ждения жидкой фазы выше 105 К/с. Высокоско- ростное затвердевание приводит к формирова- нию структуры, которую невозможно получить с помощью традиционных технологий синтеза и обработки [3]. В связи с этим важное прикладное и научное значение имеют исследования влия- ния свинца на микроструктуру сплава Bi – 38 мас. % Sn с целью создания новых легкоплавких сплавов. Сплавы (Bi – 38 мас. % Sn) – x мас. % Pb (в дальнейшем (BiSn)100-xPbx, х = 2, 4 и 8 ) изготов- лены из компонентов, чистота которых выше 99,99 %. Капля расплава массой ≈ 0,2 г инжекти- ровалась на внутреннюю полированную поверх- ность вращающегося медного цилиндра, где она затвердевала в виде фольги. Толщина исследуе- мых фольг сплава составляла 40 - 70 мкм. Мик- роструктура быстрозатвердевших сплавов иссле- дована с помощью растрового электронного микроскопа LEO 1455VP. Определение парамет- ров микроструктуры осуществлялось методом случайных секущих. Текстура фольг исследована методом обратных полюсных фигур на дифрак- тометре ДРОН-3. Сторона фольги A, находящаяся в контакте с кристаллизатором при затвердевании, имеет зер- кальный вид. Противоположная сторона фольги B имеет бугристую структуру, на ней наблюда- ются выступы и впадины. На дифрактограмме быстрозатвердевших сплавов (BiSn)100-xPbx наблюдаются дифракционные линии висмута, β- олова и ε-фазы (Pb2Bi) Таким образом, исследуе- мые быстрозатвердевшие сплавs (BiSn)100-xPbx, (х = 2, 4 и 8) являются трехфазными. Изображения микроструктуры быстрозатвердевшей фольги и массивного образца, полученного при скорости охлаждения 102 К/с, сплава (BiSn)92Pb8 приве- дены на рисунке 1. Наблюдаются белые, серые и черные области. Рентгеноспектральный анализ показал, что черные области соответствуют олову, серые – висмуту, белые – ε-фазе. Значения объемной доли олова VSn и удель- ной поверхности межфазной границы олова с висмутом и ε-фазой SSn измерены методом слу- чайных секущих. Проведено определение VSn и SSn сплава (BiSn)96Pb4 в слоях фольги, параллель- ных ее поверхности. Толщины и длины слоев равны 3 и 27 мкм соответственно, а само изоб- ражение поперечного сечения фольги получено через 1 сутки после ее изготовления. Графики зависимостей VSn (x)и SSn(x) от расстояния слоев x до поверхности фольги А представлены на ри- сунке 2. Режим электролиза Без воздействия УЗК УЗК I=1,02 Вт/см2 Кр, % Rк, мОм Bi, масс.% Кр, % Rк, мОм Bi, масс.% 1 2 1 2 1 2 1 2 iк=0,5 А /дм 2 95,28 68,19 1,53 - 0,08 95,87 92,94 6,31 1,68 0,32 iк=1,5 А /дм 2 93,76 69,40 2,29 - 0,15 92,44 93,18 3,01 1,76 0,50 iк=2,5 А /дм 2 87,24 64,37 2,81 - 0,82 94,54 91,81 8,17 2,50 0,51 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 400 Рисунок 1. Микроструктура быстрозатвердевшей фольги (а) и массивного образца (б) сплава (BiSn)92Pb8 В пределах погрешностей измерения данные параметры остаются постоянными по мере уве- личения x, т.е. по мере перемещения фронта кри- сталлизации от поверхности A к поверхности B сплава (BiSn)96Pb4, что указывает на однородное распределение фаз в быстрозатвердевшем сплаве. Образование такой структуры обусловлено тем, что сверхвысокие скорости охлаждения жидкой фазы приводят к ее значительному пере- охлаждению. Переохлажденный расплав явля- ется пересыщенным жидким раствором [4]. Из- вестно [5], что в расплавах в области температур, близких к эвтектическим, образуются кластеры со структурой, близкой к структуре кристалличе- ских фаз, существующих в данной системе. Кла- стеры при температурах ниже эвтектической растут со временем, а затем кристаллизуются. Так как процесс образования кластеров происхо- дит случайно во всем объеме переохлажденного и пересыщенного жидкого раствора случайно, это и обусловливает однородность распределе- ния кристаллических фаз в быстрозатвердевшем сплаве. Однородность распределения фаз в фоль- гах имеет важное практическое значение, напри- мер, при изготовлении припоев [1], а также эле- ментов различных технических устройств. Рисунок 2. Зависимости VSn (1) и SSn(2) от расстояния до поверхности A быстрозатвердевшей фольги сплава (BiSn)96Pb4 Таблица 1. Значения полюсных плотностей дифракционных линий фаз, входящих в состав быстрозатвердевших фольг сплавов (BiSn)100-xPbx Фаза Дифрак- ционные линии Концентрация свинца, мас. % 2 4 8 Bi 2110 4,5 4,9 5,8 4110 0,3 0,7 0,3 2211 0,1 0,5 0,3 0220 0,2 0,3 0,2 2220 0,2 0,3 0,5 0321 0,4 0,5 0,3 2321 0,1 0,2 0,3 0009 0,1 0,6 0,3 Sn 200 5,3 4,6 5,4 101 0,3 0,4 0,1 220 0,2 0,3 0,2 211 0,1 0,4 0,1 301 0,1 0,2 0,2 112 0,0 0,1 0,0 ε- фаза 0110 3,5 3,2 3,7 0002 1,4 0,8 0,4 1110 0,4 0,8 0,4 2110 0,2 0,3 0,1 0211 0,3 0,1 0,1 1220 0,3 0,3 0,5 Фазы сплавов (BiSn)100-xPbx обладают анизо- тропией физических свойств. Поэтому физиче- ские свойства фольг исследуемых сплавов зави- сят от кристаллографической ориентации зерен. Исследование текстуры фольг проведено через 1 сутки после их изготовления. Полюсные плотно- сти дифракционных линий фаз, входящих в со- став сплавов, представлены в таблице 1. Макси- мальными значениями полюсных плотностей принадлежат дифракционным линиям 2110 висмута, 200 олова и 0110 ε-фазы. Таким обра- зом, в быстрозатвердевших фольгах сплавов формируются текстуры )2110( висмута, )100( олова и )0110( ε-фазы. Формирование тек- стуры )2110( в висмуте обусловлено ориента- цией ковалентных сил связей по отношению направления теплового потока. Формирование текстуры )100( наблюдалось ранее в фольгах чистого олова и его сплавах. Ее образование вы- звано преимущественным ростом зерен, у кото- рых наиболее плотноупакованные плоскости располагаются перпендикулярно тепловому по- току [3]. Время выдержки при комнатной температуре и концентрация свинца в исследуемых сплавах влияет на параметры микроструктуры фольг. Увеличение времени выдержки вызывает укруп- Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 401 нение выделений фаз. Определены зависимости, dSn и SSn от концентрации свинца. С увеличе- нием концентрации свинца объемная доли олова VSn и средняя длина хорд на сечениях олова dSn возрастают, а удельная поверхности межфазной границы олова с другими фазами SSn убывает. 1. Петрунин Е.И. Справочник по пайке. М: Машиностроение, 2003. – 480 с. 2. Глазков А.А., Саксаганский Г.А. Вакуум электрофизических установок и комплексов. М: Энергоатомиздат. 1985. –184 с. 3. Шепелевич В.Г. Быстрозатвердевшие легкоплавкие сплавы. Минск: БГУ, 2015. – 192 с. 4. Таран Ю.М., Мазур В.Н. Структура эвтек- тических сплавов. М: Металлургия, 1978. – 216 с. 5. Баум Б.А. Металлические жидкости. М: Наука, 1979. –120c УДК 621.81 КИНЕМАТИКА ШАРИКА ПРИ КОНТРОЛЕ ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Щетникович К.Г., Бодяк Д.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Контроль геометрических параметров шари- ков в подшипниковой промышленности осу- ществляется на приборах с ручным перемеще- нием шарика на измерительной позиции и меха- ническим вращением от приводного устройства [1]. В приборах модели 262М (рисунок 1) кон- тролируемый шарик 1 базируется на трех точеч- ных упорах: нижнем 2, боковом 3 и заднем 4. Рисунок 1 – Схема прибора модели 262М На вертикальной оси нижнего упора расположен микрокатор 5, наконечник которого касается ша- рика. Измерение диаметра производится в раз- ных сечениях шарика при вращении его вручную относительно двух взаимно перпендикулярных осей х и у. Равномерность расположения точек контроля на сферической поверхности и усилие прижима шарика к упорам определяется квали- фикацией контролера. В автоматизированных приборах шарик на измерительной позиции вращается вокруг гори- зонтальной и вертикальной осей под действием ведущего обрезиненного валика, совершающего вращательное и поступательное движение. Од- нако, привод вращения шарика не позволяет по- лучить его закономерное движение, которое да- вало бы возможность ощупывать измерительным наконечником сферическую поверхность с за- данным смещением следов контакта. Необходи- мая кинематика шарика может быть достигнута при управляемом движении ведущего валика, согласованного с диаметром контролируемого шарика. Наиболее просто равномерное нанесение сле- дов контакта от измерительного наконечника достигается при дискретном вращении шарика вокруг оси х и z (рисунок 2). Вначале контроли- руемый шарик 1 совершает поворот на 360̊ во- круг оси х (рисунок 2, а). Приводной валик 2 должен при этом повернуться на угол φ, опреде- ляемый соотношением: φ = 2π𝐷 𝑑(1 − ε), где D – диаметр шарика, d – диаметр валика, ε – коэффициент проскальзывания валика по ша- рику. После прекращения вращения шарика вокруг оси х он поворачивается вокруг оси z на задан- ный центральный угол α (рисунок 2, б). Привод- ной валик должен при этом переместиться вдоль горизонтальной оси на расстояние 𝑙, несколько превышающее длину дуги AB: 𝑙 = 𝐷α2(1 − ε). 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 402 Рисунок 2 – Расположение следов контакта при дискретном вращении шарика Затем вращательное и поступательное движе- ния приводного валика повторяются и после каждого цикла перемещений на шарике от изме- рительного наконечника появляется новый ме- ридианный след, смещенный относительно ста- рого на угол α (рисунок 2, в). Общее число цик- лов n составит: 𝑛 = π α − 1. Суммарный путь L поступательного переме- щения приводного валика, определяющий его минимальную длину составит: 𝐿 = 𝐷α2(1 − ε) �π2 − 1� ≈ π𝐷2(1 − ε). Дискретное движение шарика с остановками замедляет измерительный процесс, поэтому в ряде случаев предпочтительнее непрерывное вращение контролируемого шарика. Один из возможных вариантов кинематики шарика в этом случае представлен на рисунке 3 (приводной ва- лик, расположенный перед шариком, не пока- зан). Вначале шарик поворачивается на угол 180̊ вокруг горизонтальной оси х и точка начального контакта с измерительным наконечником пере- мещается по меридиану в крайнее нижнее поло- жение 1 (рисунок 3, а). Рисунок 3 – След контакта от измерительного наконечника при непрерывном вращении шарика Следующую половину оборота шарик совер- шает вокруг наклонной оси Ω (рисунок 3, б). Точка контакта с измерительным наконечником смещается в положение 2, а точка начального контакта в положение 1, диаметрально противо- положное точке 2. Из рисунка 3, б видно, что угловое смещение следа за один цикл непрерыв- ного вращение шарика измеряется центральным углом α, величина которого в два раза больше угла β наклона оси Ω к горизонтальной оси х. При постоянной угловой скорости вращения шарика вокруг горизонтальной оси ω𝑥 наклон- ное положение оси Ω обеспечивается дополни- тельным вращением шарика вокруг вертикаль- ной оси z с угловой скоростью ω𝑧: ω𝑧 = ω𝑥 ∙ tanβ = ω𝑥 ∙ tanα2. Модуль вектора результирующей угловой скорости ω определяется из векторного треугольника: ω = �ω𝑥2 + ω𝑧2 = ω𝑥cos β. Время 𝑡1 вращения шарика вокруг горизон- тальной оси составит: 𝑡1 = πω𝑥 , а время 𝑡2 вращения вокруг оси ω будет не- сколько меньшим: 𝑡2 = πω. Суммирование времен 𝑡1 и 𝑡2 определит время Т одного цикла движения шарика: 𝑇 = 𝑡1 + 𝑡2 = πω𝑥 �1 + cosα2�. Число m циклов, достаточное для покрытия сеткой следов от контакта с измерительным наконечником всей сферической поверхности (рисунки 3, в, г) составит: 𝑚 = π α − 1. Для реализации указанной кинематики ша- рика приводной валик должен вращаться с угло- вой скоростью ωв определяемой выражением: Секция 3. Физические, физико-математические, материаловедческие и технологические основы приборостроения 403 ωв = ω𝑥 𝐷𝑑(1 − ε). Периодически, через время 𝑡1, приводной ва- лик в течение времени 𝑡2 совершает поступатель- ное движение вдоль оси с линейной скоростью V, определяемой зависимостью 𝑉 = ω𝑧𝐷2(1 − ε). Перемещение валика за время 𝑡2 составит: 𝑙 = 𝑉 ∙ 𝑡2 = π𝐷2(1 − ε) sin α2. Общее расстояние, на которое переместится валик при малом угле α, будет равно: 𝐿 = 𝑚𝑙 ≈ π2𝐷2α(1 − ε) sinα2 . Дискретное движение шарика может быть использовано при стационарных измерениях геометрических параметров шарика в заранее определенных сечениях. Непрерывное вращение шарика применяется при постоянной регистра- ции его геометрических характеристик с задан- ным угловым смещением контролируемых то- чек. Требуемая кинематика обрезиненного ва- лика обеспечивается регулируемым электроприводом, сопряженным с ЭВМ. 1. Ящерицин, П.И. Современные методы и средства контроля качества деталей / П.И. Ящерицын, Л.А. Олендер, Э.Л. Нехамкин. – Минск: Беларусь, 1975. – 200 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 404 Секция 4. УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ И ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ УДК 006.065:658.62.018.012 ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФИЗИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ Хорлоогийн А.С., Серенков П.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Сегодня, формирование организационно-тех- нических средств, методов, технологий, среди которых все большее место занимает система «человек-тренажер-среда» происходит без си- стемного подхода в отношении проектирования и организации такого рода систем. Поэтому именно анализ установившейся практики в обла- стях, где ключевое место занимают системы фи- зического совершенствования человека, позво- ляет выявить закономерности, сформировать определенные знания об исследуемых объектах (системах управления физической подготовкой). Система управления физической подготовкой является по сути системой поддержки принятия решений (СППР), ориентированной на тренера, педагога и инженера, и призванная помочь им в достижении поставленных целей клиента - тре- буемого физического состояния с учетом его функциональных показателей. Работа системы рассматривается с позиций СТБ ISO 9000 как проект, т.е. как уникальный процесс, соответ- ствующий требованиям, направленный на дости- жение конкретных целей клиента, включающий ограничения по срокам, стоимости и ресурсам. В Республике Беларусь существуют различ- ные организации, где процесс формирования физического совершенствования человека явля- ется установившейся практикой, которая функ- ционирует на протяжении десятков лет и которая совершенствовалась под воздействием различ- ных факторов. Явным примером служит органи- зационно-техническая составляющая системы физической и профессионально-прикладной под- готовки военнослужащих граждан Вооруженных Сил Республики Беларусь. В результате анализа системы физической подготовки для прохождения службы в различ- ных военных частях и обучении в учреждениях образования по отдельным военно-учетным спе- циальностям были выявлены основные органи- зационные этапы: 1. Организация отбора и распределения по родам войск. 2. Идентификация соответствующих тре- бований подготовки в зависимости от требова- ний к функциональному и физическому состоя- нию человека. 3. Организация предварительной физической и профессионально-прикладной подготовки. Для каждого организационного этапа суще- ствует своя структура достижения поставленных целей. На входе каждого этапа формируется че- ловек с набором определенных показателей и в зависимости от этого набора показателей перед ним ставятся цели, которые и определяют орга- низацию его физической и профессионально- прикладной подготовки: 1. Организация отбора и распределения по родам войск: 1.1 Определение кандидатов для прохождения воинской службы (контрактные и неконтрактные условия) 1.2 Определение рода войск в соответствии с требованиями 2. Идентификация соответствующих требо- ваний: 2.1 Определение требований в зависимости от поставленных задач 2.2 Определение комплекса средств и методов для достижения поставленных задач 3. Организация предварительной подготовки: 3.1 Планирование 3.2 Обеспечение 3.3 Подготовка 3.4 Контроль и учет Фактически система организации отбора рас- пределения по родам войск является системой определения состояния человека КАК ЕСТЬ, поступившего на вход этой системы. На выходе получаем оценку его функционального и физи- ческого состояния (прошел или не прошел отбор) и предъявляемые требования к его дальнейшей физической и профессионально-прикладной под- готовки при прохождении отбора для несения военной службы или обучения по отдельным военно-учетным специальностям. Таким образом, формируется система сбора и анализа данных, которая идентифицирует «фак- тические данные» для системы поддержки при- нятия решений, выстраиваемой по аналогии с системой соответствующей требованиям СТБ ISO 9001. Однако необходимо отметить, что управление и организация процессом физического совер- шенствования в рамках данной системы осу- ществляется в условиях полного (тотального) управления, то есть человек (военнослужащий), не является звеном управления ни на каком-либо Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 405 этапе, его влияние на управленческие решения не осуществляется, он не потребитель результата процесса физического совершенствования. Фак- тически он является материалом для обработки, а результат оценивается по показателям физиче- ского совершенствования. С учетом того, что оценка достижения результата физической под- готовки осуществляется по комплексу показате- лей, определение которых возможно не только инструментальными методами, но и эксперт- ными, возникает риск не достижения удовлетво- ренности результатом подготовки [1]. С другой стороны, существует категория лю- дей где также массового осуществляется физиче- ская подготовка в условиях управления, также достаточно хорошо развита система управления и организации процесса физического совершен- ствования. Однако, потребителем данной услуги является непосредственно сам человек и его вли- яние на цели физического совершенствования достаточно сильное. К этой категории относятся студенты высших учебных заведений, где осуществляется массовая физическая подготовка при чем как с учетом требований учебной программы (учебные группы), так и с учетом требований самих сту- дентов (группы дополнительных секционных занятий). Нами было проведено исследование с целью повышения эффективности процесса физиче- ского совершенствования студентов для выявле- ния основных требований к системе организации и управления процессом физического совершен- ствования. Исследование проводилось на базе кафедры физической культуры БНТУ совместно с препо- давателями этой кафедры и включало в себя про- ведение эксперимента. Основными этапами эксперимента были: 1. Формирование групп студентов в зависи- мости от программы физического совер- шенствования. 2. Выделение в группах подгрупп по признаку физического состояния. 3. Организация физической подготовки в каждой группе с учетом целей физического со- вершенствования и физического состояния сту- дентов. Было сформировано 6 групп обследуемых – 4 экспериментальных: достижение определенных целей совершенствования обеспечивалось кор- ректировкой предложенной методики трени- ровки организационными средствами (иденти- фикация и анализ целей, разработка типовой программы физической подготовки); и 2 кон- трольных: повышение уровня физической подго- товленности и функционального состояния без влияния предложенных организационно-техни- ческих средств и методов. В эксперименте было проведено два ком- плексных тестирования, в ходе первого тестиро- вания (сентябрь) был выявлен исходный уровень физического развития, физической и функцио- нальной подготовленности студентов. Второе итоговое тестирование было проведено через год (май), с целью выявления эффективности пред- ложенной программы тренировки средствами тренажерной подготовки. На заключительном этапе эксперимента был проведен анализ динамики изменений показате- лей физической подготовленности и функцио- нального состояния участников эксперимента. В соответствии с целью и задачами в иссле- довании были использованы экспериментально- эмпирические методы и методы математической статистики [2]. В результате эксперимента было установлено, что экспериментальные группы в среднем дости- гали поставленных целей быстрее контрольных на 15% (рисунок). Достижение цели по уровню физического состояния В первую очередь это обусловлено систем- ным подходом к процессу предоставления услуги, который подразумевал обеспечение тре- буемых показателей уже на стадии проектирова- ния процесса физического совершенствования за счет: 1. анализа и идентификации целей физиче- ского совершенствования, 2. разработки типовой программы физиче- ской подготовки, составленной с использованием предложенной нами «механистической» модели тренировочного процесса [3]. 1. Орлов, А.И. Экспертные оценки. Учебное пособие / А.И. Орлов.– Москва, 2002.– 31 с. 2. Храмов, В.В. Теория и методика оздорови- тельной физической культуры: X 89 Тексты лекций. — Гродно: ГрГУ, 2000. — 80 с. 3. Хорлоогийн, А.С. Факторный анализ «механистической» модели типовой программы физической подготовки клиента тренажерного зала/ А.С. Хорлоогийн, Ю.С. Фисюк. – Материалы 6-й Международной научно- технической конференции «Приборостроение – 2013». – Минск: БНТУ, 2013. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 406 УДК 331.461 КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ И ВНЕДРЕНИЮ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА В РАМКАХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОАО «АКТАМИР» Купреева Л.В., Яковчик И.Ю. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Система управления охраной труда (далее – СУОТ), как любая система менеджмента органи- зации представляет собой комплекс определен- ных организационно-технических мероприятий и процедур управления, включая управления рис- ками. Разработка, внедрение и обеспечение функционирования СУОТ в соответствии с тре- бованиями национального стандарта СТБ 18001 регламентируются законодательством Респуб- лики Беларусь и являются основой для профи- лактики производственного травматизма, про- фессиональных заболеваний сотрудников на оте- чественных предприятиях, а также для создания безопасных условий труда на каждом рабочем месте и их постоянного улучшения. СУОТ поз- воляет любой организации обеспечить иденти- фикацию опасностей, провести оценку профес- сиональных рисков, определить меры управле- ния профессиональными рисками и осуществить анализ их результативности при разработке и реализации мероприятий по улучшению условий и охраны труда. Требования СТБ 18001 установлены на ос- нове процессного подхода, который заключается в создании и применении системы процессов управления, взаимоувязанных в непрерывный цикл планирования, внедрения, контроля и улучшения СУОТ. Данный подход позволяет комплексно рассматривать вопросы охраны труда в организации. Руководством ОАО «Актамир», являющегося на сегодняшний день ведущим производителем игрушек на территории Республики Беларусь, было принято решение о разработке и внедрении СУОТ в организации с целью создания безопас- ных условий труда ее работников путем сведе- ния к минимуму рисков в области охраны труда. Принятое решение основывалось на результатах анализа состояния условий и охраны труда в ОАО «Актамир», проведенного Минским город- ским управлением Департамента государствен- ной инспекции труда. В ходе анализа был выявлен ряд замечаний, в том числе отсутствие идентификации опасно- стей, оценки рисков, мер управления профессио- нальными рисками, а также необеспечение эф- фективного контроля соблюдения требований законодательства в области охраны труда на всех уровнях в организации. Исходя из вышеизложенного, руководством организации перед нами была поставлена задача, требующая комплексного решения, включая идентификацию действующих законодательных актов и ТНПА в области охраны труда и безопас- ности, необходимых для реализации организаци- онно-технической СУОТ, а также разработку до- кументации для создания и внедрения данной системы и ее функциональной модели сети про- цессов. Для решения поставленной задачи в каче- стве основных видов деятельности в рамках ор- ганизационной структуры ОАО «Актамир» рас- сматривались «Управленческая деятельность» и «Аренда помещений». На примере первого вида деятельности разрабатывалась СУОТ организа- ции, а на примере второго – представлен процесс реализация менеджмента рисков. На первом этапе проводимых исследований нами анализировались замечания, выявленные в результате проверки организации, состояние охраны труда и техники безопасности на соот- ветствие требованиям законодательных актов и ТНПА в области охраны труда. В частности, анализ показал, что в соответствии с требовани- ями Межотраслевых общих правил по охране труда организация не обеспечивает идентифика- цию опасностей, оценку рисков, определение мер управления профессиональными рисками. С учетом идентифицированных в ходе проверки замечаний были внесены предложения по их устранению с целью дальнейшей разработки и внедрения СУОТ. В процессе разработки СУОТ в организации решались задачи: - непрерывного улучшения условий и охраны труда; - управления профессиональными рисками, устранения либо снижения их до допустимого уровня. - вложения средств организации в наиболее важные и проблемные направления деятельности в сфере охраны труда; - выявления «мест скопления» наибольших рисков. В соответствии с требованиями СТБ 18001 в организации была определена последователь- ность этапов разработки системы. На предвари- тельном этапе оценивалась деятельность органи- зации в области охраны труда, и был сформиро- ван перечень необходимых мероприятий для приведения действующей системы в соответ- ствии с требованиями СТБ 18001. Для реализа- ции каждого этапа был разработан комплект со- ответствующих внутренних документов органи- зации в рамках организационно-составляющей СУОТ, а также разработана документация, необ- ходимая для разработки, внедрения и обеспече- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 407 ния функционирования системы в ОАО «Акта- мир». Основным документом разработанной си- стемы является Руководство по СУОТ, элементы которого соответствуют элементам СТБ 18001 и были реализованы в 12 стандартах организации (СТП) и 3 положениях. Одним из требований разработки СУОТ яв- ляется предоставление возможности организации управлять своими рисками в области охраны труда. Поэтому в рамках Руководства нами был разработан стандарт организации СТП СУОТ 4.3.1-2016 «Идентификация опасно- стей, оценка рисков и определение мер управле- ния». Целью разработки данного стандарта явля- ется управление целями и программой в области охраны труда. Порядок идентификации и оценки рисков про- водился по методике, установленной в СТП СУОТ 4.3.1. Для выявления всех возможных опасностей, возникающих на рабочих местах, были разработаны карты идентификации опасно- стей и оценки рисков по профессиям (всего 30 карт), учитывающих требования должностных инструкций идентификации опасностей по про- фессиям. Согласно СТБ ISO/IEC 31010, любая органи- зация сталкивается с большим количеством рис- ков, которые могут влиять на достижение ее це- лей. В свою очередь цели относятся к различным видам деятельности организации, и неизбежно возникают риски не достижения поставленных целей. Процесс управления рисками и внедрение СУОТ в организации, как основа для создания безопасных условий труда на каждом рабочем месте включают 4 подпроцесса: планирование и организация работ, идентификация опасностей, оценка риска, разработка мероприятий по устра- нению риска. Для оценки рисков использовался балльный метод в соответствии с ТКП 057. Не- обходимым условием реализации подпроцессов «Идентификация опасностей» и «Оценка риска» является заполнение карты идентификации опас- ностей и оценки рисков, включающие информа- цию о: - структурном подразделении, профессии ра- ботника; - виде деятельности, и (или) выполняемой операции; - описании опасности и существующей меры управления, а также; - балльной оценке риска и его значении с ука- занием категории. После формирования реестра рисков в структурных подразделениях определялась ка- тегория риска (по методике, описанной в стан- дарте организации) с целью идентификации су- щественных рисков организации. Для определения существующей меры управ- ления опасностями в организации был осуществ- лен пересмотр уже имеющихся инструкций по охране труда и разработаны новые – по профес- сиям и для конкретного вида работ. В стандарте организации определен общий порядок разра- ботки инструкции с требованиями, предъявляе- мыми к определенному виду профессии. В раз- работанных инструкциях (всего пересмотрено и разработано 11 инструкций) устанавливаются не только общие требования к охране труда работ- ника (при допуске к работе, перед началом, при выполнении и окончании работы), но и в случае возникновения аварийной ситуации. Обязательным условием разработки системы являлось формирование реестра действующих НПА и ТНПА, устанавливающих требования в области охраны труда и необходимых для даль- нейшей деятельности организации. В реестр было включено 154 документа, отнесённых нами к определенным 19 группам, где абсолютное большинство составляют документы группы «Законодательные и иные правовые акты общего регулирования в области охраны труда». В качестве примера реализации менеджмента рисков рассматривался бизнес-процесс органи- зации «Аренда помещений». Для описания дан- ного процесса была разработана функциональная модель сети процессов СУОТ в состоянии «как надо». Менеджмент рисков в рамках комплекс- ного процесса сводился к оценке влияния каждой функции диаграммы-модуля на не достижение цели. Процесс реализации менеджмента рисков рассматривался на примере тривиальной функ- ции «Заключение договора об аренде», на осно- вании которой была сформирована причинно- следственная диаграмма, где в качестве активов выступают функции. Для оценки рисков нами был использован FMEA анализ (анализ характера и последствий отказов). В отношении данного подпроцесса были идентифицированы активы уязвимости как источники возникновения угроз, оценены риски выявленных угроз и в отношении влияющих рисков и разработаны управленческие решения. Таким образом, комплексный подход к разра- ботке и внедрению СУОТ на ОАО «Актамир» на основе идентификации, оценки и управления профессиональными рисками позволит улучшить показатели результативности и эффективности организации в области создания безопасных условий труда. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 408 УДК 378 ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Бондарев В.В. Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Москва, Российская Федерация Настоящий доклад в концентрированном виде представляет некоторые итоги работы, ко- торая выполнялась на протяжении ряда лет по важнейшей проблеме создания и совершенство- вания государственной системы подготовки кад- ров в области обеспечения информационной без- опасности (ИБ). Основную цель работы можно сформулировать следующим образом – обобще- ние имеющегося опыта теоретических исследо- ваний и практического решения задач подго- товки кадров в области ИБ, формирование на этой основе научно – методологического базиса и выработка практических рекомендаций по со- вершенствованию подготовки, в том числе и по новым специальностям (специализациям). К числу основных проблем, на настоящий момент или не имеющих решения, или решае- мых недостаточно эффективно, при организации подготовки специалистов в области информаци- онной безопасности можно отнести: 1. Формальное представление предметной области подготовки специалиста, формализация знаний об этой предметной области и, наконец, формирование, выявление этих знаний. 2. Разработка с максимальной степенью объ- ективности квалификационных требований к специалистам в области ИБ, в частности деком- позиция предметной области подготовки по ви- дам профессиональной деятельности выпускника (проектно – конструкторская, организационно – технологическая, эксплуатационная и организа- ционно – управленческая). 3. Системный подход к разработке методиче- ского обеспечения подготовки (отсутствие кон- цептуального подхода введения и использования категорий государственного образовательного стандарта - ГОС). Нет комплексного научно обоснованного анализа практики введения образовательных стандартов и их влияния на качество образова- ния. В педагогическим сообществе и органах управления образованием отсутствует согласо- ванное мнение относительно объемов, направ- ленности и характера национально - региональ- ного компонента как органической составной части федерального государственного образова- тельного стандарта. Даже в высшей школе поиск путей и форм обновления ГОС, их размерности ведется по преимуществу в форме коллективной рефлексии, т.е. предпроектный этап (системный анализ) не обретает своего подлинного методологического и организационо - управленческого статуса, идаже не выдвинут в повестку дня как предмет НИР. 4. Системный подход к разработке матери- ально – технического обеспечения подготовки специалиста (обоснование требований к составу и структуре учебно – материальной базы подго- товки; разработка информационного обеспече- ния процесса подготовки; автоматизация, в том числе компьютеризация подготовки и т. д.). 5. Экономические аспекты подготовки специ- алистов в области ИБ. 6. Методический аппарат оценки степени подготовленности специалиста к решению про- фессиональных задач. Вместе с тем, анализируя развитие данных методов, можно выделить ряд причин, сдержи- вающих более широкое внедрение математиче- ского моделирования в практику. Прежде всего, это причины методического, организационного и технологического характера. К причинам методического характера сле- дует отнести: недостаточную изученность взаимосвязей факторов, характеристик и показателей процес- сов организационного управления; слабый опыт проработки облика моделей в контексте целевых задач, предлагаемых к реше- нию, а также в контексте задач более высокого уровня; отсутствие или невозможность прямого ис- пользования имеющихся математических мето- дов, приемлемых по выразительным возможно- стям и адекватности описания моделируемых процессов; непонимание того факта, что математическая модель и оперирующий с ней человек являются равноправными звеньями процесса выработки решений, а успех их взаимодействия суще- ственно зависит от ГОС и основной образова- тельной программы (ООП); отсутствие научно обоснованных принципов и механизмов разработки и системного исполь- зования ГОС и ООП; отсутствие системы пока- зателей и критериальной шкалы, используемых в ходе разработки и системного использования ГОС и ООП и т. д.). Нет согласованности при разработке государ- ственных образовательных стандартов разных ступеней высшего образования, а также стандар- тов по разным специальностям одной группы Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 409 различными учебно - методическими объедине- ниями. Не выработаны основные методологические подходы к реализации многоступенчатой си- стемы подготовки по трем ступеням высшего образования. Все большую озабоченность вызывает ослаб- ление преемственности среднего (полного) об- щего и высшего профессионального образова- ния. Государственные стандарты высшего обра- зования действуют уже много лет и нередко слабо согласованы с содержанием образования полной средней школы. Практически не решен вопрос о концептуаль- ных и методологических основаниях образова- тельных стандартов послевузовского профессио- нального образования. Еще более противоречивым является поло- жение в области разработки основных образова- тельных программ, примерных образовательных программ и образовательных программ, преду- смотренных федеральным законом «Об образо- вании». Среди исследователей и работников цен- трального аппарата соответствующих структур- ных подразделений пока отсутствует единство в интерпретации этих и других ведущих Не менее существенными представляются недостатки организационного плана, к которым прежде всего следует отнести отсутствие глубо- кой, научно обоснованной программы работ, недостаточную их координацию. Наряду с этим представляется весьма важным наличие коллек- тивов, владеющих современными методами мо- делирования во всем их многообразии и сво- бодно ориентирующихся в предметной области организационной системы. Недостатки технологического плана обу- словлены тем, что в настоящее время еще не полностью осознана необходимость промыш- ленного (индустриального) подхода к изучению и созданию взаимосвязанных систем моделиро- вания для организационного управления. Сло- жилось представление о математической модели как о программном продукте, который, как пра- вило, ни для кого не доступен, кроме автора про- граммы. В результате отсутствует преемствен- ность в разработке моделей, затруднены задачи комплексирования, сопровождения и наращива- ния. Иначе говоря, отсутствие технологической базы создания моделей, включающей в себя по- этапную схему действий и инструментально- программные средства их поддержки, является существенным фактором, сдерживающим внед- рение методов математического моделирования в практику управления организационными си- стемами. Особенности применения математических моделей в системе подготовки специалистов в области ИБ обусловлено следующими обстоя- тельствами. Во – первых, при формировании предметной области подготовки принципиальным моментом является абсолютный характер требования пол- ноты выявленных угроз. При этом формирования полного множества угроз представляет собой ярко выраженную неформализуемую проблему. Во – вторых, сама проблема – подготовка специалиста – принадлежит к числу, так называ- емых слабоструктурированных, размытых. По этой причине такого рода проблемы (задачи) отличаются высокой степенью сложности, мно- гопараметральным характером, значительной неопределённостью. В – третьих, наличие человека – гуманистич- ность системы подготовки и целенаправленность её поведения. И, наконец, наличие громадного числа огра- ничений, порождаемых нормативно – законода- тельной базой подготовки специалиста в области информационной безопасности (действующие нормативные правовые акты, ведомственные нормативные документы - ограничения, связан- ные с руководящими документами Минобразо- вания и заинтересованных ведомств). Таким образом, на этапе создания приклад- ной теории подготовки специалистов в области ИБ необходимо: 1. Расширение (конкретизация) классического системного подхода в форме антропоцентриче- ского его варианта, полагающего человека ос- новным компонентом системы подготовки спе- циалиста, а остальные компоненты (технические, средства ЭВТ и т.д.) - дополняющими и расши- ряющими его возможности по решению задан- ных задач. 2. Конкретизация представления системы подготовки классом функциональных систем, где взаимодействие компонентов приобретает характер взаимосодействия их достижению за- данной цели. 3. Расширение арсенала классической теории систем за счёт использования методов нечётких множеств, лингвистических переменных (не- строгой математики), неформальных методов оценивания, неформального поиска оптималь- ных решений. Причём, исключительное важное значение приобретают неформально – эвристи- ческие методы (экспертное оценивание, эвристи- ческое программирование), методы теории по- лезности, инженерии знаний, «мозгового штурма» и психоинтеллектуальной генерации. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 410 УДК 51(07.07) МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КУРСОВЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИНФОРМАТИКА» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПСФ Кондратьева Н.А., Романчак В.М. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь На современном рынке труда конкурентоспо- собным может стать только квалифицированный работник соответствующего уровня и профиля, компетентный, свободно владеющей своей про- фессией и ориентированный в смежных областях деятельности, способный к эффективной работе по специальности на уровне мировых стандартов и готовый к постоянному профессиональному росту. Задача преподавателя высшей школы за- ключается в организации и направлении позна- вательной деятельности студентов, эффектив- ность которой во многом зависит от их самосто- ятельной работы. В свою очередь, самостоятельная работа студентов должна пред- ставлять собой непросто самоцель, а средство достижения прочных и глубоких знаний, ин- струмент формирования активности и самостоя- тельности студентов. Курсовая работа является эффективной формой углубленного освоения учебной дисциплины «Информатика» только тогда, когда она выполнена студентом творче- ски, самостоятельно, на основе глубокого изуче- ния научной и методической литературы, обоб- щения и анализа разностороннего фактического материала. Курсовая работа предполагает постановку и решение совокупности аналитических, расчет- ных, исследовательских, оценочных задач, объ- единенных общностью рассматриваемого объ- екта. Целью курсового проектирования по дис- циплине «Информатика» является формирование у студентов опыта комплексного решения кон- кретных вычислительных задач. Планирование и контроль преподавателем самостоятельной ра- боты студентов необходим для успешного ее выполнения. Преподаватель должен объяснить смысл и цель самостоятельной работы, дать по- дробный инструктаж о требованиях, предъявля- емых к самостоятельной работе и методах ее вы- полнения, продемонстрировать образец самосто- ятельной работы, раскрыть теоретическую и практическую значимость выполнения самостоя- тельной работы, сформировать познавательную потребность студента и готовность к выполне- нию самостоятельной работы, мотивировать сту- дента на достижение цели. Преподавателю необ- ходимо выявить начальный уровнь готовности студента к выполнению самостоятельной ра- боты, наметить дальнейшие пути выполнения самостоятельной работы, осуществлять управле- ние через воздействие на каждом этапе процесса выполнения самостоятельной работы. Студент должен владеть оптимальными тех- нологиями выполнения самостоятельной работы по информатике, согласовывать этапы выполне- ния самостоятельной работы с руководителем. В ходе написания курсовой работы студент дол- жен: продемонстрировать свое умение собирать, анализировать и обобщать материал по рассмат- риваемой проблеме; изучить и отобразить важ- нейшие теоретические и практические аспекты изучаемой дисциплины; опираться на действую- щие нормативные и правовые документы, а также на критически проанализированную науч- ную литературу; показать свою способность ана- лизировать материал самостоятельно и творче- ски, а также уметь делать правильные теоретиче- ские выводы и вносить практические предложения; уметь сформулировать и аргумен- тировать свою позицию по данной проблеме; придерживаться четкой структуры курсовой ра- боты и оформить ее в соответствии с предъявля- емыми требованиями. Преподаватель обязан давать методические рекомендации по выполнению курсовой работы, выявлять затруднения и типичные ошибки, под- черкивать положительные и отрицательные сто- роны, определять уровень продвижения студента и тем самым сформировать у него мотивацию достижения успеха в учебной деятельности. Во время подготовки курсовой работы перед студентом не стоит задача открыть новые научные положения в области информатики. В процессе изложения темы студенту необходимо показать способность научно использовать лите- ратуру, понимать методологию изложения мате- риала, уметь систематизировать данные, обраба- тывать фактический материал, делать обобщения и выводы, увязывать теорию с практикой и со- временной действительностью. В «Методических указаниях к курсовым ра- ботам по информатике» для студентов инженер- ных специальностей приборостроительного фа- культета БНТУ изложены требования к выпол- нению и оформлению курсовых работ по дисциплине «Информатика» для студентов ин- женерных специальностей приборостроитель- ного факультета БНТУ в соответствии с Прика- зом БНТУ от 10 февраля 2014 года №206 «Ин- струкция о порядке организации курсового проектирования и защиты курсовых проектов». Методические указания составлены коллективом преподавателей кафедры «Инженерная матема- тика» в виде электронного учебного материала. Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 411 Состоят из пяти частей, в которых разъясняется структура курсового проекта, требования к оформлению и защите курсовой работы, пред- ставлен список примерных тем курсовых работ для различных специальностей приборострои- тельного и спортивно-технического факультетов, предложена тематическая литература. Курсовая работа является одной из важней- ших форм учебного процесса, которая выполня- ется в соответствии с учебным планом специаль- ности и носит учебно-исследовательский харак- тер. Курсовая работа является логически завершенным и оформленным в виде текста из- ложением студента содержания отдельных про- блем, а также задач и методов их решения в изу- чаемой области науки. Цель курсовой работы заключается в углублении изучения отдельных тем соответствующих учебных дисциплин и овладении исследовательскими навыками. В ходе выполнения курсовой работы студенты по- лучают возможность закрепить знания и навыки по некоторым смежным дисциплинам, таким как физика, линейная алгебра, математический ана- лиз, дифференциальные уравнения, численные методы, поскольку одним из разделов курсовой работы является математическое моделирование предметной области. Важной задачей также яв- ляется формирование умения грамотно оформ- лять пояснительную записку, делать презента- цию и защищать результаты работы перед ауди- торией. Содержание и сроки выполнения отдельных этапов курсовой работы должны устанавлива- ются таким образом, чтобы в течение всего пе- риода проектирования обеспечивалась равно- мерная недельная трудоемкость работ. При сдаче студентом готовых частей курсовой работы на проверку, для отслеживания хода курсового про- ектирования, предлагается к выполненным раз- делам прикладывать протокол консультаций, куда будут записываться замечания и рекомен- дации руководителя работы, что станет стиму- лом к успешному результату. Предлагается использовать бланк оценки ка- чества выполнения курсовой работы. В нем должны отражаться: 1). Оценка содержания работы: соответствие темы работы содержанию дисциплины, обосно- вание актуальности темы, соответствие содержа- ния работы целям и задачам исследований, об- щая грамотность изложения, использование при оформлении аналитической части работы таб- личных и графических редакторов, актуальность и практическая значимость используемых источ- ников. 2). Оценка качества выполненного исследо- вания: соответствие структуры работы целям и задачам исследований, наличие теоретической и практической части, проведение практических исследований по теме и написание программных кодов или использование пакетов для инженер- ных расчетов, анализ результатов исследований и выявление недостатков, актуальность выводов и предложений, полнота раскрытия заданной темы. 3). Оценка качества оформления: соответ- ствие структуры и объема работы предъявляе- мым требованиям, форматирование текста, оформление таблиц, графиков, рисунков, нали- чие и оформление библиографических ссылок, оформление приложений. Выполнение курсовой работы является заключительным этапом в изучении студентами учебной дисциплины «Информатика» и имеет следующие цели: систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических зна- ний по дисциплине; применение этих знаний при решении конкретных научных, экономических и производственных задач и проблем; развитие навыков выполнения самостоятельной работы студентов; овладение научными методами ис- следования при решении актуальных проблем с помощью математических методов и моделей. Инновационные технологии, внедренные в процесс обучения предмету « Информатика» на ПСФ БНТУ, позволяют формировать професси- онально-личностные академические компетен- ции студентов: 1). Владеть и применять базовые научно-теоретические знания для решения тео- ретических и практических задач. 2). Владеть системным и сравнительным анализом. 3). Вла- деть исследовательскими навыками. 4). Уметь работать самостоятельно. 5). Быть способным порождать новые идеи. 6). Владеть междисци- плинарным подходом при решении проблем. 7). Иметь навыки, связанные с использованием технических устройств, управлением информацией, работой с компьютером. 8). Иметь лингвистические навыки. 9). Уметь учиться, повышать свою квалификацию. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 412 УДК 621 СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ КУРСОВ «ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА» И «ИНФОРМАТИКА» В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ Прихач Н.К., Прусова И.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Говоря о процессе обучения, стоит рассмат- ривать не воздействие преподавателя на сту- дента, а их взаимодействие, т.к. изучение дисци- плины «Высшая математика» невозможно без одновременной деятельности и тех, и других участников процесса обучения. Без самостоя- тельной работы студентов, без практических ча- сов, где и происходит основное взаимодействие преподавателя со студентами и наоборот, про- цесс изучения дисциплины почти не протекает или протекает далеко не так успешно, как мог бы. При рассмотрении структуры процесса обу- чения необходимо выявить его строение, основ- ные компоненты и связи между ними. Обучение является разновидностью человеческой деятель- ности, которая носит двусторонний характер. Оно обязательно предполагает взаимодействие преподавателя и обучаемых (одного, группы или потока), протекающее в определённых условиях. Если преподаватели концентрируют внима- ние только на управлении, на учебной деятель- ности, но не обеспечивают при этом правильного стиля общения, то результат такого влияние мо- жет оказаться недостаточным. Не менее неэф- фективными окажутся усилия и тогда, когда обеспечена благоприятная для общения среда, но не организована должным образом учебная дея- тельность. Взаимодействие преподавателей и обучаемых происходит как в непосредственной, так и в опо- средованной форме. При непосредственном вза- имодействии преподаватель и студент совместно реализуют задачи обучения (практические часы, частично – курсовые работы, расчётно-графиче- ские работы и т. д.). При опосредованном взаи- модействии студенты выполняют задания и ин- струкции, данные преподавателем ранее (до- машняя, самостоятельная, контрольная работы). Любая деятельность требует видеть в ней цель, содержание, мотивы, способы действий, протекающие при известных напряжениях воли, сопряжённых с обучением, а также интеллекту- альных сил, способы регулирования и контроля за их результативностью. Опираясь на данную характеристику про- цесса, мы можем относительно целостно пред- ставить себе компоненты или элементы учебного процесса: целевой, стимулирующе-мотивацион- ный, содержательный, операционно-деятель- ностный, контрольно-регулировочный и оце- ночно-результативный. Другими словами – всё, начиная с учебного плана по предмету и закан- чивая сдачей экзамена студентом. Эти компо- ненты процесса обучения отражают развитие взаимодействия преподавателя и студентов от постановки целей до их реализации в конкрет- ных учебных результатах. При этом необходимо учитывать, что компоненты процесса обучения характеризуют определенный цикл взаимодей- ствия преподавателя и студентов. К примеру, цикл решения определённой задачи или форми- рование какого-либо нового понятия (комплекс- ные числа – для первокурсников). Цикл решения более частных задач сливается в более широком цикле решения задач данного учебного предмета, системы учебных предметов и всего учебного плана. Примером подобного можно назвать учебный план по математическим дисциплинам на специальности «Метрология, стандартизация и сертификация». На первом курсе студенты в рамках семестрового курса «Информатика» обучаются навыкам работы с программой «Statistica» и решения задач, посред- ством её, что необходимо им для дальнейшего успешного освоения программы некоторых спе- циальных дисциплин на старших курсах. Целевой компонент процесса обучения пред- ставляет собой цель и задачи обучения, которые определяются на основе требований программы с учётом особенностей требований специально- сти. Таким образом, если на специальности «Микро- и наносистемная техника» требуется уделять большее внимание интегралам, то, к примеру, студентам, обучающимся на специаль- ности «Метрология, стандартизация и сертифи- кация» интегралы не столь важны как теория вероятности и математическая статистика. Стимулирующе-мотивационный компонент заключается в единстве стимулирования и моти- вации студентов преподавателями во время обу- чения. В качестве примера поощрения углублен- ного изучения предмета можно привести научно- практическую работу обучающихся под руко- водством преподавателя. Содержание предмета «Высшая математика» определяется учебным планом, учебной про- граммой и учебными пособиями. Содержание конкретизируется преподавателем, при необхо- димости – корректируется с учётом специфики специальности. Таким образом, невозможно ве- сти по одной программе предмет для техниче- ских и экономических специальностей, что учи- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 413 тывается при составлении планов учебного про- цесса. Операционно-деятельный компонент непо- средственно является процессуальной сущно- стью обучения. Он реализуется посредством определённых методов, средств и форм органи- зации преподавания и обучения, начиная от лек- ционных часов и заканчивая научно-практиче- ской работой. Контрольно-регулировочный пункт являет собой одновременно и самоконтроль студента и контроль со стороны преподавателя за ходом решения поставленных задач, за выполнением учебных операций и точностью получаемых от- ветов. Текущий контроль осуществляется с по- мощью устных, письменных, практических ра- бот, путём проведения опросов, контрольных, зачётов и экзаменов. Самоконтроль протекает в виде самопроверок студентами степени усвоения изучаемого материала, правильности выполне- ния заданий путём обратных действий, напри- мер, пара интегрирование – дифференцирование, оценки жизнеспособности ответа (невозможно получить отрицательную дисперсию) и прочее. Контроль и самоконтроль обеспечивает функционирование обратной связи в учебном процессе – преподаватель получает представле- ние о степени затруднений, о качестве поэтап- ного решения задач обучения, о типичных недо- статках. В свою очередь, это помогает корректи- ровать, регулировать учебный процесс, вносить изменения в методы, формы и акценты обучения, что позволяет приблизить учебный процесс к оптимальному для специальности уровню. Регу- лирование процесса проводится не только пре- подавателем, но и самими студентами путем са- морегулирования своих действий, работой над ошибками, повторения вопросов, вызывающих затруднения, чтобы впоследствии успешно за- крыть сессию, что приводит нас к последнему, но не маловажному компоненту. Оценочно-результативный компонент обуче- ния предполагает оценку преподавателем до- стигнутых в процессе изучения предмета резуль- татов и установления соответствия их постав- ленным задачам. Поскольку структура любого процесса – это не только входящие в него компоненты, но и взаимосвязи между ними, а также целостные свойства процесса, то все вышеуказанные ком- поненты стоит рассматривать как закономерный комплекс. К примеру, цель изучения предмета определяет его содержание, они вместе влияют на выбор методов, форм и средств обучения; по ходу образовательного процесса необходим кон- троль для коррекции и регулирования самого процесса, чтобы приблизить его к оптимальному варианту, и только совокупность всего ком- плекса компонентов обеспечивает определённый результат. Разумеется, указанная последовательность и содержание компонентов является наиболее ти- пичной, но не обязательной. В зависимости от специфики задач обучения, возможностей и уровня отношений студентов к обучению, те или иные компоненты процесса будут применяться в большей или меньшей степени, а порой и вообще отсутствовать в данном цикле. Раскрывая сущность процесса обучения, мы подчеркнули, что в нём органично сливаются преподавание и учение, то есть деятельность, как преподавателей, так и студентов. Назначение деятельности преподавателя состоит в том, чтобы осуществлять управление активной и со- знательной деятельностью студентов по усвое- нию учебного материала. Поэтому руководящая роль в учебном процессе принадлежит, все же, преподавателю. Но сам учебный процесс невоз- можен без активной деятельности студентов, как субъектов преподавания. Важно подчеркнуть, что в прошлом при характеристике процесса обучения деятельность преподавателя нередко сводили к передаче учащимся определённой суммы знаний и умений. При таком подходе преподаватель считался активным субъектом обучения, а студент – пассивным объектом. В высших учебных заведениях существует подход, благодаря которому преподаватель призван ор- ганизовать активную деятельность самих сту- дентов по усвоению новых знаний и умений, хотя это и предполагает наличие объяснения, изложения новой информации и так далее. К примеру, с этого учебного года на кафедре «Инженерная математика» в рамках Болонского процесса и курса «Информатика» происходит пересмотр способов передачи информации от преподавателя к студенту от классических лек- ционных часов к консультативным. Таким обра- зом, в рамках курса студент поощряется к само- стоятельному изучению программы дисциплины, с контролем в качестве лабораторных работ и экзамена в конце семестра, а также запланиро- ванными еженедельными консультациями, кото- рые входят в сетку расписания студентов-перво- курсников. Несмотря на чересчур инновацион- ный тип подачи информации студенту на постсоветском пространстве, только время пока- жет его профпригодность. Тем не менее, необходимо творчески подхо- дить к осуществлению структурных компонен- тов процесса обучения и не допускать шаблон- ного применения этого комплекса. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 414 УДК 658.562 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЗАТРАТАМИ КАК ЧАСТЬ ОБЩЕЙ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА ОРГАНИЗАЦИИ Ленкевич О.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь На сегодняшний момент качество является неотъемлемой характеристикой любого объекта менеджмента. В связи с этим особую актуаль- ность приобрела и способность правильно оце- нить и управлять затратами организации на каче- ство. По данным различных исследований, за- траты на качество достигают до 40 % от объема продаж. В общем смысле «Затраты на качество определяются как затраты, связанные с выполне- нием функций процесса, с оценкой результата процесса, с устранением выявленных несоответ- ствий, с проведением предупреждающих меро- приятий». Развитие конкурентных преимуществ органи- зации посредством повышения качества и сни- жения затрат вряд ли будет возможно без внед- рения в организации системы управления затра- тами. Учет и анализ затрат по всем направлениям деятельности организации обеспечит менедж- мент необходимой информацией для принятия грамотных управленческих решений и планиро- вания мероприятий по улучшению качества про- дукции (услуги) и деятельности организации в целом с точки зрения их экономической выгоды и эффективности. Систему управления затратами на качество следует рассматривать как часть об- щей системы менеджмента организации. Действующие международные стандарты напрямую говорят о необходимости учета и ана- лиза затрат на качество в рамках системы ме- неджмента организации. Например, ISO 10014:2006 «Руководящие принципы управления экономикой качества» представляет концепцию и методологию экономики качества, позволяю- щую поднять уровень удовлетворенности потре- бителя и одновременно снизить затраты. Основными предпосылками для внедрения в организации системы управления затратами на качество могут являться: - требования международных и отраслевых стандартов; - необходимость определение масштаба про- блем через финансовые показатели, которые наиболее понятны высшему руководству; - выявление областей для снижения затрат на качество и потерь от дефектов; - поиск возможностей для повышения удо- влетворенности потребителей; - расстановка приоритетов для улучшения де- ятельности; - обоснование стратегии и планирование це- лей организации, в том числе в области качества. Главная идея анализа затрат на качество за- ключается в том, что относительно небольшие вложения в деятельность по предупреждению производства некачественной продукции и услуг приводят к значительным сокращениям потерь от брака как внутренних, так и внешних. Затраты на оценку качества также существенно сокра- щаются по мере того, как инвестиции в качество улучшают потребительские свойства продукции и услуг. База данных по затратам на качество должна не только регулярно обновляться, но и постоянно развиваться и совершенствоваться. Некоторые организации внедряют у себя документирован- ную систему качества, тесно связанную с систе- мой бухгалтерского учета, представляющую со- бой ежемесячные или ежеквартальные данные по затратам на качество. Если данные по затратам на качество носят недостаточно детальный ха- рактер, то на их основе трудно выработать кон- кретные меры, направленные на непрерывное совершенствование деятельности организации. Оценку затрат на обеспечение качества от- дельного бизнес-процесса можно выполнить пу- тем последовательного анализа каждого из со- ставляющих его подпроцессов, учитывая стои- мость каждого подпроцесса в категориях предупреждения, оценки качества и несоответ- ствий. Некоторые из выявленных в результате такого анализа подпроцессов могут вообще не создавать прибавленной стоимости и представ- лять собой чистые издержки. Исключение или комбинирование отдельных подпроцессов, как правило, дает возможность значительно сокра- тить затраты на обеспечение качества. Иногда очень полезными оказываются и другие нефор- мальные методы учета затрат на качество. Например, учет влияния степени удовлетворен- ности потребителя на уровень потенциальных потерь, несмотря на явно оценочный характер, позволяет более тесно связать меры по улучше- нию качества с потребительскими ожиданиями. Но каким бы методом ни пользовался специ- алист в области качества, он обязан искать скры- тые издержки, представляющие собой потенци- альные ресурсы для экономии. В действительно- сти большая часть издержек, связанных с качеством оказывается спрятанной внутри стан- дартных статей расходов предприятия. К числу таких издержек следует отнести задержки в при- нятии управленческих решений, простои, неис- пользуемые мощности, неоправданно большие Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 415 складские запасы, отложенную доставку, упу- щенные заказы и потерянные потребители. Первым шагом в исследовании затрат на ка- чество является оценка доли таких затрат в структуре расходов организации. В качестве базы для первоначальной оценки можно взять общий объем продаж или суммарные затраты на производство или обслуживание. Когда органи- зация впервые обращается к вопросам качества, величина издержек, так или иначе связанных с качеством, зачастую оказывается значительно выше объема продаж. В результате проведения целенаправленной политики уровень потерь из- за качества, как правило, удается снизить. Относительную величину затрат несоответ- ствия (потерь от брака) можно оценить с помо- щью анализа Парето. Обычно они соответствуют правилу 80:20, согласно которому относительно небольшое число причин порождает большую часть затрат. Необходимо также постоянно ана- лизировать соотношение полученных результа- тов в области качества и затрат на их достиже- ние. Тем не менее основным инструментом оценки затрат на качество, особенно затрат несо- ответствия, остается построение причинно-след- ственной диаграммы. Каждая категория затрат классифицируется по составляющим ее элемен- там и рассматривается как следствие воздействия некоторого фактора (скрытой причины), имею- щего более глубокий, фундаментальный харак- тер. Далее каждый элемент разбивается на от- дельные компоненты, и каждая причина оказы- вается следствием действия фактора следующего уровня и т. д. Анализ затрат по видам деятельно- сти (АВС-анализ) значительно упрощает такую работу, так как затраты на процессы учитыва- ются в рамках конкретных функций. После того как выгоды от устранения наиболее существен- ных потерь организации подсчитаны, можно оценить стоимость проведения работ по улучше- нию деятельности, а также норму прибыли по инвестициям на качество и время возвращения этой прибыли. Учитывая известные к настоя- щему моменту оценки будущих поступлений, можно определить общую стоимость инвестици- онного проекта, сравнить ее со стоимостью дру- гих проектов по совершенствованию деятельно- сти предприятия и представить рекомендации высшему руководству. Безусловно, главной целью любого проекта по измерению и анализу затрат на качество явля- ется выработка рекомендаций для высшего руко- водства организации. Основной задачей должен стать выбор таких мер по улучшению деятельно- сти, которые в максимальной степени соответ- ствовали бы стратегическим целям организации. Для того чтобы соотнести деятельность по улучшению качества с целями организации, можно использовать базу данных по затратам на качество. Затраты несоответствия можно непо- средственно связать с отдельной статьей в списке стратегических целей. Тогда проекты по совершенствованию деятельности будут оказы- вать прямое влияние на цель. Например, если стратегическая цель организации - расширение рынка продукции и анализ данных по затратам на качество указывает на то, что внешние потери из-за недопустимо высокой доли возвращаемой продукции очень значительны, то снижение доли возвращаемой продукции как раз и будет тем видом деятельности по улучшению качества, который связан с целью экспансии на рынке. Если затраты на качество обусловлены потерей существующих клиентов и отсутствием новых, необходимо укрепить доверие к стратегическим целям. Между ними и базой данных по затратам существует взаимодействие. После того как оп- тимальный проект улучшения деятельности определен, за ним должны последовать конкрет- ные корректирующие меры, предусмотренные процессом улучшения качества. База данных по затратам, в свою очередь, влияет на процесс планирования и выбор новых целей по улучшению качества, соответствующих стратегическим целям организации, тем самым обеспечивая непрерывность процесса улучше- ния. Программа улучшения качества, основанная на анализе затрат не будет успешной, если она не была инициирована руководством организации. Именно высшее руководство должно показать приверженность к идеям качества и способство- вать распространению идеологии качества на всех уровнях организации. 1. On Leadership // Quality Progress. – 2002. – № 8. 2. Atkinson H., Hamburg J., Ittner C. Linking Quality to Profits // ASQ Quality Press, 1994. 3. Campanella J. Principles of Quality Costs, 3rd Edition // ASQ Quality Press, 1999. 4. ANSI/ISO/ASQ 9001:2000 Quality Manage- ment Systems - Requirements // ASQ Quality Press, 2000. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 416 УДК 336 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН Ляхевич А.Г., Мойсейчик Д.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В последнее время в практике ведущих миро- вых финансовых учреждений всё более широкое распространения получает технология блокчейн. Толчок развитию технологии дало её использо- вание в популярной криптовалюте «биткоин», однако, с течением времени, блокчейн эволюци- онировал и в настоящее время не ограничивается только рамками «биткоин». Блокчейн - это распределенная база данных, которая содержит информацию о всех транзак- циях, проведенных участниками системы. Ин- формация хранится в виде «цепочки блоков». Блок состоит из заголовка и списка транзакций. В заголовок блока включён результат расчёта хеш-функции. Два блока отличающиеся друг от друга хотя бы на один бит будут иметь непред- сказуемо разные хеши. Заголовок блока вклю- чает в себя свой хеш, хеш предыдущего блока, хеши транзакций и дополнительную служебную информацию. Благодаря хешам информацию в блоках можно быстро перепроверить. Каждый блок всегда содержит информацию о предыду- щем блоке. Все блоки можно выстроить в одну цепочку, которая содержит информацию о всех совершённых когда-либо операциях в этой базе. Копия базы или её части одновременно хранится на множестве компьютеров (у всех участников системы). Все копии синхронизируются. Ин- формация в блоках не шифрована и доступна в открытом виде, но защищена от изменений криптографически через хеш-цепочки. По- скольку блоки в цепочке содержат хеши преды- дущих блоков, то для того, чтобы «задним чис- лом» внести исправления хотя бы в один блок, придётся модифицировать всю цепочку, начиная с изменённого блока. При этом изменения при- дётся вносить не на одном компьютере, а на всех компьютерах участников системы, хранящих копии этой цепочки. Это трудно решаемая за- дача, как в организационном плане, так и с точки зрения необходимых для такой операции вычис- лительных ресурсов. Кроме того, информация о транзакциях может быть дополнительно подпи- сана при помощи ассиметричного шифрования с использованием специальной метки времени. Схему работы блокчейн проще всего пояс- нить на примере криптовалюты. В случае крип- товалюты транзакциями являются денежные переводы между кошельками пользователей. Предположим А хочет перевести деньги Б. Тран- закции по переводу денежных средств пере- даются в сеть и собираются в блоки. Блоки расы- лаются всем участникам системы для «про- верки». Если ошибок нет, то каждый участник записывает блок в свой экземпляр базы данных. Теперь блок может быть добавлен к цепочке блоков, которая содержит информацию о всех предыдущих транзакциях. В результате деньги переведены от А к Б [1]. Своего рода «свидете- лями» этого перевода стали все участники си- стемы, т.е. блокчейн исключает необходимость подтверждать сделку при помощи нотариусов или иных «доверенных посредников» и следова- тельно исключает возможность злоупотребления своими полномочиями со стороны этих автори- тетных посредников. Описанная технология также позволяет со- здавать систему так называемых «умных конт- рактов», т.е. контрактов самостоятельно следя- щих за своим выполнением. Первые идеи «ум- ных контрактов» были предложены в 1994 году Ником Сабо. На практике «умные контракты» впервые начали применяться в 2013 году в рам- ках проекта Ethereum. Проще всего пояснить идею «умного контракта» на примерах [2]: вы и ваш приятель играете в тотализатор на исход спортивного матча. Ваши ставки сохраняются в блокчейне в виде транзакций. После окончания матча «умный контракт» автоматически прове- ряет его исход на каком-нибудь спортивном сайте и переводит всю сумму победителю. В случае использования «умных контрактов» при доставке покупок оплата за товар фиксируется в блокчейне, но только когда приходит автомати- ческое подтверждение от курьерской службы, деньги поступают продавцу. Уже сейчас в авто- мобили планируется встраивать возможность дистанционного отключения двигателя право- охранительными органами. С учётом этого ста- новится возможным сделать «умным» кредит- ный договор (не внёс платеж — машина не заво- дится). Выгоды применения технологии блокчейн очевидны: она позволяет существенно снизить трансакционные издержки за счёт исключения из операций «доверенных посредников» (и их ко- миссионного вознаграждения), она также позво- ляет существенно повысить скорость осуществ- ления операций, что очень важно в современном мире. Система умных контрактов позволяет сто- ронам заключать контракты без необходимости избыточно доверять друг другу (контракт сам оплатит работы по факту их выполнения, без задержек «по объективным причинам»), что в Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 417 свою очередь способствует росту деловой актив- ности. Испанский банк Santander (10-е место по активам в мире) утверждает, что сможет исполь- зовать блокчейн в двух десятках рабочих про- цессов внутри банка. Применение технологии, по подсчетам аналитиков Santander, может к 2022 году сократить издержки финансовых органи- заций на $15–20 млрд, в первую очередь за счет экономии на трансграничных платежах и тор- говле ценными бумагами [1]. В настоящее время вопрос широкого приме- нения технологии блокчейн активно исследуется крупнейшими мировыми банками. Так в сен- тябре 2016 года Barclays и израильский стартап Wave осуществили первую в мире торговую сделку с использованием технологии блокчейн, благодаря чему весь процесс, обычно занимаю- щий от 7 до 10 дней, завершился за четыре часа. Сделка касалась экспорта сыра и сливочного масла ирландского сельскохозяйственного кооператива Ornua на сумму $100 000 компании Seychelles Trading Company (STC) [3]. Актив- ными исследованиями применения технологии блокчейн занимается швейцарский банк UBS Group AG в сотрудничестве с Deutsche Bank AG, Banco Santander SA, брокер ICAP Plc и Bank of New York Mellon Corp. Группа банков планирует внедрить эту технологию на базе одного из бан- ков в Цюрихе и уже обратились за одобрением этого проекта в регулирующие органы [4]. Про- чие мировые финансовые гиганты - Goldman Sachs, JP Morgan и Credit Suisse и еще шесть транснациональных банков - в рамках стартапа R3CEV планируют разработать общие стандарты для технологии блокчейна и найти возможности для применения в секторе финансовых услуг [1]. Компания IBM создаёт специальное подразде- ление Watson Financial Services, призванное ис- пользовать суперкомпьютер IBM Watson для работ в области интеграции облачных техно- логий и блокчейн. Уже этой осенью компания IBM может запустить блокчейн-решение, ориен- тированное на удовлетворение финансовых потребностей своих клиентов. В Российской Федерации технологию блокчейн активно пропа- гандирует председатель правления Сбербанка России Герман Греф. Центральный банк РФ предложил создание консорциума по исследова- нию и применению блокчейн. По мнению зам- председателя Банка России Ольги Скоробога- товой финансовые системы на основе блокчейна могут появиться через 3-4 года. Применение технологии блокчейн не ограни- чивается только банковским сектором. Стартап BitNation предлагает любому жителю планеты стать гражданином виртуального государства и получить доступ к виртуальным государствен- ным услугам, основанным на технологии блок- чейн, например услугу электронной нотаризации документов. В ноябре 2015 года BitNation за- ключил партнерское соглашение с правитель- ством Эстонии, и теперь граждане Bitnation мо- гут идентифицировать свою реальную личность через систему электронного резидентства Эсто- нии [2]. Несмотря на все преимущества, технология блокчейн имеет и ряд недостатков. Так совер- шившиеся транзакции в блокчейн достаточно трудно отменить, даже если эти транзакции стали следствием мошеннических действий. Единственный выход в таком случае – это при- нудить злоумышленника осуществить ещё одну транзакцию, вернув деньги жертве. Возможна также эксплуатация уязвимостей в программах, реализующих исполнение условий «умного конт- ракта», что было продемонстрировано на при- мере венчурного фонда The DAO, потерявшего на ошибке в ПО 50 млн. долларов США [5]. Тем не менее, большинство экспертов отме- чают, что система блокчейн отличается открыто- стью и одновременной надежностью. Ее внедре- ние позволит изменить жизнь к лучшему и ис- ключить многие мошеннические схемы - аферы, «пробелы» в балансах банков и так далее. Благо- даря работе новой системы, многие люди смогут избежать финансовых потерь и научиться прове- рять все проводимые операции. Блокчейн - это универсальная платформа, на которую будут опираться новые стандарты современности. Она изменит действующие экономические и финан- совые стандарты в лучшую сторону. 1. Сирануш Шароян. Блокчейн: внезапно ну- жен всем // Портал РБК, 16.12.2015 [Элек- трон. ресурс]. – 2015.- Режим доступа: http://www.rbc.ru/ magazine/2016/01/56ba 1b779a79477d693621e7 2. Сергей Добрынин. Революция доверия // Радио Свобода, 28.02.2016 [Электрон. ре- сурс]. – 2016. – Режим доступа: http://www.svoboda.org/a/ 27575751.html 3. Barclays провел первую в мире торговую сделку с использованием технологии блок- чейн // Портал 3D News, 10.09.2016 [Элек- трон. ресурс].-2016.- Режим доступа: http://www.3dnews.ru/ 939153 4. UBS And Other Banks Are Not Creating A New Digital Currency - It's Blockchain Settle- ment Not Money // Forbes, 24.08.2016 [Элек- трон. ресурс].-2016.- Режим доступа: http://www.forbes.com/sites/timworstall/2016/ 08/24/ubs-and-other-banks-are-not-creating-a- new-digital-currency-its-blockchain- settlement-not-money/#2a18d31c2070 5. Ксения Гейн. Что такое «умные кон- тракты» - или как законно украсть $50 млн. // Rusbase, 29.07.2016 [Электрон. ресурс].- 2016.- Режим доступа: http:// rusbase.com/opinion/clever/. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 418 УДК 336 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ SCIENCE_SCRUM Мелюшин П.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Автоматизация и создание информационных систем являются на данный момент одной из самых рентабельных областей деятельности в производстве. Одной из причин активного разви- тия данной области является то, что автоматиза- ция служит основой коренного изменения про- цессов, играющих важную роль в деятельности человека, и породила надежды на то, что с по- мощью новых научных дисциплин будут разре- шены трудные проблемы и противоречия чело- веческой жизни. Ведется поиск эффективной индустрии разработки большого количества ин- формационных систем: системы обработки дан- ных, информационные системы управления, маркетинговые системы, системы бухгалтер- ского учета и тд. В работе рассмотрены особенности управле- ния процессом проектирования информацион- ных систем и предложен подход по разработке методологических основ для построения инфор- мационных систем. Проанализированы суще- ствующие концептуальные модели и на их ос- нове предложена технология Science_Scrum. Современная техника развивается бурными темпами, и для удобства управления устрой- ствами требуется все более совершенное инфор- мационное обеспечение. Создание различных информационных систем для персональных ком- пьютеров за десять лет превратилось в важную и прибыльную сферу деятельности. Потребности людей растут, проекты становятся все более масштабными и бюджетными. В таких условиях в компаниях по разработке информационного обеспечения возникает необходимость в совер- шенствовании методологий для более эффек- тивной отдачи. В настоящее время существует много различ- ных методологий разработки программных про- дуктов, рассчитанных на крупные и мелкие про- екты, на большие и маленькие команды разра- ботчиков. Для того чтобы выбранная методология приносила максимальную пользу, необходимо правильно оптимизировать и струк- турировать процесс разработки. Существует много методологий разработки, однако проанализируем наиболее известные и развитые: 1.Экстремальное программирование (eXtreme Programming XP). 2.Crystal. 3.Методология адаптивных систем (ASD). 4.Функционально-ориентированная разра- ботка (Feature Driven Development или FDD). 5.Метод разработки динамических систем (Dynamic System Development Method DSDM). Важным критерием проекта является лег- кость внедрения методики в процесс разработки. Для XP характерны жесткие правила выполне- ния проекта. Основными принципами методоло- гии являются: простота решений, интенсивная разработка малыми группами, общение в группе и между группами, заказчик включен в процесс разработки, достаточная смелость и желание идти на риск. Для семейства методологий Crystal харак- терна общность методик и абстрактные схемы. В ней не предусмотрены конкретные меры по ор- ганизации работы в коллективе или планирова- нию. По эффективности она проигрывает остальным методологиям, а по своей жесткости очень далеко отстоит от XP. Методология ASD построена на концептуальной базе теории слож- ных адаптивных систем. Она рассчитана на ис- пользование в экстремальных проектах, в кото- рых превалируют быстрый темп разработок. В технологии FDD ключевую роль играет понятие функции системы. Функция реализовы- ваться не более чем за две недели и если сцена- рий использования достаточно мал, его можно считать функцией. Для технологии DSDM характерно разра- ботка проекта в короткие сроки с использова- нием ограниченного количества ресурсов, преду- смотренного бюджетом. DSDM стремиться со- кратить связующие звенья между заказчиком и разработчиком, аналитиком и дизайнером. Ана- лиз легкости внедрения методик в процесс раз- работки требует поиска приемов упрощающих работу заказчика и исполнителя. Важными критериями проектируемой си- стемы являются надежность и жизненный цикл проекта (ориентировочно 10-30 лет ). При использовании eXtreme Programming тщательное предварительное проектирование заменяется постоянным присутствием в команде заказчика, готового ответить на любой вопрос и оценить любой прототип. Семейство методологий Crystal рассматри- вает процесс создания системы как конечную целенаправленную игру и утверждает, что у этой игры есть всего две цели: главная и вспомога- тельная. Главная цель заключается в том, чтобы успешно закончить проект. Второстепенная цель - подготовиться к следующей игре. Технология ASD базируется на принципе не- прерывной адаптации, благодаря которой возни- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 419 кает другой жизненный цикл проекта. Изменения в проекте становятся нормой. Технология DSDM основана на непрерывном вовлечении пользователя в итерационный про- цесс разработки для которого не страшны изме- нения требований, но в то же время достаточно приспособлен к использованию с формальной системой управления проектом. Для анализируемых технологий есть один существенный недостаток, из-за которого боль- шинство заказчиков от них отказываются. Чтобы сделать процесс разработки предсказуемым, необходимо наладить дисциплину внутри кол- лектива, а для этого нужно точно следовать предписаниям методологии. Альтернатива - использовать методологию разработки, которая превращает создание ин- формационных систем в упорядоченный про- цесс, с помощью которого можно сделать разра- ботку информационных систем более прогнози- руемой и эффективной [1]. Автором предлагается подход на основе тех- нологии Science_Scrum, основаный на принципе восходящей прогнозной разработки [2], когда система строится вокруг ключевых моделей, ко- торые создаются на ранних стадиях разработки. Результаты предъявляется заказчику, который может оценить будущие и текущие тенденцию. В проекте выделяется некоторый набор задач, ко- торые должны быть реализованы для успешного его завершения. Для сложных проектов этот набор будет иметь достаточно большой вес. Де- композиция концептуальных требований может быть глубокой и нужна система, структурирую- щая требования. В начале проектирования владелец продукта и заказчик формируют концепцию информаци- онной системы, которая показывает, для кого предназначен продукт, какие преимущества по- лучат пользователи и какие существуют конку- ренты. Результатом является схема, обладаю- щая только частью необходимых функций. Ана- лиз моделей развертывается у заинтересованных лиц для предварительного анализа соответствия ожиданиям заказчика. Помимо конечного продукта, всегда созда- ются вспомогательные промежуточные про- дукты: модели, схемы, описания. Их должно быть ровно столько, сколько необходимо для достижения конечной цели. Проблема состоит в том, что очень сложно заранее предсказать, ка- кие промежуточные продукты нужны, а какие – нет. Не стоит забывать и о том, что чем больше система, тем больше в ней со временем появля- ется ошибок, которые все сложнее и сложнее исправлять. А это означает, что большинство крупных создаваемых систем имеют долгий те- стовый период. Редко какие компании заклады- вают в план проекта этот отрезок времени, а по- тому очень часто происходит срыв сроков сдачи проекта. Для достижения этой цели создается детальное описание процесса, важное место в котором занимает прогнозирование. Предлагаемый подход оказывается эффек- тивнее по нескольким показателям. Он приспо- соблен к меняющимся требованиям. Изменение требований и добавление новых свойств, опреде- ляемых заказчиком или нуждами технологии, оценивается на ранней стадии проекта. Интегра- ция будущих требований в начале проекта ис- ключаются переработки и потери времени – ино- гда до 40% всего объема проекта [1]. Риски об- наруживаются и устраняются на ранних итерациях. Итеративный подход минимизирует риски на ранних стадиях, когда тестируются все компоненты. Дефекты можно найти и исправить за несколько итераций, что обеспечивает созда- ние четкой архитектуры и высококачественного приложения. Узкие места обнаруживаются еще на ранних итерациях, а не в конце проекта при глобальном тестировании. Лучшее использование персонала в проекте. Совмещается использование каскадного подхода с организацией по типу конвейера. Прогнозисты аналитики посылают будущие требования проек- тировщикам, которые отсылают свой продукт программистам, которые посылают компоненты специалистам по интеграции, которые отсылают систему тестировщикам. Такие переходы исключают ошибки и недопонимание разработчиков. 1. Мелюшин П.В., Хмель С.А., Казачинская Е.А. Оптимальный алгоритм проектирования устойчивых к сбоям информационных систем обработки электронных медицинских записей. НАУКА И ТЕХНИКА Мн. N 3. 2014. 2. Мелюшин П.В., Якубчик Е.О. Моделиро- вание надежных информационных систем обработки электронных медицинских запи- сей, Материалы 8-ой международной кон- ференции «Приборостроение -2015». 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 420 УДК 332.1:001.895:061.5(470.345) ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫХ КОНКУРЕНТНЫХ ПРЕИМУЩЕСТВ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ Серченя Т.И. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В качестве основной цели Программы разви- тия промышленного комплекса Республики Бе- ларусь на период до 2020 года определено фор- мирование конкурентоспособного инновацион- ного сектора экономики, ориентированного на создание высокопроизводительных рабочих мест. Согласно Программе достижение постав- ленной цели возможно при реализации трех направлений, одним из которых является модер- низация традиционных секторов промышленно- сти. Результатом проводимых мероприятий дол- жен стать рост производительности труда по до- бавленной стоимости, выпуск соответствующей мировым стандартом продукции и наращивание экспортного потенциала продукции [1]. Однако в этом случае модернизация не должна сводиться лишь к технологическому обновлению. В переводе с французского модернизация (от франц. moderne) – это «изменение, усовершен- ствование, отвечающее новейшим, современным требованиям». В этом смысле наиболее емкое определение модернизации, на наш взгляд, со- держится в трудах ИМЭМО РАН, где под мо- дернизацией понимается «непрерывный процесс совершенствования институциональной, техно- логической, трудовой, организационно-управ- ленческой, территориальной, финансовой струк- туры хозяйства в стационарном режиме воспро- изводства вещного и человеческого капитала» [2, с.9]. Однако данное определение сущности мо- дернизации не лишено недостатков. Так, выде- ленные элементы модернизации входят в модель «догоняющей» модернизации, которая рекомен- дована для стран с переходной экономикой. Мо- дель «догоняющей» модернизации нивелирует внутренние источники и механизмы экономиче- ского роста страны, предполагает гонку за лиде- ром по давно отлаженной траектории без учета национальных особенностей конкретных стран [3, с.22]. Реализация же модели «обгоняющей» модернизации предполагает инновационно-тех- нологические прорывы по приоритетным направлениям развития. Особенность современного этапа социально- экономического развития Беларуси состоит в том, что одновременно приходится решать за- дачи эффективности текущего функционирова- ния, и опережающего развития. Для обеспечения опережающего развития важно обеспечить реа- лизацию национальных конкурентных преиму- ществ. В концепции новой экономической гео- графии Пола Кругмана конкурентоспособность национальной экономики (отдельного региона, отрасли) определяется конкурентными преиму- ществами «первой» и «второй» природы. К кон- курентным преимуществам «первой природы» относят изначально данные факторы (ресурсы), которые определяют ценовые преимущества определенных отраслей преимущественно в кратко- или среднесрочном периоде. Долгосроч- ное же развитие отраслей, регионов, всей нацио- нальной экономики обеспечивают преимущества «второй природы» – созданные факторы (ре- сурсы), такие как человеческий капитал, эконо- мические институты, агломерационный эффект [4]. Агломерационный эффект, состоящий из эффекта масштаба и эффекта охвата, особенно важен для отраслей и производств с высокой добавленной стоимостью, связанных с производ- ством нового знания. Эффективность простран- ственной агломерации знаний повышается при создании особых структур – кластеров. Кластер как устойчивое партнерство взаимосвязанных организаций и отдельных лиц может иметь по- тенциал, который превышает простую сумму потенциалов отдельных составляющих. Это при- ращение возникает как результат сотрудничества и эффективного использования возможностей партнеров в длительном периоде, сочетания ко- операции и конкуренции, близости потребителя и производителя, сетевых эффектов и диффузии знаний и умений за счет миграции персонала и выделения бизнеса. В Республике Беларусь Концепция формиро- вания и развития инновационно-промышленных кластеров была принята 16 января 2014г. соот- ветствие с Концепцией инноваионно-промыш- ленный кластер определяется как кластер, участ- ники которого обеспечивают и осуществляют на систематической и регулярной основе инноваци- онную деятельность, направленную на разра- ботку и производство инновационной и высоко- технологичной (наукоемкой) продукции. В каче- стве приоритетных областей создания инновационно-промышленных кластеров опре- делены: 1) биотехнологии и биоматериалы; 2) фармацевтическая промышленность; 3) нано- технологии и наноматериалы; 4) медицинская техника; 5) приборостроение, оптика, электроника, робототехника; 6) информа- ционные технологии; 7) ресурсо- и энерго- сбережение. По состоянию на 2016 год реально созданы и функционируют: 1) IT-кластер на базе Парка Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 421 высоких технологий. Компании из 61 страны мира являются заказчиками Парка высоких тех- нологий; 91,5 % производимого в Парке про- граммного обеспечения идет на экспорт. 40,2 % поставляется в США и Канаду, 46,7 % – в страны Европы, 10,7 % – в Россию и СНГ. Также 09.06.2016 г. на территории Парка высоких тех- нологий научно-производственный кластер офи- циально открыла компания IBA; 2) светотехни- ческий кластер, созданный с целью координации деятельности его участников в области разра- ботки, внедрения, производства и эксплуатации энергоэффективного осветительного оборудова- ния с использованием лучших мировых дости- жений в этой области. В состав кластера вошли два предприятия от холдинга "Горизонт" (Брест- ский электроламповый завод и Институт цифро- вого телевидения), а также Центр светодиодных и оптоэлектронных технологий Национальной академии наук Беларуси; 3) первый медико-фар- мацевтический кластер «Союз медицинских, фармацевтических и научно-образовательных организаций», основной целью создания кото- рого явилось развитие научного, технологиче- ского и производственного потенциала Витеб- ской области в фармацевтической сфере, форми- рование современной инфраструктуры для разработки импортозамещающих и инновацион- ных лекарственных средств. Участниками кла- стера являются УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский универси- тет», ООО «ВитВар», СООО «АконитФарма », СООО «НАТИВИТА», СООО «МЕДЕЛКОМБЕЛ», ООО «Фарммаркетинг Групп», ООО «Рубикон», КУПП «Витебский Областной Центр Маркетинга», ОАО «БелВиту- нифарм». При этом участниками кластера нала- жено сотрудничество с Союзом фармацевтиче- ских кластеров России, в структуру которого входят 145 компаний; 4) Республиканский научно-практический биотехнологический кла- стер, созданный на базе Национальной академии наук для целей научного обеспечения развития биотехнологической отрасли страны. Объеди- няет ведущие профильные научно-исследова- тельские институты (Институт микробиологии НАН, Институт генетики и цитологии НАН, Ин- ститут мясо-молочной промышленности) и про- мышленные предприятия (ОАО "Бобруйский завод биотехнологий", ООО "Франдеса", ООО "Биоком"). В мае 2016 года компания Apply Logistic Group заявила о создании приборостроительного кластера. Предполагается, что ядром кластера выступит научно-производственное предприятие «АДАНИ», основными направлениями деятель- ности которого является разработка и производ- ство рентгеновских систем досмотра, медицин- ского рентгенодиагностического оборудования, систем промышленного неразрушающего кон- троля. Более 70% продукции предприятия явля- ется инновационной продукцией. По расчетам специалистов Apply Logistic Group суммарный годовой оборот кластера к 2020 году может со- ставить 450 млн.долл. США, а годовой объем экспорта – 230 млн.долл. США. Каждый из создаваемых кластеров является либо должен стать инновационным по своей сути, включать в себя всю инновационную це- почку от генерации научных знаний, формиро- вания бизнес-идей до реализации новой продук- ции на новых или традиционных рынках сбыта. Именно инновационность позволяет избежать «подводных камней», присущих отраслевой структуре, таких как: внешняя уязвимость; не- гибкость организационных структур; уменьше- ние конкурентных сил вследствие наличия ко- операционных связей между участниками кла- стера; эффект замкнутости, обусловленный устоявшимися связями как между производ- ствами одной отрасли, так и межотраслевыми производствами. 1. Программа развития промышленного комплекса Республики Беларусь на период до 2020 года: постановление Совета Министров Респ. Беларусь, 05 июля 2012 г., №622 // Эталон- Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2012. 2. Современные процессы модернизации экономики зарубежных стран / Отв. ред. В.Б. Кондратьев. – М.: ИМЭМО, 2012. – с.364. 3. Шимов, В. Модернизация национальной экономики – императив времени / В. Шимов, Л. Крюков //Белорус. экон. журнал. – 2013. – №2. – С.18 – 42. 4. Белова, Л. Зарубежный опыт формирования региональных кластеров как конкурентного преимущества «второй природы» / Л.Белова [Электронный ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http: // www.ukros.ru/wp- content/uploads/2012/08/Белова2.doc. -- Дата доступа: 27.08.2016. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 422 УДК 658.5(075.8) ПРОБЛЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И РОСТА ПРИБЫЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА Аносов В.М., Бондаронок А.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Поиск путей и резервов повышения эффек- тивности производства, которыми, среди про- чего, являются прибыль и рентабельность, пред- ставляется в современных условиях весьма ак- туальными. Свертывание традиционных внешних рынков, сокращение платежеспособ- ного спроса на внутреннем рынке привело не только к замедлению темпов роста производства, но и к сокращению объемов производства в такой ключевой сфере как промышленность. Это потребовало пересмотра сложившихся ранее ме- ханизмов роста прибыли и рентабельности, опи- рающихся исключительно на объемные показа- тели, и перехода к альтернативным источникам ее увеличения, в частности, экономии использу- емых в производстве ресурсов, включая финан- совых. При этом, если в части управления ос- новными средствами и текущими активами име- ются определенные отечественные наработки, значительный зарубежный опыт, то в части управления финансовыми ресурсами в условиях посткризисного состояния подобные наработки отсутствуют. Это сказывается на финансовом состоянии, возможностях дальнейшего развития бизнеса промышленных предприятий. Прибыль предприятий является источником сохранения и развития бизнеса, обеспечивает бюджетные поступления. Между тем в условиях кризиса прибыль организаций снизилась и имеет тенденцию дальнейшего уменьшения. Все это делает поиск путей стабилизации и роста прибыли актуальным, имеет практическую ценность для предприятий и организаций. По современным научным представлениям получение прибыли является целью развития бизнеса, она создает предпосылки поддержания и развития производства. Отражая результаты хозяйственной деятельности, ее эффективность, прибыль становится объективной основой мате- риального поощрения работников. Основными факторами стабилизации и роста прибыли от реализации принято считать увели- чение объемов выпускаемой продукции против базисного уровня, повышение цен на нее в том числе за счет изменения ассортимента выпуска- емой продукции, экономия затрат на производ- ство. Изменения объемов производства сказыва- ется двояко, очевидно, при прочих равных усло- виях увеличение объемов производства и реали- зации продукции приводит к увеличению массы прибыли. Влияние уровня цен является одним из ре- шающих факторов стабилизации и роста при- были. Очевидно, повышение цен на производи- мую продукцию при неизменном уровне затрат является предпосылкой увеличения прибыли. Не требуется сверхпланового наращивания объемов производства, ни экономии затрат. Считается, что одним из условий позволяющих добиться увеличения прибыли за счет роста цен является монопольное положение на рынке. Разумеется, подобную деятельность нельзя признать право- мерной и для минимизации ее негативных по- следствий применяется антимонопольное зако- нодательство. Отметим, что в условиях рынка эти меры до- полняются механизмами конкуренции и сорев- новательности. Произвольное повышение цен, автоматически приводит к потере конкуренто- способности. Начавшаяся в 2011г. либерализация цен фор- мально создает условия для повышения роли цен в формировании прибыли. Субъектам хо- зяйствования предоставлено право самим уста- навливать цены на производимую продукцию при наличии необходимых обоснований, напри- мер, увеличении стоимости материальных, энер- гетических ресурсов, заработной платы. По нашему мнению, учитывая изложенное, в условиях кризиса основанием для пересмотра цен могло бы стать обеспечение минимальной прибыли по аналогии со строительством, где в сметную стоимость строящегося объекта закла- дывается минимальная прибыль в форме плано- вых накоплений или сметной прибыли. Экономия затрат во многом определяется состоянием инвестиционной деятельности. Важным фактором экономии затрат и увели- чения прибыли является повышение производи- тельности труда. Формально производительность труда и себе- стоимость, прибыль напрямую не взаимодей- ствуют. Между тем влияние производительности труда на себестоимость и прибыль проявляется в удельном весе этих расходов в структуре затрат – и в РБ и в странах с развитой рыночной эконо- микой этот показатель находится на одинаковом уровне – около 20% расходов. Но у конкурентов средняя заработная плата на порядок выше, чем в отечественной промышленности. Влияние производительности труда на себе- стоимость и прибыль проявляется в том, что, там, где у конкурентов работает 1 человек, на Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 423 отечественных предприятиях – 8-10. Фактор де- шевизны рабочей силы в этих условиях не сраба- тывает, не обеспечивает дополнительную при- быль и конкурентные преимущества отече- ственных товаропроизводителей. Повышение производительности труда как фактор снижения себестоимости и роста при- были проявит себя в складывающейся ситуации при условии оптимизации численности персо- нала предприятий, либерализации формирования заработной платы. Аналогичное положение складывается в про- мышленности в части экономии материальных затрат и энергоемкостью производимой продук- ции. Представляется актуальным мнение, что на основе анализа взаимосвязи уровня изношенно- сти основных средств (соответственно, потреб- ности в инвестициях) и уровня применяемых в производстве технических, технологических ре- шений, утверждает, что без форсированного об- новления основных фондов невозможно до- биться повышения эффективности и конкуренто- способности. Между тем, инвестиции в основные средства промышленных предприятий сократились. Так выявилось, что при составлении баланса доходов и расходов - важнейшей формы финан- сового планирования с принятием Инструкции по бухгалтерскому учету доходов и расходов, было приостановлено создание фонда накопле- ния. При этом источники финансирования инве- стиций и пополнения собственных оборотных средств оказались не структурированными, их движение трудно проконтролировать. Что во многом парализовало работу по составлению обоснованных финансовых планов. Инновации – одна из предпосылок осуществ- ления инвестиций в основные фонды на новой технической основе.По своей сути инновация (нововведение) – это конечный результат инно- вационной деятельности, получивший реализа- цию в виде нового или усовершенствованного продукта, технологического процесса, реализуе- мого на рынке, используемого в практической деятельности. В зависимости от условий осуществления и получаемых результатов инновации принято подразделять на несколько классификационных групп. По нашему мнению, эффективность инве- стиций во многом определяется объемом и соот- ношением догоняющих и прорывных. Между тем, признано, рост конкурентоспо- собности экономики может быть достигнут за счет внедрения новых высоких технологий V – VI технологических укладов (информационных, наноэлектронно-оптических, тонкой химии, био- логических и др.), обладающих наибольшей до- бавленной стоимостью и низкой энерго- и мате- риалоемкостью, и производства новейших эко- логически безопасных (чистых) материалов и продуктов. Приоритетным направлением развития должна стать специализация в конкретных сфе- рах технологической компетентности при одно- временной кооперации научно-технической дея- тельности и интеграции с транснациональными корпорациями. Решение: внедрение современных техноло- гий управления инвестиционной (инновацион- ной) деятельностью, например, управления про- ектами. Суть управления проектами может быть сформулирована следующим образом. Достиже- ние конечной цели, результата инвестиционной, инновационной деятельности разбивается на не- сколько этапов во времени и выделяемым фи- нансовым ресурсам, каждый из которых имеет свой бюджет, в который требуется уложиться и призван служить своеобразной «ступенькой» в достижение конечной цели. Отметим, что основная часть финансирования из-за ограниченности собственных средств, до- роговизны кредитных осуществляется либо в форме бюджетных ассигнований, либо перечис- лений из инновационного фонда. Доступ к ним субъектов хозяйствования, решивших реализо- вывать инновационные проекты самостоятельно, практически закрыт. В США, ФРГ и в успешно развивающихся в инновационном отношении странах Юго-Во- сточной Азии, как правило, применяется иная структура финансирования. Ее основу состав- ляют банковские кредиты и эмиссия ценных бумаг (в обоих случаях под залог имущества или иных активов и поручительство). Новые подходы к организации привлечения капитала в создание и развитие инновационных организаций предлагает краудное инвестирова- ние, которое позволяет обеспечить организаци- онно-экономические предпосылки привлечения капитала микроинвесторов в создание и развитие малых и средних инновационных предприятий. Например, краудфандинг позволяет произво- дить на основе использования возможностей новейших информационно-коммуникационных технологий коллективное финансирование не- большими суммами в обмен на будущий про- дукт, или в другой форме вознаграждения для поддержки развития инициатив для специфич- ных (конкретных) целей. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 424 УДК 330.322 ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРЯМЫХ ИНОСТРАННЫХ ИНВЕСТИЦИЙ КАК ГЕНЕРАТОРА ЭКСТЕРНАЛИЙ В ЭКОНОМИКЕ Макарская М.М.1, Венгурова Е.В.2 1Белорусский национальный технический университет 2Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка Минск, Республика Беларусь Иностранные инвестиции являются ключе- вым компонентом государственной политики в отношении открытия сектора услуг внешнему миру. Активное и рациональное использование иностранных инвестиций способствует продол- жительному, быстрому и здоровому развитию третичного сектора, играет активную роль во внедрении передовых технологий и управленче- ского опыта, содействует экономической ре- структуризации и модернизации сектора услуг, созданию новых рабочих мест и увеличению доходов государства. Изучение вопросов, свя- занных с прямыми иностранными инвестициями, является важным и с теоретической, и с практи- ческой стороны. Анализом инвестиционного ре- жима занимаются ведущие государственные научные и исследовательские институты. Прямые иностранные инвестиции являются важным фактором в продвижении реформ и эко- номического роста. Иностранные инвестиции обеспечивают приток капитала, оборудования и технологий для экономического развития. Заин- тересованность страны в иностранном капитале можно объяснить возможностью не только при- влекать дополнительные финансовые ресурсы, но и получать доступ к технологиям, заимство- вать управленческий опыт, создавать новые ра- бочие места, развивать экспортоориентирован- ные отрасли, тем самым увеличивать объемы валютных поступлений и стимулировать эконо- мический рост. В свою очередь, иностранная сторона получает возможность выхода на внут- ренний рынок, пользуется рабочей силой, полу- чает преференции и налоговые льготы. Важное место в экономической теории зани- мает понятие экстерналий (внешних эффектов). Под экстерналиями понимаются выгоды или из- держки от определенной деятельности, не име- ющие отражения в цене и влияющие на благосо- стояние третьих лиц; ситуация, когда в резуль- тате рыночной сделки происходит некомпенсируемое воздействие (положительное или отрицательное) непосредственных сторон сделки на третьих лиц, не участвующих в ней. Начало развитию теории экстерналий поло- жил Артур Пигу в 1920 году в книге «Экономи- ческая теория благосостояния» [1]. Таким обра- зом, различают положительные и отрицательные экстерналии. К первым относятся внешние эф- фекты, приносящие выгоду лицам, не являю- щимся субъектами деятельности. Так, например, получение образования отдельными лицами по- ложительно влияет на уровень жизни в обще- стве. Вторые, в свою очередь, наносят ущерб третьим лицам. Наиболее распространенным примером отрицательных экстерналий является загрязнение окружающей среды в процессе про- изводства. Понятие экстерналий лежит в основе теории эндогенного экономического роста. Сторонники эндогенной теории роста основывались на пред- положении о возникающих в процессе обучения работников положительных внешних эффектах. Согласно теории, внешние эффекты, связанные с накоплением и передачей технологических зна- ний, являются ключевым двигателем экономиче- ского роста. Впервые эта концепция была пред- ставлена в работе К. Эрроу, где автор ввел идею «обучения в процессе практики» [2]. Приверженцы эндогенной теории выдвинули гипотезу об эндогенном характере технического прогресса, другими словами НТП – внутренний, системный фактор роста. При этом возрастаю- щая отдача от инвестиций в человеческий капи- тал и технологии полезна не только тем, кто осуществляет вложения, но и всему обществу. В работе П. Ромера отражена связь между уровнем производительности и уровнем знаний, при этом технологические знания получены посредством инвестиций [3]. В свою очередь, Р. Лукас усиливает значение инвестиций в человеческий капитал. В отличие от мнения П. Ромера, P. Лукас считает, что зна- ния выступают не просто результатом инвести- ционных решений, а являются активным процес- сом в экономике, то есть экономические субъ- екты постоянно производят выбор между инвестициями в человеческий капитал или вло- жениями в физический капитал [4]. Среди особенностей прямых иностранных инвестиций (ПИИ) следует выделить то, что они могут иметь как прямые, так и внешние эффекты на отечественные предприятия принимающей страны и экономику реципиента в целом. Появ- ление иностранных компаний создает возможно- сти заимствования технологий и организацион- ного опыта для местных предприятий. Такое воздействие известно как демонстрационный эффект. Наряду с ним ПИИ также способствуют привлечению иностранных специалистов, ранее работавших в иностранных компаниях. Все это вместе с усиливающейся конкуренцией на внут- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 425 реннем рынке можно обозначить как горизон- тальные эффекты от ПИИ. К вертикальным эф- фектам относится создание иностранными ком- паниями стимулов для отечественных предприятий, желающих стать поставщиками зарубежных компаний, проводить реструктури- зацию и модернизацию производства. В разви- вающейся экономике воздействие прямых ино- странных инвестиций является неоднозначным. Примером прямого влияния иностранных инве- стиций на экономическое развитие является накопление капитала. С ростом привлекаемых ПИИ усиливается конкуренция на внутреннем рынке, увеличивается число частных компаний, действующих на рыночной основе, что стано- вится причиной улучшения их продуктивности. Например, Китай добился высоких показателей совокупной производительности факторов про- изводства (total factor productivity, СФП). СФП представляет собой объем производства в рас- чете на единицу затрат факторов производства и часто связывается с последствиями научно-тех- нического прогресса и повышением эффективно- сти. Китай испытывает быстрый рост СФП бла- годаря возможности получить доступ и исполь- зовать существующие зарубежные технологии и ноу-хау [5]. Что касается уровня занятости, то ПИИ со- здают возможности для трудоустройства непо- средственно путем создания компаний с ино- странным капиталом. Причем в данном случае происходит мультипликационный эффект – уве- личивается оборот на смежных предприятиях, у поставщиков сырья, комплектующих и услуг, соответственно появляется потребность в допол- нительной рабочей силе. Тем не менее, следует отметить и негативные последствия. Иностранный капитал также может отрицательно воздействовать на экономику при- нимающей страны. Вместе с тем и географиче- ское распределение ПИИ в большинстве своем является неравномерным. ПИИ в основном сконцентрированы в преуспевающих и крупных городах. Такое неравномерное региональное распределение ПИИ является результатом целого ряда факторов, включая политику в области ПИИ и региональные различия в инвестицион- ной среде. Это говорит о том, что ПИИ способ- ствуют расширению разрыва в доходах между регионами. Возрастающее присутствие ино- странных компаний усиливает и конкуренцию. Многие предприятия не обладают всеми пре- имуществами иностранных фирм, такими как наличие передовых технологий, управленческого опыта, быстрого доступа к кредиту, преферен- ций, предоставляемых правительством и т.д. В результате растет конкурентное давление, веду- щее к уходу с рынка местных компаний. Пред- взятая политика в отношении иностранных фирм порождает ряд социальных и экономических проблем, таких как рыночные искажения, потери благосостояния и региональные несоответствия доходов. В конечном счете, приток ПИИ порождает зависимость дальнейшего экономического раз- вития от иностранного капитала. В результате кризиса страна может столкнуться со многими проблемами, что говорит о необходимости даль- нейших шагов на пути структурных реформ. Тот факт, что одним из основных двигателей роста экономики является инвестиционная привлека- тельность, ставит страну в зависимое от внешних факторов положение. Таким образом, на струк- турных изменениях экономики существенным образом может сказаться приверженность госу- дарства «открытости внешнему миру», при том, что огромное значение уделяется стимулирова- нию внешнеэкономических операций. Необхо- димость расширения внешних связей и ориента- ции национальной экономики на открытость обоснована, прежде всего, стремлением к успе- хам в поддержании значительного объема ПИИ и постоянном увеличении притока иностранного капитала. 1. Begg D., Fischer and S., Dornbusch R. Economics. Berkshire. 2005. P. 267 2. Begg D., Fischer and S., Dornbusch R. Economics. Berkshire. 2005. P. 267 3. Romer P.M. Increasing returns and long-run growth // J. of polit. economy. – 1986, N 94. – P.1002–1037. 4. Lucas R.E. On the mechanics of economic development // J. of monetary economics. 1990. N 22. P. 3–42. 5. Morrison W.. China’s Economic Conditions // Congressional Research Service, 2012 - http://www.fas.org/sgp/crs/row/RL33534.pdf 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 426 УДК 330.322 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ В ЦИКЛЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ Гурко А.И. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В основе любой управленческой деятельно- сти лежит цикл управления, для описания и из- мерения которого используются показатели и количественные модели. В частности, в [1, 2] рассматриваются этапы управленческого цикла СПРУКАР: Сбор информации – Планирование – Реализация – Учет – Контроль - Анализ – Ре- гулирование. Этапы управленческого цикла часто понима- ются и как основные функции системы управле- ния. В реализации этих функций задействованы и субъект и объект управления. Рассмотрим, в чем заключаются функции (этапы) учета, контроля и анализа. Каков ожи- даемый результат их выполнения? Очевидно, что общая цель их выполнения – подготовка информации для реализации этапа регулирования, иными словами, подготовка ин- формации для принятия управленческих реше- ний. Как раз ответы на вопросы: какие данные следует учитывать, каким образом организовать контроль полученных данных, как анализиро- вать полученные данные, и какие выводы при этом делать, дает экономическая диагностика. Замена этапов учет, контроль и анализ в цикле управления на этап диагностирование, применение терминов технического диагности- рования, позволяет привлечь мощный формаль- ный аппарат диагностирования, разработанный для технических, человеко-машинных и других систем, особенно при выполнении автоматизи- рованных рутинных управленческих операций, естественно с учетом сложности экономических объектов. Рассмотрим специфику терминов техниче- ского диагностирования [3] применительно к диагностированию экономических объектов. Экономическая диагностика – область зна- ний, охватывающая теорию, методы и средства определения состояния экономических объектов. Объект диагностирования - экономический объект [4], подлежащий диагностированию. Диагностирование – процесс определения со- стояния экономического объекта с требуемой глубиной и точностью. Состояние экономического объекта – состо- яние, которое характеризуется в определенный момент времени, при опре-деленных условиях внешней среды, значениями параметров (показа- телей, качественных пара-метров), установлен- ных регламентом (регламен-тирующими доку- ментами) экономического объекта. Проблема экономического объекта – несоот- ветствия желаемых (целевых) и фактических результатов функционирования экономического объекта, требующие их изучения и устранения (разрешения). Причина проблемы – фактор или совокуп- ность факторов, изменение которых приводит к разрешению (устранению) проблемы. Устойчивость проблемы: − сбой в работе (однократное возникновение проблемы, устраняемое путем повторения вы- полнения требуемых функций объекта); − неустойчивая проблема (произвольным образом (или периодически) повторяющаяся проблема); − устойчивая проблема (не устраняется путем повторения выполнения требуемых функций объекта). Виды состояния экономического объекта: − объект не имеет проблем (параметры (пока- затели) полностью соответствуют установ-лен- ным регламентам объекта); − объект имеет проблемы (некоторые пара- метры имеют отклонения от установленных ре- гламентов объекта); − объект работоспособен (существующие проблемы позволяют объекту выполнять его функции); − объект неработоспособен (существующие проблемы не позволяют объекту выполнять его функции в полном объеме); − объект функционирует удовлетворительно (существующие проблемы позволяют объекту выполнять требуемые (в данный момент) функ- ции; − объект функционирует неудовлетвори- тельно (существующие проблемы не позволяют объекту выполнять требуемые функции). Цель диагностирования экономического объ- екта – установление наличия в нем проблем. Задачи диагностирования: − задача контроля (установление проблем при работе экономического объекта); − задача классификации (определение харак- тера обнаруженной проблемы, степени ее влия- ния (устойчивость) на деятельность объекта); − задача локализации (поиск причины возник- новения проблемы, установление диагноза); − задача восстановления (поиск возможностей оперативного восстановления эффективной дея- тельности экономического объекта). Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 427 Контроль состояния - проверка соответ- ствия значений параметров объекта требованиям регламентов и определение на этой основе од- ного из заданных видов состояния в данный мо- мент времени. Задача контроля первична по от- ношению к задачам классификации и локализа- ции, т.е. прежде чем классифицировать и локализовать проблему, ее необходимо обнару- жить. Задача контроля сводится к задаче распо- знавания состояния объекта диагностирования. Субъект диагностирования – персонал, осу- ществляющий диагностирование объекта. Диагностическое обеспечение - комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диа- гностирования на всех этапах жизненного цикла объекта Система диагностирования экономического объекта – совокупность диагностического обес- печения, объекта и исполнителей (субъекта диа- гностирования), необходимая для проведения диагностирования (подготовленная к диагности- рованию и осуществляющая его) по правилам, установленным соответствующим регламентом объекта. Диагноз – результат диагностирования, за- ключение о состоянии экономического объекта и его причинах. Прогнозирование состояния экономического объекта – определение состояния объекта с за- данной вероятностью на предстоящем интервале времени. Диагностическая модель – формализованное описание экономического объекта, необходимое для решения задач диагностирования. Диагностический (контролируемый) пара- метр – параметр (показатель) объекта, использу- емый при его диагностировании (контроле). Диагностический признак – наблюдаемый в процессе диагностирования субъектом параметр объекта, используемый при установлении диа- гноза. Алгоритм диагностирования (контроля со- стояния) - совокупность предписаний, опреде- ляющих последовательность действий при про- ведении диагностирования (контроля). Диагностирование делает возможным оценку принимаемым решениям, опираясь на понятия используемая система диагностирования, пока- затели и характеристики диагностирования [3]: − продолжительность диагностирования (ин- тервал времени, необходимый для проведения диагностирования экономического объекта); − достоверность диагностирования (степень соответствия результатов диагностирования дей- ствительному состоянию объекта); − полнота диагностирования (характеристика определяющая возможность выявления причин проблем в экономическом объекте при выбран- ном методе его диагностирования) − глубина поиска причин проблем (характери- стика, задаваемая указанием составной части объекта или процесса с точностью, до которой определяется причина проблемы) − условная вероятность необнаруженной проблемы при диагностировании (вероятность того, что неработоспособный экономический объект в результате диагностирования призна- ется беспроблемным (работоспособным) − условная вероятность ложной проблемы в данном элементе (процессе) объекта (вероят- ность того, что при отсутствии проблем, в ре- зультате диагностирования принимается реше- ние о наличии проблем в данном элементе (про- цессе)) Все это делает выполнение функции регули- рование более обоснованным и эффективным. Замена этапов управленческого цикла может быть эффективной в случае функционирования системы диагностирования, созданной в рамках системы регулярного менеджмента [2]. При этом, система диагностирования должна прони- зывать все компоненты менеджмента от марке- тинга до управления персоналом. 1. МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ: Учебное пособие / Под ред. Д. А. Новикова. – М.: УРСС (Editorial URSS), 2011. (Умное управление). 2. 7 нот менеджмента. Настольная книга руководителя / под ред. В.В.Кондратьева. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Эксмо, 2008. – 976 с.- (7 нот менеджмента). 3. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика Термины и определения 4. Гурко А.И. Экономический объект диагностирования, его свойства и особенности. Приборостроение-2014. Материалы 7-й Международной научно- технической конференции, Минск, БНТУ, 2014. – С. 416-418. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 428 УДК 621.373.826; 621.729.92 ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ В СПЕЦПРАКТИКУМЕ ПО ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ Людчик О.Р., Зайков В.А., Михей В.Н., Вишневская Е.В. Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь Введение Лазерный отжиг, нанесение покрытий с уни- кальными свойствами, лазерная маркировка, формирование объемных изображений внутри прозрачных материалов – вот далеко не полный перечень задач, успешно решаемых с помощью автоматизированного лазерно-технологического оборудования [1–3]. В последнее время приме- нение лазеров в технологии микро- и наноэлек- троники расширяет возможности получения принципиально новых приборных структур с уникальными свойствами. Для полупроводников основными видами по- глощения лазерного излучения являются [4]: - фундаментальное поглощение, которое приводит к переходу электрона из валентной зоны в зону проводимости при условии hυ ≥ Eg, где Eg - ширина запрещенной зоны, а υ - частота лазерного излучения; - примесное поглощение, вызванное перехо- дом электронов от атома примеси в зону прово- димости, или из валентной зоны на уровни при- меси; - поглощение свободными носителями заряда, обусловленное движением под действием элек- трических полей световой волны; - поглощение фононами, когда волна всту- пает во взаимодействие с колебаниями решетки, изменяя при этом число фотонов; экситонное поглощение, которое происходит с образованием связанной пары электрон-дырка. Для достижения максимально положитель- ного результата лазерной обработки необходимо учитывать нелинейные параметры коэффициен- тов поглощения, отражения и пропускания излу- чения полупроводниковым материалом, которые нелинейно изменяются с увеличением мощности излучения лазера [5]. В настоящее время на кафедре физической электроники и нанотехнологий БГУ в специаль- ном практикуме по лазерной обработке материа- лов апробируется лабораторный лазерный ком- плекс на основе импульсно-периодического твердотельного АИГ Nd3+ лазера с диодной накачкой, разработанный белорусской фирмой “Lotis II”. В настоящей работе представлен ана- лиз учебных заданий практикума по теме: “Изу- чение взаимодействия импульсного лазерного излучения с полупроводниковыми материалами и структурами”, предлагаемых для студентов старших курсов и магистрантов факультета ра- диофизики и компьютерных технологий БГУ. В учебных заданиях рассмотрены технологические процессы лазерной обработки полупроводнико- вых структур, включая операции лазерного от- жига легированных Si подложек, процессы ре- кристаллизации аморфных и поликристалличе- ских кремниевых слоев, а также лазерную обработку окисленных кремниевых структур (SiO2/Si). Описание лазерного комплекса Научно-учебный лазерный комплекс вклю- чает в себя лазер с диодной накачкой, систему фокусировки и сканирования лазерного излуче- ния, систему перемещения образцов, компьютер управления с установленным специальным про- граммным обеспечением, а также современные системы регистрации характеристик генерации. Лазерный комплекс имеет следующие основные характеристики: длина волны генерируемого лазерного излучения: 1,064 мкм, 0,532 мкм, 0,355 мкм, 0,266 мкм; частота повторения им- пульсов до 200 Гц; длительность импульса до 20 нс; энергия импульса излучения до 25 мДж; минимальный диаметр области фокусировки 50 мкм; размер области обработки: 150×150×100 мм. Основные характеристики ла- зера и оптической части ком- плекса: расходимость лазерного пучка менее 1 мрад; генерация в режимах моноимпульса и сво- бодной генерации; фокусирующая линза не бо- лее 90 мм; автоматизированная система переме- щения лазерного луча в плоскости XY. Механи- ческая часть содержит следующие узлы: автоматизированная и ручная система переме- щения образцов в плоскости XY; автоматизиро- ванная установка фокусирующей линзы по коор- динате Z; оснастка для крепления образца; за- крытая стойка, исключающая выход лазерного излучения наружу. С помощью программного модуля осуществ- ляются следующие операции: установка режи- мов работы лазера и механики, таких как энергия генерации лазера, частота импульсов, установка скорости перемещения координатного стола; загрузка изображения площадки облучения по- верхности подложки; задание режима сканиро- вания лазерного пучка; отображения на экране текущего цикла обработки. В процессе отработки базовых режимов об- лучения нами был выбран метод облучения в сходящихся лучах (дефокусировка). При этом обеспечивались и более равномерное распреде- ление и более плавная регулировка плотности Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 429 энергии в зоне облучения. При выполнении учебных задач используются пластины n-типа КЭФ 4.5, с ориентацией (100), пластины р-типа КДБ-10 с ориентацией (111), а также пластины с термически выращенным окислом толщиной 150 нм. Для анализа результатов облучения приме- няют следующие приборы: оптический микро- скоп, четырехзондовую установка для измерения удельных сопротивлений ИУС-3 и систему спек- трофотометрического контроля, с помощью ко- торой получают спектры отражения образцов до и после лазерной обработки. Обзор учебных заданий по изучению взаи- модействия лазерного излучения с полупро- водниковыми материалами По теме “Взаимодействие лазерного излуче- ния с полупроводниковыми материала-ми” для студентов и магистрантов предлагаются следу- ющие задания: − Изучение работы лазерного комплекса и определение пороговой энергии плавления крем- ния для длин волн 1,064 мкм и 0,532 мкм. − Изучение технологического процесса от- жига легированных полупроводниковых струк- тур на кремнии. − Изучение процесса рекристаллизации поли- кристаллических (ПКК) или аморфных слоев кремния на пластинах кремния с ориентацией (100) при энергиях лазерных импульсов выше пороговых. − Изучение технологического процесса от- жига окисленных кремниевых структур (SiO2/Si) в режимах без разрушения окисленного слоя. − Изучение влияния режимов отжига и режи- мов лазерной рекристаллизации на электрофизи- ческие свойства кремниевых структур. − Изучение с помощью оптического микро- скопа микрорельефа поверхности облученных образцов. Лазер относится к 4 классу опасности в соот- ветствии с ГОСТ Р 50723-94, СанНиП 5804-91, поэтому основные операции на установке вы- полняются преподавателем или инженером, прошедшим спецподготовку и допущенным к работе с лазерным оборудованием 4 класса опас- ности. В результате предварительных исследований установлены рабочие параметры лазерной обра- ботки. Так плотность энергии при отжиге леги- рованных полупроводниковых структур на кремнии, слоев ПКК и аморфного кремния, а также SiO2/Si структур находилась в диапазоне от 0,3 до 2,2 Дж/см2. Длительность импульсов изменялась от 30 до 150 нм, а частота следования от 20 до 50 Гц. Диаметр дефокусированного ла- зерного пучка варьировался от 0,8 до 2,0 мм. Обнаружено, что лазерная обработка на длине волны 1,064 мкм с плотностью энергии до 0,5 Дж/см2 не приводит к видимому разрушению кремния, слоев ПКК и аморфного кремния. При плотности энергии 1,0 Дж/см2 для аморфного кремния в оптическом микроскопе наблюдаются следы оплавления, а для ПКК и кремния при 1,2 Дж/см2. Электрофизические измерения слоевого со- противления легированных полупроводнико-вых структур до и после лазерного отжига показы- вают, что отжиг приводит к резкому уменьше- нию слоевого сопротивления вследствие упоря- дочения структуры и перераспределение леги- рующей примеси. Лазерная обработка структуры ПКК толщи- ной 350 нм, нанесенной на SiO2 и легированной фосфором, приводит к уменьшению слоевого сопротивления с 40 Ом/□ до 20 Ом/□, т.е. на 50% от первоначальной величины. Заключение Введение в учебный процесс лазерного ком- плекса на основе импульсного лазера с диодной накачкой в практикуме по лазерной обработке материалов на факультете радиофизики и ком- пьютерных технологий БГУ позволяет готовить научные и инженерные кадры для отечественной науки и промышленности по новому направле- нию, связанному с импульсной лазерной обра- боткой в технологии микро- и наноэлектроники. 1. Григорьянц, А.Г. Технологические режимы лазерной обработки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 664 с. 2. Альтудов, Ю.К. Лазерные микротехноло-гии и их применение в электронике. – М.: Радио и связь, 2001. – 632 с. 3. Двуреченский, А.В. Лазерный отжиг Импульсная ориентированная кристаллиза- ция твердых тел // Соросовский образо- вательный журнал.: 2004. – Т. 8, № 1, – 108 с. 4. Шалимова, К.В. Физика полупроводников. – СПБ.: Лань, 2010. – 400 с. 5. Борисенко, В.Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве / Под ред. В.А. Лабунова. – Мн.: Навука i тэхнiка, 1992. – 248 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 430 УДК 378 СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЙ БАЗЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТА ПО ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Бондарев В.В. Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Москва, Россия Качество учебно-методической работы вуза определяется способностью его выпускников решать свои профессиональные задачи. Исходя из этого, целью создания УМБ явля- ется формирование модели профессиональной среды, в рамках которой выпускник будет вы- полнять должностные обязанности в течение ближайших 2-3 лет. Развитие УМБ предполагает систему постоянно действующих организаци- онно-технических мероприятий, обеспечиваю- щих адекватность элементов УМБ различного уровня (вузовского, факультетского, кафедраль- ного) объектам будущей деятельности выпуск- ников с учетом изменений, происходящих в об- ласти технической защиты информации. УМБ должна также обеспечивать проведение научных исследований и подготовку научно - педагогических и научных кадров. Учитывая значимость УМБ в решении задач подготовки специалистов в области разработки и применения технических средств защиты ин- формации (ТСЗИ) и необходимость вложения значительных материальных средств в ее разви- тие и поддержание, необходим системный под- ход в определении замысла и формировании ре- шения на ее развитие. При этом УМБ должна рассматриваться не как самостоятельная система, а как материальная основа учебно-методической среды, в рамках которой осуществляется формирование профес- сионального облика выпускника вуза, удовле- творяющего квалификационным требованиям. Формирование УМБ должно базироваться на следующих принципиальных положениях: - наличие разработанной модели объекта бу- дущей профессиональной деятельности выпуск- ника; - четкое определение для ближайших 2-3 лет работы выпускника основного содержания его деятельности, исходя из должностного предна- значения (исходя из его специализации); - создание на кафедре (в вузе) и в организа- ции (на предприятии) взаимосогласованной учебно-методической среды, обеспечивающей достижение каждым выпускником поставленной цели его подготовки в определенное время с за- данным качеством. Только на основе данных принципиальных положений можно создать УМБ, обеспечиваю- щую условия для самостоятельной реализации выпускниками своих инженерных, научных и гуманитарных знаний и умений в конкретный результат их профессиональной деятельности. Таким образом, УМБ подготовки специалиста в области ТСЗИ можно определить как комплекс материальных и технических средств, составля- ющих основу профессиональной среды будущей служебной деятельности выпускников ВУЗа, и предназначенных для обеспечения подготовки слушателей по специальности (специализации) ТСЗИ в соответствии с государственным образо- вательным стандартом, квалификационными требованиями, учебными планами и програм- мами, а также для выполнения научных исследо- ваний и подготовки научных и научно – педаго- гических кадров. Формирование УМБ подготовки специали- стов по ИБ, её использование в учебном про- цессе, обеспечение её коррекции и развития с учётом изменений, происходящих в области ИБ, связано с решением многоплановых проблем. При этом существующий уровень состояния науки и техники, экономики страны, содержание и задачи обучения по данной специальности в ВУЗе, научный, педагогический, методический уровень учебного процесса, его финансирование обуславливают сейчас такое положение, при ко- тором проблемы развития УМБ имеют множе- ство неоднозначных, а зачастую весьма противо- речивых решений. В основу формирования УМБ вуза предлагается положить принцип «от общего к частному», который в полной мере соответ- ствует требованиям системного подхода. Суть его состоит в следующем: - исходя из специализаций, по которым в вузе осуществляется подготовка специалистов по ИБ и исходя из количества выпускаемых еже- годно специалистов, формируется учебный по- лигон вуза (кафедры), на элементах которого осуществляется заключительный этап подго- товки выпускников по должностному предназна- чению; - для эффективного использования УМБ раз- рабатывается система обобщённых, комплекс- ных и частных задач, отражающих квалификаци- онные требования к выпускникам и обеспечива- ющих корреляцию общепрофессиональных дисциплин. Основу УМБ, её сердцевину должны состав- лять объекты, на которых выпускники выпол- няют свои функциональные задачи. Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 431 Для практической подготовки слушателей по конкретной специализации создаются учебно- тренировочные комплексы (УТК). Квалификационные задачи включают задачи трех типов: обобщенную (ОКЗ), комплексные (ККЗ) и частные (ЧКЗ). ОКЗ отрабатывается на завершающем этапе обучения перед производственной практикой. Кроме того, ОКЗ составляет основу для форми- рования задач, решаемых в ходе дипломного проектирования. ККЗ и ЧКЗ по отношению к ОКЗ являются задачами более низкого уровня конкретизации слушателями в ходе практических занятий. Таким образом, замысел развития УМБ под- готовки специалиста по ИБ должен включать: - перечень объектов (элементов объектов) бу- дущей профессиональной деятельности выпуск- ника вуза по специальности (специализа- ции) ИБ; - структуру данных объектов (или их элемен- тов); - исходя из имеющихся сил и средств, разра- ботанную схему организационно - технического построения каждого объекта (его элемента); - сформированную систему задач, отражаю- щих основное содержание профессиональной деятельности выпускника. Подобная «емкость» УМБ обеспечивает вы- полнение учебного плана на заключительном учебы в рамках отведенного бюджета времени. Таким образом, в основу разработки учебно- материальной базы подготовки специалиста по ИБ в первую очередь должна быть положена концепция моделирования профессиональной среды, определяющей деятельность выпускника. УДК 658 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ Акунец В.П. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Экономические методы управления предпри- ятиями – важнейшее направление совершенство- вания системы управления предприятием в усло- виях формирования рыночных отношений. Эко- номические методы управления необходимо постоянно совершенствовать и развивать. При- чем совершенствовать не только отдельные, спе- циальные методы и приемы, а применять си- стемный подход к управлению предприятием. Экономика – это особая сфера общественной жизни со своими законами, проблемами и про- тиворечиями. В этой сфере формируется эконо- мический потенциал общества, производятся продукция и услуги для удовлетворения потреб- ностей людей. Экономическая наука, как и технические науки, математика или любая другая область исследований общественных явлений, не дает полного понимания всех тех проблем, с кото- рыми она имеет дело. В экономической науке ограниченность понимания обусловлена необ- ходимостью опираться в основном не на экспе- риментальные данные, а на логический анализ и опыт. Следует отметить, что экономика как и ме- неджмент является наукой не точной. Сегодня интерес людей к экономической тео- рии все более возрастает. Объясняется это гло- бальными переменами, которые происходят во всем мире. Одной из неисследованных частей экономики являются экономический методы управления. Экономические методы управления сегодня должны соответствовать новым рыночным усло- виям. Понимание событий, происходящих в об- ществе, требует умения оперировать большими объемами статистических данных. Многое, хотя и не все, происходящее можно лучше понять, если принимать во внимание изменения, проис- ходящие во внешней окружающей среде. Поэтому важно изучение механизма взаимо- действия всех элементов экономических знаний, уточнение и развитие новых категорий и поня- тий, исследование их сущности в рыночных условиях. Экономические методы управления позво- ляют принимать оптимальные управленческие решения. На каждом уровне управления обществом действуют свои экономические методы управ- ления. Экономические методы управления позво- ляют правильно составить бизнес-план предпри- ятия. Бизнес-план предприятия имеет разную структуру, в зависимости от специфических условий его реализации. Различают бизнес-план для вновь создаваемого предприятия и бизнес- план действующего производства. Целью по- следнего является анализ и выбор оптимального пути реконструкции предприятия для удержания 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 432 им определенного сегмента рынка, выживания в жестких рыночных условиях. В бизнес-плане должна быть реально обосно- ванная стоимость изделия. Управление стоимостью и анализ затрат яв- ляются составной частью финансового менедж- мента. Процесс управления стоимостью и анализ затрат включает три основных стадии: планиро- вание и контроль затрат, управление стоимостью для принятия решения. Практическая реализация стадий по управле- нию стоимостью включает решение следующих основных укрупнённых задач: учёт материалов, учёт и начисление заработной платы, учёт и определение налогов, учёт затрат на производ- ство, учёт денежных средств и расчётов. В результате решения перечисленных задач составляются сметы затрат, на производство продукции, которые показывают планируемые уровни запасов, количество единиц изделий, которые предприятие собирается произвести и стоимость различных видов ресурсов, которые будут затрачены на выполнение производствен- ных планов. В любой смете затрат должна быть заложена возможность осуществления контроля путём сравнения фактических затрат с заплани- рованными, определения отклонений и их ана- лиза. Таким образом, управление стоимостью и анализ затрат на производство продукции направлены на обеспечение изготовления про- дукции с минимальными затратами. Производственный учёт - неотъемлемая, ор- ганически взаимосвязанная функция любой си- стемы управления. Основная задача производ- ственного учёта состоит в обеспечении управ- ления реальной информацией о выполненных производственных процессах. По характеру управленческих процессов производственный учёт может быть классифицирован по следую- щим видам: технический, экономический, орга- низационный, правовой учёт. Производственный учёт может быть класси- фицирован и по целям управления: перспектив- ный, текущий, оперативный. Каждому из этих видов производственного учёта присущи свои конкретные задачи, а также особенности, методики решения этих задач, ко- торые вытекают из целей и содержания конкрет- ных систем управления. Исследования состояния видов производственного учёта и решения задач по дальнейшему их развитию является одной из проблем повышения эффективности управления. Оперативный учёт производственных про- цессов позволяет с помощью анализа давать своевременную оценку развития системы управ- ления и вырабатывать соответствующие решения по её регулированию. Этот вид производствен- ного учёта, как в теоретическом, так и в практи- ческом аспекте разработан недостаточно. Кроме основных задач в оперативный учёт может включаться целый ряд конкретных спе- циальных задач. Основная цель решения задач оперативного учёта направлена на экономию материальных, трудовых и финансовых ресур- сов. Основной целью оперативного учёта является своевременное обеспечение управляющей под- системы необходимой информацией о фактиче- ском состоянии производственных процессов. Предметом оперативного учёта являются управ- ляемые элементы процесса производства, совер- шаемые на разных его стадиях. Оперативный учёт сводится к изучению крат- косрочных производственных процессов. Глав- ной особенностью оперативного учёта является своевременное отражение путём соответствую- щих расчётов, группировок и изменений произ- водственных процессов по заданным параметрам с целью обеспечения наиболее эффективного функционирования системы управления, Свое- временность оперативного учёта характеризуется отражением результатов производственных процессов, которые дают необходимый запас времени для осуществления остальных функций управления. Это даёт возможность выявить об- разование отклонения от заданных параметров протекания производственных процессов. В результате анализа причин отклонений устанав- ливаются предельные контрольные сроки реали- зации производственных процессов. Очень важ- ной и сложной задачей оперативного учёта явля- ется определение пределов величины отклонения заданных параметров по отдельным показателям, превышение которых служило бы сигналом включения в действие основных функций управ- ления. Величина фактических издержек, производи- мых в отчётном периоде, определяется следую- щим образом: ИП1 = О·Ц, где ИП1 - фактические издержки производ- ства; О - объём фактически использованных фак- торов производства; Ц - фактические цены на приобретение. Учёт фактических издержек характеризует производственные процессы в прошедшем от- чётном периоде. В приведённой выше формуле не учтено распределение единовременных и калькуляционных издержек, страховых взносов, налогов, амортизационных отчислений и едино- временных выплат. Данные виды издержек учи- тываются по оценочным усреднённым или пла- новым ценам по формуле ИП2 = О·Цр, где ИП2 - условные фактические издержки производства; Цр - расчётные цены. Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 433 Таким образом, рассчитываемые на практике издержки не являются фактическими издерж- ками отчётного периода. Учёт фактических из- держек - это база для итоговой калькуляции за отчётный период. Учёт фактических издержек недостаточен для контроля эффективности и управления производством. Этому служат нор- мативные издержки. Нормативы, рассчитанные по данным про- шлых периодов, называются средними издерж- ками. Нормативы, рассчитанные для будущих периодов, называются плановыми издержками. Плановые издержки определяют при помощи различных калькуляций, анализа затрат рабочего времени и затрат на материалы, а также на осно- вании экспертных оценок или сведений о ценных поставщиках. Экономические методы управления на пред- приятии позволяют правильно управлять стои- мостью продукции, что позволяет обеспечить более высокие экономические показатели пред- приятия. 1. Акунец В.П. Экономические методы управления. – Минск: Веды, 2003. – 68 с. 2. Забродская Н.Г. Круглик В.М. Экономика малого бизнеса и предпринимательство. Учебное пособие. – Минск: Амалфея, 2013 – 288 с. 3. Ивашутин А.Л. Финансовый менеджмент. –Минск: БНТУ, 2008. – 208 с. 4. Предпринимательская деятельность и бизнес-администрирование малых и средних предприятий. Под редакцией А.М.Темичева, А.Л.Ивашутина. Часть 1. –Минск, 2013 – Ч.1 – 426 с. УДК 658.5(075.8) ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ФИНАНСОВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА Аносов В.М., Уляй О.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Достижение одной из целей развития эконо- мики Республики Беларусь в условиях кризиса на современном этапе – стабилизации и увеличе- ния прибыли, во многом определяется организа- цией финансового планирования. Очевидно, в складывающейся экономической ситуации, не ожидание стихийных внешних перемен, а плани- рование - это способ поддержания сложивше- гося экономического положения и дальнейшего развития бизнеса. Сущность финансового планирования можно определить как процесс обоснования на опреде- ленный период движения финансовых ресурсов и капитала, иными словами как процесс форми- рования, распределения и использования финан- совых ресурсов и капитала. Управление финансовой деятельность пред- приятия предполагает решение нескольких взаи- мосвязанных задач. На фазе анализа предполагается: оценка ситу- ации, тенденций и закономерностей, сложив- шихся в предшествующем периоде. Далее предполагается попытка переноса вы- явленных в результате анализа закономерностей, а также учет перспективных целей развития (фаза планирования). Кроме того, для реализации плановых целей и задач, как правило, требуется распределение намеченных задач во времени, по этапам, опера- тивное управление и контроль (фаза контроля и оперативного управления). Финансовое планирование направлено на: определение финансовых ресурсов, требуемых для выполнения задач по развитию производ- ства (собственные – прибыль, амортизация; за- емные; банковские и коммерческие кредиты, внешние инвестиции). При этом достижением целей сохранения и развития бизнеса во многом определяется организацией финансового пла- нирования Основные цели финансового планирования: обоснование финансовой политики предприятия; обоснование финансовых возможностей обеспе- чения намечаемых проектов, заданий. Среди доходов и поступлений можно назвать амортизацию, чистую прибыль, кредиты и тому подобные аккумулированные финансовые ре- сурсы направляются на инвестиции в основные и оборотные средства и т.п. Выделяют несколько направлений финансо- вого планирования. Стратегическое планирование осуществля- ется на долгосрочную перспективу и подразуме- вает формулирование целей, задач, масштабов и сферы деятельности предприятия на качествен- ном уровне или в виде весьма общих количе- ственных ориентиров. Тактическое планирование осуществляется на среднесрочную перспективу (1-5 лет) и опреде- ляет ресурсы, необходимые предприятию для вступления на избранный стратегический путь. Оперативное планирование охватывает теку- щую деятельность предприятия и имеет горизонт не более одного года. Часто представляется в помесячной, подекадной или понедельной раз- бивке. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 434 Стратегический финансовый план устанав- ливает важнейшие показатели, пропорции и темпы расширенного воспроизводства. Он явля- ется главной формой реализации целевых уста- новок, стратегии инвестиций и предполагаемых денежных накоплений. Назовем несколько причин торможения ис- пользования перспективного (стратегического) планирования: продолжительные сроки реализа- ции проектов (как правило, он составляют 5-7 лет) в изменяющейся экономической ситуации; существование разрывов между намечаемыми показателями эффективности, окупаемости и их достижением реально; несовершенство форм текущего и оперативного планирования как ин- струментов реализации задач стратегических планов. Основным методом планирования прибыли – источника доходной части финансового плана является прямой метод. При планировании прибыли аналитическим методом - с помощью базовой рентабельности ориентировочно рассчитывается прибыль плани- руемого года на объем товарной продукции пла- нируемого года по себестоимости базисного. Важнейшей формой финансового планирова- ния является составление баланса доходов и рас- ходов, собственно финансового плана в струк- туре бизнес плана. При составлении баланса до- ходов и расходов используются результаты расчетов выручки от реализации, сметы затрат на производство товарной продукции, расчета при- были и сметы ее распределения. Ключевым звеном годового финансового плана, по нашему мнению, является Раздел 2 - Расходы и отчисления. На основании расчетов и обоснований производственного отдела, отдела главного механика, службы материально-техни- ческого обеспечения, отдела (управления) капи- тального строительства предприятием обосновы- вается потребность в ресурсах (капитальных вложениях, приросте собственных оборотных средств, отчислениях на содержание социальной сферы), необходимых для поддержания и разви- тия бизнеса. В разделе 1 Доходы и поступления дается ха- рактеристика источников финансирования про- изводственных и социальных потребностей кол- лектива. Например, к числу собственных источ- ников финансирования капитальных вложений относят прибыль после уплаты налогов и амор- тизацию. На финансирование недостающей ча- сти оформляются долгосрочные кредиты, заклю- чаются договора по привлечению средств со сто- роны, долевом участии других организаций в реализации инвестиционных проектов. На финансирование прироста собственных оборотных средств может быть направлена при- быль после уплаты налогов, кредиты банков, источники, возникающие в результате прироста устойчивых пассивов. При этом основой расчетов потребности в финансовых ресурсах является определение пла- нируемой валовой прибыли, которая после уплаты налога на прибыль может служить в ка- честве стимула для развития. Раздел 3 финансового плана – Взаимоотно- шения с бюджетом, трансформируется в при- быль, остающуюся в распоряжении организации (чистую прибыль). По нашему мнению, необходимо сохранить при организации финансового планирования де- ление чистой прибыли на часть. направляемую на накопление, структурирование амортизацион- ных отчислений (капитальные вложения, попол- нение собственных оборотных средств) позво- лит повысить точность разрабатываемых планов. Согласно приведенной схеме, помимо того, что реализация стратегических проектов, как правило, происходит в условиях неопределенно- сти и высоких рисков, требующих внесения из- менений в перечень и содержание поставленных задач и методы их решения, но и отдача затра- ченных на первых этапах средств происходит только на эксплуатационном этапе, в иной эко- номической ситуации. Это требует дисконтиро- вания поступающих доходов, корректировки реальных сроков окупаемости. Тем не менее, возможности и преимущества стратегического (перспективного) планирования, его необходимость «перетягивают» имеющиеся недостатки и противоречия. В пользу такого вы- бора свидетельствует тот факт, что именно бла- годаря применению стратегического планирова- ния в 80-е годы компании Microsoft удалось раз- работать проект Multiplan, который в дальнейшем перерос в MicrosoftExel. Подобные достижения имеются в авиастрое- нии, космической технике, машино- и приборо- строении. Повышение надежности стратегических фи- нансовых может быть обеспечено за счет приме- нения современных технологий управления, в частности, методов проектирования (управления проектами) Функции проектирования (управления проек- тами) могут быть выражены: воспроизводствен- ной (поддерживающей); инновационной; обеспе- чивающей. Воспроизводственная функция проектирова- ния (управления проектами) заключается в со- здании условий поддержания исходного состоя- ния системы, например, предприятия. бизнеса в изменяющейся среде, Инновационная функция состоит в обеспече- нии организационных, технических, экономиче- ских условий перехода системы (предприятия, бизнеса) на новый уровень. Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 435 Приведенные данные позволяют прийти к за- ключению: финансовое планирование, несо- мненно создает условия для реализации как краткосрочных так и долгосрочных проектов по поддержанию и развитию бизнеса; реализация долгосрочных проектов в изменяющейся эконо- мической среде вызывает необходимость кор- ректировки его оперативной основы - текущего планирования, в частности, планирования при- были и амортизационных отчислений (примене- ние ABC-XYZи принципа Парето); препятствуют полной реализации резервов и возможностей финансового планирования противоречия и не- увязки в организации бухгалтерского учета и оперативного управления финансовыми ресур- сами; применения современных технологий управления, например, технологий управления проектами, которые позволяют строго следовать избранной цели, решить задачу поэтапного рас- пределения бюджета, выделенного на проект, и соблюдения установленных временных ограни- чений, позволяя свести к минимуму необходи- мость корректировки задач и методов их реше- ния, избежать искажений реальной оценки эф- фективности. По нашему мнению, изложенные предложе- ния по совершенствованию методов управления финансовыми ресурсами в целом в полной мере могут быть использованы при управлении пла- тежеспособностью. Залогом этого является зна- ние цели развития, применение адекватных мер их достижения. УДК 339.138 (076.5) МАРКЕТИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ – ОСНОВА УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ Витушко Е.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Актуальным вопросом для различной дея- тельности предприятий разных стран является планирование и организация маркетинговой ис- следований, т.к. одной из причин убыточной деятельности предприятий является недолжное внимание к маркетинговым исследованиям. Как следствие этого, предприятия действуют в условиях ограниченной информации о рынке и его отдельных сегментов. Маркетинговое исследование – это система- тизированный сбор, накопление и анализ данных о состоянии и тенденциях изменения рынков, сегментов и отдельных их участников и институ- тов (потребителей, конкурентов, государствен- ных органов), которые могут оказать влияние на положение компании или отдельных ее продук- тов на рынке. На основании этой информации принимаются маркетинговые и управленческие решения. Поэтому руководству необходимы данные маркетинговых исследований для принятия важ- ных управленческих решений. Получаемая в ре- зультате маркетингового исследования инфор- мация весьма разнообразна – от анализа потен- циала и долей рынка до степени удовлетворенности клиентов и их желания при- обрести продукт с конкретными качествами. По данным статистических исследований наиболее успешные топ-менеджеры при принятии важных решений руководствуются данными маркетинго- вых исследований. Актуальность маркетинговых исследований определяется возрастающей ролью маркетинга как в самой системе отношений субъектов рынка, так и можно сказать в жизни человека. В последние годы появился ряд факторов, усиливающих значимость маркетинговой ин- формации: • маркетинговая среда изменяется очень ди- намично; • всё больше компаний работают на дистан- ционно удалённых рынках; • стандартные формы рекламы становятся не- эффективными; • потребители становятся всё более разборчи- выми и искушёнными; • конкуренция усиливается, идет процесс укрупнения бизнеса. Основными целями при проведении марке- тинговых исследований являются: – определение возможностей и проблем мар- кетинга на предприятии; – снижение уровня неопределенности при принятии управленческих решений; – планирование маркетинговых мероприятий; – разработка, уточнение и оценка контроля исполнения маркетинговых решений. Маркетинговое исследование - процесс, со- стоящий из шести этапов. На первом происходит четкое определение проблемы и постановка це- лей исследования. Второй этап – определение объектов исследования. Третий этап – разработка плана сбора информации с использованием пер- вичных и вторичных данных. Четвёртый этап – сбор информации. Пятый этап – анализ собран- ной информации для вывода из совокупности 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 436 полученных данных показателей среднего уровня, переменных составляющих и выявления разного рода взаимосвязей. Шестой этап – пред- ставление основных результатов, которые дадут управляющим по маркетингу возможность при- нимать более взвешенные решения. Качество исследования зависит от соблюде- ния базовых принципов проведения маркетинго- вых исследований – объективности, точности, тщательности. Объективность - необходимость учета всех факторов и недопустимость принятия опреде- ленной точки зрения до завершения анализа всей собранной информации. Точность – четкость постановки задач иссле- дования, однозначность их понимания и трак- товки, выбор инструментов исследования, обес- печивающих необходимую достоверность ре- зультатов. Тщательность – детальность планирования каждого этапа исследования, качество выполне- ния всех операций, профессионализм и ответ- ственность исследовательского коллектива. Направление и характер маркетинговых исследований формируются под влиянием проблем, которые необходимо решить. На наш взгляд маркетинговые исследования должны проводиться последующим направлениям. Исследование рынка - самое распространен- ное направление в маркетинговых исследова- ниях. Объектами рыночного исследования явля- ются тенденции и процессы развития рынка, включая анализ изменения экономических, научно-технических, демографических, экологи- ческих, законодательных и других факторов, а также структура и география рынка, его емкость, динамика продаж, барьеры рынка, состояние конкуренции, сложившаяся конъюнктура, воз- можности и риски. Анализ макросистемы направлен на изуче- ние условий окружающей среды. Они не имеют прямой связи с рынком фирмы, но воздействуют равным образом на все компании, занятые на данном рынке. Исследование внутренней среды предприя- тия ставит целью определение реального уровня конкурентоспособности предприятия в резуль- тате сопоставления соответствующих факторов внешней и внутренней среды. Анализ потенциала предприятия предназна- чен для проверки ресурсов фирмы и их соответ- ствия направлениям стратегического плана. Исследование потребителей позволяет опре- делить и исследовать весь комплекс побудитель- ных факторов, которыми руководствуются по- требители при выборе товаров (доходы, соци- альное положение, половозрастные признаки, образование). Исследование конкурентов - получение необходимых данных для обеспечения конку- рентного преимущества на рынке, а также найти пути сотрудничества и кооперации с возмож- ными конкурентами. Исследование возможных посредников, с по- мощью которых предприятие будет в состоянии «присутствовать» на выбранных рынках, прово- дится изучение фирменной структуры рынка. Исследование товаров - определение соответствия технико-экономических показате- лей и качества товаров, обращающихся на рын- ках, запросам и требованиям покупателей, а также анализ их конкурентоспособности. Исследование цены направлено на определе- ние такого уровня и соотношения цен, который бы позволял получать наибольшую прибыль при наименьших затратах (минимизация затрат и максимизация выгоды). Исследование товародвижения и продаж преследует цель определить наиболее эффектив- ные пути, способы и средства быстрейшего до- ведения товара до потребителя и его реализации. Анализ шансов – риска объединяет резуль- таты всех видов анализа. Он предназначен для возможно более раннего обнаружения тех изме- нений в макросистеме и на рынке, которые имеют связь с преимуществами и недостатками собственной фирмы. Исследование системы стимулирования сбыта и рекламы преследует цель выявить как, когда и с помощью каких средств лучше стиму- лировать сбыт товаров, повысить авторитет то- варопроизводителя на рынке, успешно осу- ществлять рекламные мероприятия. Исследование рекламы предполагает апроба- цию средств рекламы (предварительное испыта- ние), сопоставление фактических и ожидаемых результатов от рекламы, оценку продолжитель- ности воздействия рекламы на потребителей, позволяет принимать решения по активизации рекламных кампаний, вести поиск новых средств воздействия на потребителя, повышения его ин- тереса к продукции предприятия. Маркетинговое исследование услуги или ее рыночного окружения представляет собой систематические мероприятия по получению оперативной информации в отношении данных, описывающих текущее или перспективное (прогнозное) состояние самой услуги или ее маркетингового окружения, а также анализ и отражение данных в форме, необходимой для решения стратегических и тактических задач, стоящих перед фирмой. Проведенные в плановом порядке маркетинговые исследования Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 437 дают возможность получать конкурентные преимущества, снижать финансовые и коммерческие риски предпринимательской деятельности, определять отношение покупателей к оказываемой услуге, давать оценку стратегической и тактической деятельности фирмы, повышать эффективность коммуникационных рыночных мероприятий, определять оптимальные сегменты позиционирования услуг, определять характер жизненного цикла услуг. Таким образом, маркетинговые исследования и их надлежащая организация становятся инструментом, с помощью которого снижается риск предпринимательства и возрастает качество решения задач потребителя. Управленческое решение принимается на основе всей маркетинговой информации, полученной в результате исследований возможностей предприятия и конкретного рынка. В этом случае достигается цель маркетинговых исследований — снижение неопределенности, мешающей принятию решения. Проведение маркетинговых исследований отечественными предприятиями в настоящее время является скорее исключением, чем прави- лом. Причинами тому являются: • наличие международным экономическим кризисом, и как следствие этого, нацеленностью большинства предприятий на обеспечение теку- щей прибыли; • отсутствие положительного опыта проведе- ния таких исследований; • недооценка отечественными производите- лями полезности маркетинговых исследований как основного элемента разработки стратегии развития. 1. Акулич, И.Л. Маркетинг: учебник для студентов высших учебных заведений по экономическим специальностям / И.Л. Акулич. – Минск: Вышэйшая школа, 2011. – 524 с. 2. Алексунин В.А. Маркетинг: учебник / В.А. Алексунин – 6-е из. – М.: издательско- торговая корпорация «Дашков и К», 2014 – 216 с. 3. Зорина, Т.Г. Маркетинговые исследо- вания: учебник для студентов / Т.Г. Зорина, М.А. Слонимская. – Минск: БГЭУ, 2010. – 410 c. 4. Романов А.А. Маркетинг: учебное пособие / А.А. Романов, В.П. Басенко, Б.М. Жуков. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2014 – 440 с. УДК 658 ПОТЕНЦИАЛ ТОПЛИВНЫХ ЯЧЕЕК В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ Лукьяненко А.Ю. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В настоящее время, когда речь заходит об оп- тимизации или уменьшении потребления топ- ливно-энергетических ресурсов, чаще всего всплывают: ветряные установки, солнечные электростанции, приливные электростанции и обычные генераторы малых размеров, работаю- щие на возобновляемых видах топлива. Однако, выработка от этих устройств не постоянна, а сами они дороги в такой степени, что зачастую их использование ведет к увеличению стоимости потребляемых ресурсов и энергии. Топливные же элементы не так дороги, как использование солнца и ветра, а также занимают гораздо меньше места. При этом они прочны, долго- вечны и почти бесшумны, таким образом, они могут быть расположены как внутри, так и сна- ружи практически любого здания. И при этом в тандеме с технологиями, использующими обыч- ные и возобновляемые виды топлива. Более того — установка может быть портативной в опреде- ленной степени, заменяя дорогой аккумулятор. Топливный элемент — относительно простое устройство. В нем есть два электрода: анод (от- рицательный электрод) и катод (положительный электрод), а также мембрана. Установки могут использовать различные виды топлива, даже возобновляемый биогаз из сточных вод и отхо- дов пищевых продуктов, природный газ или дру- гой газ, сходный по составу. Можно применять даже жидкое углеводородное топливо. Напри- мер, этиловый или метиловый спирт. Также ве- дутся разработки установок, способных исполь- зовать даже уголь и торф. Потенциал топливных элементов кроется в том, что они более эффективны, чем большин- ство типов генераторов. На них гораздо меньше влияет термодинамическое ограничение коэф- фициента использования энергии. В отличие, например, от турбин и двигателей внутреннего сгорания, КПД топливных элементов остается высоким и в случае работы не на полной мощно- сти. Кроме этого, мощность топливных элемен- тов может быть увеличена простым добавлением отдельных блоков, при этом КПД не меняется. То есть большие установки столь же эффек- тивны, как и малые. Эти обстоятельства могут позволить гибко подбирать состав оборудования 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 438 в соответствии с предъявляемыми требованиями и располагаемыми средствами. Получающееся на выходе в качестве побоч- ного продукта тепло может быть использовано для отопления (как в комбинированной уста- новке тепловой и электрической энергии, или ТЭЦ), или даже охлаждения, в результате чего эффективность системы получается очень высо- кой, гораздо выше тех, что используются в Рес- публике Беларусь на данный момент. Такая ТЭЦ на основе топливных элементов позволяет поль- зователям уменьшить или устранить необходи- мость в подводе многих коммуникаций, в котлах или водонагревателях и связанных с ними затра- тах и выбросах. Что самое важное при правильно подобран- ных масштабах и видах топлива для конкретных размеров предприятия стоимость электроэнергии получается меньше, чем при закупке оной из электросети. При этом практически без выбросов в атмосферу. Также, учитывая, что предприятия все больше полагаются на компьютерные системы для общения и решения оперативных задач, обеспечение бесперебойным снабжением элек- троэнергией в любом случае просто бесценно в высокотехнологичном мире, который надеется стать более устойчивыми. По итогу, благодаря своей высокой эффек- тивности, топливные элементы могут позволить: • снизить потребление ресурсов на предприятии; • снизить стоимость потребляемой электро- энергии, а также производить её; • стать основой для систем распределенного электроснабжения; • в полной мере использовать местные и воз- обновляемые виды топлива, а также отходы • снизить затраты на создание коммуникаций в сложных условиях и отдаленных районах; • повысить надежность и бесперебойность снабжения предприятия энергией; • снизить уровень выбросов в среду; • в качестве побочного продукта иметь тепловую энергию или холодильную установку. 1. Топливный элемент как альтернатива «альтернативной» энергетики / энека [электронный ресурс] / режим доступа: http://www.eneca.by/ru_toplivniy_element0/. 2. Fuel cell energy brings new life to businesses / TheNewEconomy [Electronic resource] – Mode of access : http://www.theneweconomy.com/energy/ fuel-cell-energy-brings-new-life-to-businesses. 3. Использование топливных элементов для энергоснабжения зданий. Часть 2 / АВОК [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2404. УДК 658 ИНЖИНИРИНГОВЫЕ ЦЕНТРЫ – ЧАСТЬ ИННОВАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОГО СЕКТОРА БЕЛАРУСИ Пищало Е.О. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Инжиниринг является одной из признанных форм повышения эффективности бизнеса во всем мире. Суть его заключается в предоставле- нии услуг исследовательского, проектно-кон- структорского, расчетно-аналитического, произ- водственного характера, включая подготовку обоснования инвестиций, выработку рекоменда- ций в области организации производства и управления, а также реализации продукции. Ведущими странами в сфере высокотехноло- гичного инжиниринга, компании которых входят в TOP-200 по итогам отчета агентства ENR в 2011 г., являются США, Канада, страны Евросо- юза, Китай, Индия, Австралия, страны Ближнего востока. При этом совокупный доход 65 инжи- ниринговых компаний США превысил 5 млрд. долл. США. Объем рынка промышленного ин- жиниринга в США в 2011 г. был равен 99,2 млрд. долл., что составляло 0,6 % от ВВП. Мировой рынок инжиниринговых услуг в 2012 г. составлял 750 млрд. долл. и по прогнозам к 2020 г. его рост достигнет 1,4 трлн. долл. Темп роста рынка инжиниринговых услуг составляет 3,5 – 4 %, что сопоставимо с темпами роста мировой экономики. Рынок зрелый и быстрые изменения связаны с высокой конкуренцией на нем. Показателен опыт бельгийского центра IMEC. IMEC — независимый (не принадлежа- щий ни одной глобальной корпорации) Центр прикладных разработок в сфере микро- и наноэлектроники, расположенный в г. Левен, Бельгия. Совокупный̆ доход IMEC в 2011 году превысил €300 млн. Клиентами центра IMEC являются такие крупнейшие технологические компании мира как Intel, TSMC, Samsung, Qualcomm, Panasonic, Sony, ASML, Phillips и т.п. В структуру IMEC в Бельгии входят 1500 сотрудников, 600 приглашенных исследо- вателей и стажеров. Всего в кооперацию вовле- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 439 чено 5000 человек по всему миру, партнерская сеть насчитывает более 500 международных компаний. Схема IMEC построена просто: про- мышленные предприятия ставят проблему перед центром IMEC и готовы заплатить большие деньги за ее решение. В свою очередь IMEC имеет команду разработчиков, значительную долю которых составляют исследователи из уни- верситетов по всему миру. IMEC формирует интегрированную проектную группу – быструю, динамичную и самое главное обладающую тре- буемыми знаниями для решения поставленных задач. Таким образом, происходит переход зна- ний в промышленность, т.е. не что иное как коммерциализация накопленных научных разра- боток. Принципиальным является то, что IMEC – центр прикладных разработок и занимается только тем, что конкретно нужно индустрии [1]. В России с 2013г. реализуется проект по со- зданию и развитию инжиниринговых центров на базе ведущих технических вузов страны. В настоящее время уже созданы и успешно функ- ционируют 30 инжиниринговых центров при вузах. Суммарный объем контрактов инжини- ринговых центров при вузах в 2014 г. составил более 801 млн. руб., что превышает в 1,5 раза объем оказанной им государственной под- держки. Инжиниринговые центры оказывают услуги широкому спектру компаний по различ- ным отраслевым направлениям: машинострое- ние, материаловедение, фотоника, биотехноло- гии, компьютерный инжиниринг, технологии работы с трудноизвлекаемыми минеральными ресурсами [2]. В Беларуси не обеспечена системная работа по созданию инжиниринговых структур для со- провождения научных проектов, комплексного внедрения технологий и разработки инноваци- онных проектов. Особенно остро стоит вопрос создания инжиниринговых структур в системах НАН Беларуси и Министерства образования, где создается основная масса научно-технических разработок. Отсутствие таких структур не позво- ляет эффективно организовать сопровождение процесса коммерциализации перспективных раз- работок в отраслях реального сектора эконо- мики. При этом уже созданные структуры не могут, в силу своей малочисленности, оказать должного влияния на обеспечение конкуренто- способности национальной экономики и повы- сить уровень ее инновационности. По данным Национального статистического комитета в десятку самых основных и значи- тельных факторов, препятствующих инновациям организаций промышленности в 2014г. респон- денты относят: 1. недостаток собственных денежных средств; 2. высокая стоимость нововведений; 3. высокий экономический риск; 4. недостаток финансовой поддержки госу- дарства; 5. низкий инновационный потенциал органи- заций; 6. низкий платежеспособный спрос на новые продукты; 7. недостаток квалифицированного персонала; 8. низкий спрос на инновационную продукцию; 9. неразвитость рынка технологий; 10. неразвитость инновационной инфраструк- туры и недостаток информации о рынках сбыта. Чтобы преодолеть эти негативные тенденции, необходимо активизировать сотрудничество фундаментальной науки и промышленности, создать условия для становления полноценной прикладной науки, которая, в свою очередь, обеспечит создание новых технологий производ- ства и конкурентоспособных конечных продук- тов потребления [3]. Для развития инжиниринговой деятельности в Республике Беларусь необходимо принять ряд мер законодательного, нормативно-правового, организационно-технического и экономического характера. Прежде всего, следует внести измене- ния в Указ Президента Республики Беларусь №1 от 03 января 2007г. "Об утверждении положения о порядке создания субъектов инновационной инфраструктуры" дополнив п. 3 Положения "ин- жиниринговые центры", т.е. отнести их у субъ- ектам инновационной инфраструктуры. В каче- стве неотложных мероприятий необходима раз- работка методических материалов по созданию и развитию научной и инженерной инфраструк- туры инжиниринговых центров на базе универ- ситетов и научных организаций НАН Беларуси, разработка и реализация механизмов государ- ственной поддержки инжиниринга, меры по сти- мулированию создания и обеспечения деятель- ности инжиниринговых центров во всех регио- нах Беларуси. Механизмами государственной поддержки на этапе становления инжиниринго- вых центров могут быть льготное кредитование разработки и реализации проектов, предоставле- ние государственных субсидий для компенсации части затрат на реализацию пилотных проектов по оценке целесообразности и эффективности инновационного проекта. 1. Инжиниринг как важнейший стимул экономического развития. Стенограмма заседания экспертного семинара РВК, посвященного теме инжиниринга [Электронный ресурс] / Полит.ру – Режим доступа: http://polit.ru/article/2013/06/07/engineering/ – Дата доступа: 01.08.2016. 2. Гершман, М.А. Идентификация инжиниринговых организаций в Российской Федерации / М.А. Гершман // Вопросы статистики – 2013 – №2. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 440 3. Концепция Государственной программы инновационного развития Республики Беларусь на 2016–2020 годы [Электронный ресурс] / Государственный комитет по науке и технологиям Республики Беларусь – Режим доступа: http://www.gknt.gov.by/opencms/ opencms/ru/innovation/inn2/ – Дата доступа: 01.08.2016. УДК 388.46 СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СИСТЕМЫ «MARKETING MIX» НА ПРЕДПРИЯТИЯХ Третьякова Е.С.1, Третьяков-Савич Е.С.2 1Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь, 2Каунасский технологический университет Каунас, Литовская Республика В современных экономических условиях маркетинг определяет успех деятельности лю- бого предприятия независимо от сферы деятель- ности, формы собственности, размера и органи- зационной структуры. Маркетинг – это область, имеющая универсальное значение, создание раз- ветвленной системы маркетинга на предприятии позволяет решить множество проблем именно силами предприятия. Под маркетингом понимается такой вид ры- ночной деятельности, при которой производите- лем используется системный подход и програм- мно-целевой метод решения хозяйственных про- блем, основной идеей является ориентация на потребителя. Главной целью маркетинговой деятельности является обеспечение коммерческого успеха предприятия; ее содержание заключается в по- иске взаимовыгодного компромисса между по- требностями потенциальных потребителей и производственными возможностями компании с учетом действий конкурентов. В начале 1960-х годов была предложена клас- сификация инструментов маркетинга, получив- шая название Marketing Mix. Она представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных эле- ментов, набор поддающихся контролю перемен- ных факторов, совокупность которых позволяет решить маркетинговые задачи в отношении це- левых рынков. Marketing Mix — самая известная фраза в маркетинге; элементы, ее составляющие — так- тический инструментарий маркетинга. Также они известны под обозначением "4P", причем в настоящее время их расширяют до "5Р" или даже до "7Р". Первоначально выделялись четыре группы переменных факторов (базовые элементы "4P"), которые условно обозначаются терминами «то- вар, продукт» (Product), «цена» (Price), «методы и места продажи товаров» (Place), «методы сти- мулирования, продвижение» (Promotion). Следует отметить, что в связи c развитием маркетинга отношений и упрощения взаимодей- ствия между людьми появилась модель 5Р (4P’s+People). В настоящее время люди (персо- нал, клиенты) способны оказывать значимое влияние на процесс совершения покупки, по- этому в маркетинговых стратегиях рекоменду- ется выделять отдельное место программам, направленным на поддержание «People». Через некоторое время, в связи с развитием рынка услуг появилась и стала активно исполь- зоваться модель 7Р (5P’s+Process+Physical Evidence). Это связано с тем, что процесс оказа- ния услуг и физическое окружение этого про- цесса значительно влияют на имиджевые харак- теристики товара, а, следовательно, для построе- ния сильного бренда необходимы специальные программы, направленные на правильное управ- ление этими составляющими. В настоящий момент многие крупные компа- нии активно модернизируют модель Marketing Mix под свою специфику, вводя в нее новые «Р», которые наиболее соответствуют их зада- чам. Новые «Р», которые также используются в модели в современных условиях: - позиционирование (Proposition / Positioning) — помогает отслеживать и управлять правиль- ным имиджем, ассоциациями и брендом в со- знании целевого потребителя в сравнении с клю- чевыми конкурентами; - упаковка (Pack / Packaging) – отдельно вы- деляется в связи с ростом значимости дизайна и внешнего вида товара. Внешний вид обеспечи- вает заметность, формирует фирменный стиль, что помогает строить сильный бренд. При выде- лении упаковки в отдельный «Р» в «Product» учитываются только функциональные характе- ристики и свойства товара; - прибыль (Profit) – является значимой со- ставляющей для развития и конкурентоспособ- ности компании, поэтому выделятся отдельно. Характеризует целевые показатели рентабельно- сти продукта и ассортиментного ряда, мини- мальные пределы рентабельности. К данному «Р» также можно отнести долгосрочную эконо- мическую бизнес-модель бренда; Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 441 - процесс совершения покупки (Purchase) – помогает в маркетинговом плане выделить от- дельно программы, направленные на управление процессом совершения покупки — построить модель и разработать мероприятия, привлекаю- щие потребителя к бренду на каждом этапе. По- нимание процесса совершения покупки помогает правильно выстроить коммуникацию бренда – быть в правильном месте с правильным предло- жением. В современных условиях используются также и концепция "4С", в которой основной упор де- лается не столько на продукт и его производство, сколько на самого потребителя и получаемые им выгоды: - потребитель (Сonsumer); - удобство (Сonvenience); - стоимость (Сost); - коммуникации (Сommunications). Последнее время становится известной и приобретает популярность также и альтернатив- ная концепция "3С": - компания (Company); - конкуренты (Сompetitors); - клиенты (Сlients). Необходимо отметить - сколько элементов включать в маркетинговый план каждое пред- приятие решает самостоятельно. Количество за- висит от типа бизнеса, условий конкуренции, целей компании. В конечном счете, концепция Marketing Mix – это просто модель, инструмент, призванный упростить и систематизировать ра- боту, поэтому если нет необходимости в одном из «Р» — его можно просто опустить. По завер- шении всех вышеупомянутых этапов маркетин- говой работы наступает этап исполнения – внед- рения в жизнь маркетинговых стратегий фирмы. Решения о мероприятиях Marketing Mix должны приниматься как в отношении каналов распреде- ления, так и в отношении конечных пользователей. Таким образом, можно сделать вывод, что конкретное содержание Marketing Mix зависит от многих параметров, в первую очередь от осо- бенностей рынка (отрасли) и товара (например, от длительности его жизненного цикла), возмож- ностей самой компании – например, от размеров бюджета, опыта персонала маркетингового под- разделения и других факторов, позволяющих или, наоборот, препятствующих разработке и, главное, осуществлению наиболее приемлемого в сложившейся ситуации маркетингового ком- плекса. Все элементы Marketing Mix должны также содержать стратегический уровень для обеспечения системы долговременного планиро- вания инвестиционных программ. 1. Акулич И.Л. Маркетинг / И.Л. Акулич, Минск: Вышэйшая школа, 2015. - 524c. УДК 658 ИННОВАЦИОННЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ Филипп К.Д., Соломко М.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь На современном этапе становления рыночных отношений и стремительно развивающихся но- вых технологий, высокой организованности ли- деров рынков различных товаров, а также посто- янно растущей конкуренции на мировом рынке рассматривается вопрос о поиске новых путей развития. Стоит отметить, что инновационный путь развития является наиболее перспективным, о чем свидетельствует мировой опыт. Однако существует ряд факторов, которые замедляют развитие данных процессов в Республике Бела- русь. Одним из основных факторов сдерживающим развитие инноваций является низкий уровень инвестирования в инновационные проекты. Лю- бые инновационные проекты не могут существо- вать без науки в той или иной области. Наука главнейший ресурс развития инноваций, именно наука является ключевым фактором, но она не может существовать без достаточного финанси- рования. Экономика знаний, создаваемая в ны- нешних условиях,стоит в основе всего производ- ства, основанного на прорыве в области научных знаний. Республика Беларусь обладает доста- точно большим научно-техническим потенциа- лом, который вполне достойно конкурирует на уровне современной мировой науки в различных областях. Показателем, который отражает разви- тие научно-исследовательских и опытно-кон- структорских работ (НИОКР) являющихся сово- купностью деятельностей, направленных на по- лучение новых знаний и их практическое применение для решения конкретных задач пу- тем фундаментальных исследований; приклад- ных исследований; опытно-конструкторских и технологических разработок является уровень расходов на НИОКР и выражается в процентах от валового внутреннего продукта. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 442 Национальные расходы на НИОКР считаются одним из ключевых показателей научно-техни- ческого развития страны. В настоящее время данный показатель в Республике Беларусь дости- гает отметки в 0,3-0,7 процента, в то время, как Япония финансирует науку в размере 3,5-4 про- центов, Германия и Соединенные Штаты Аме- рики - 2,8-3 процентов, Израиль занимает первое место по данным Организации Объединенных Наций по вопросам образования, науки и куль- туры (ЮНЕСКО) в области бюджетного финан- сирования НИОКР с показателем в 4-5 процен- тов. [1] Для преодоления проблемных вопросов стра- тегический замысел Государственной программы предусматривает концентрацию организацион- ных усилий государственных органов и финан- совых ресурсов государства на 3-х ключевых направлениях: - создание системы технологического прогно- зирования и разработка на ее основе перечня инновационных проектов, имеющих государ- ственное значение с соответствующим уровнем государственной поддержки; - создание необходимой инфраструктуры для ускоренного развития сектора инновационного предпринимательства в высокотехнологичных видах экономической деятельности (фармацев- тика, био- и наноиндустрия, приборостроение и электроника, атомная энергетика, ИТ-индустрия) и обеспечение упрощенного доступа к инстру- ментам финансовой и нефинансовой поддержки инновационных предпринимателей. Ключевыми площадками для инновационного предпринима- тельства в высокотехнологичных секторах явля- ются Парк высоких технологий, Китайско-бело- русский индустриальный парк, научно-техноло- гические парки, центры трансфера технологий, что обуславливает необходимость выделения государством значительных инвестиций для раз- вития их инфраструктуры и материально-техни- ческой базы; - формирование институциональной среды, стимулирующей инновационное развитие. Ко- нечным итогом усилий государства должно стать формирование такой инновационно-предприни- мательской культуры, которая позволила бы по- высить роль и престиж исследователей, разра- ботчиков, рационализаторов и изобретателей, предпринимателей-инноваторов – всех тех, кто составляет «креативный класс» современного белорусского общества, в качестве ключевых субъектов инновационного и социально-эконо- мического развития страны. Основой успешной реализации данных направлений является развитая НИС, способная обеспечить эффективное взаимодействие науки с реальным сектором экономики и формирование высокотехнологичных секторов. [2] Для создания более привлекательного инве- стиционного климата и для того, чтобы иннова- ции были наиболее востребованными необхо- димо постоянно вести исследования в области науки и стимулировать перспективные области науки и дополнительно их финансировать. Од- нако необходимо обеспечить эффективное взаи- модействие науки с бизнесом, реальным секто- ром экономики. Исходя из вышесказанного можно сделать выводы о том, что увеличение инновационных процессовв Республике Беларусь может приве- сти к увеличению конкурентоспособности, при- были компаний, что в дальнейшем приведет к росту экспорта и экономическому росту в целом. 1. Рейтинг стран мира по уровню расходов на НИОКР. Гуманитарная энциклопедия [Электронный ресурс] // Центр гуманитарных технологий. — 26.05.2013 (последняя редакция: 07.07.2014). 2. Государственная программа инновационного развития Республики Беларусь на 2016-2020 годы. Распоряжение Премьер-министра Республики Беларусь от 06.11.2015, №375 р. УДК 53:088+378.662.147 УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕРКИ КРИТЕРИЯ НОРМАЛЬНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Филипп А.Р., Жолнеревич И.И. Белорусский государственный университет Минск, Республика Беларусь В настоящее время в условиях массового производства все большую роль играют стати- стические методы обработки данных. Без них невозможно добиться стабильного качества вы- пускаемой продукции, оценить надежность сложных технических систем, спрогнозировать возможные отказы готовых изделий. Как пра- вило, в учебных практикумах вузов, в научных лабораториях для анализа экспериментально из- меряемых величин пользуются статистикой нор- мального, или Гауссова распределения. Однако, без проведения дополнительных исследований Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 443 это не всегда правомерно. В России с 2002 года действует специальный стандарт [1], в котором установлены критерии, необходимые для про- верки на нормальность распределения измерен- ных величин. Приведенные в нем критерии удобны для использования в промышленности и в научных исследованиях при проведении изме- рений, контроля и испытаний. Также в настоя- щем стандарте рассматриваются способы по- строения статистик и правила принятия решений для критериев проверки на нормальность. Например, если число наблюдений превышает 50, то предпочтительным является критерий Пирсона, а если число наблюдений меньше 50, то рекомендуют составной критерий. В соответствии с документом [1], перед при- менением стандартных формул для оценки слу- чайной погрешности, доверительного интервала и других статистических характеристик необхо- димо убедиться в Гауссовом характере распреде- ления величин в выборке. Белорусский аналог [2] был введен значительно позже - только в 2012 году и не нашел пока отражения в учебных про- граммах и, в частности, в лабораторных практи- кумах вузов. По-прежнему для выборок малого объема, с которыми обычно имеют дело в учеб- ных лабораториях, используют критерий Стью- дента для расчета случайной погрешности ре- зультата измерений с заданной доверительной вероятностью. Однако при этом зачастую забы- вают о том, что применять этот критерий можно только в том случае, когда наблюдения принад- лежат нормальному распределению. Иными сло- вами, должно быть известно, что при применен- ном методе измерений распределение результа- тов наблюдений можно считать нормальным. Конечно же, в условиях учебной лаборато- рии, при ограниченном объеме выборки, по- пытка экстраполировать полученные статистиче- ские закономерности на большие совокупности данных носит чисто теоретический характер и, соответственно, ошибки не имеют глобальных последствий [3]. Однако такие же заблуждения могут привести к катастрофическим результатам в условиях современного массового производства. Игнорирование сложившегося положения вещей в образовании студентов естественнона- учного и технического профиля чревато сниже- нием конкурентоспособности соответствующих специалистов уже в ближайшем будущем. Для исправления этой ситуации предлагается внедрить в учебный процесс вузов технического профиля учебно-исследовательский лаборатор- ный модульный комплекс для отработки мето- дики измерений и подробного анализа статисти- ческих закономерностей распределения различ- ных физических величин (механических, термодинамических, электрических, оптических, ядерно-физических и др.). Следует подчеркнуть особо, что впервые в учебной практике предпо- лагается проведение обязательной проверки нормальности распределения измеренных вели- чин, в соответствии с [2]. В настоящее время подобных комплексов в учебных целях не изготавливают ни отечествен- ные, ни зарубежные фирмы. На базе данного комплекса впоследствии мо- жет быть создан лабораторный практикум с це- лью обучения студентов естественнонаучного и технического профиля современным методам статистической обработки данных эксперимен- тальных наблюдений различных физических ве- личин, с обязательной проверкой принадлежно- сти данных к нормальному распределению. Та- кое нововведение поможет сформировать у будущих специалистов правильное представле- ние о статистических закономерностях, актуаль- ное в условиях современного массового произ- водства. Особенно полезно это будет для студен- тов метрологических специальностей. Указанный комплекс включает в себя отдель- ные установки для измерения механических, термодинамических, электрических, ядерно-фи- зических и других физических величин. Приборы так подобраны и сконструированы, что за время, отведенное на одно лабораторное занятие, можно набрать необходимый объем данных и изучить их распределение. Так, доска Гальтона служит для проверки нормальности распределения механических величин, электрон- ный частотомер и устройство для регистрации белого шума кремниевого транзистора – для проверки нормальности распределения электри- ческих величин (частота в электрической сети и белый гауссовский шум в транзисторе), уста- новка для изучения Броуновского движения – для исследования распределения пробегов бро- уновских частиц, счетчик Гейгера – для сравне- ния характеристик распределений Пуассона и Гаусса в ядерно-физических измерениях. Этот перечень приборов может дополняться и расши- ряться, в зависимости от специфики учебного учреждения. Каждое из этих устройств позволяет сравни- тельно простым образом измерить и обработать большой массив однотипных эксперименталь- ных результатов (экспериментальную выборку), убедиться в нормальности их распределения, с помощью стандартных компьютерных программ оценить статистические характеристики этого распределения. Комплекс позволяет изучить, как влияет объем выборки на получаемые стати- стические закономерности, в частности, как трансформируются параметры Гауссова распре- деления, насколько они соответствуют истинным характеристикам распределений. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 444 1. ГОСТ Р ISO 5479-2002 «Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения». 2. СТБ ISO 5479-2012 «Критерии отклонения от нормального распределения». 3. Котов, Ю.Б., Семенова, Т.А. О неправомерности использования нормального распределения для оценки случайной погрешности в экспериментах с малым объемом выборки // Физическое образование в вузах.- 2014. -т.20. -№3. – с.65. УДК 339 ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СТРАТЕГИЧЕСКИХ АЛЬЯНСОВ Васичева В.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В условиях современной рыночной конку- ренции многие компании объединяют свои силы и средства для достижения определенных целей. Стратегический альянс – это деловое соглашение о взаимовыгодном сотрудничестве между двумя или более организациями. Партнёры по страте- гическому альянсу могут договориться, напри- мер, об объединении своей деятельности по раз- работке новых товаров, а также об обмене опыта в сфере маркетинга и управления [1]. Зачастую управление взаимоотношениями между партнёрами является более важным про- цессом, чем разработка подходящей структуры взаимоотношений на стадии формирования, по- скольку менеджмент стратегических альянсов сложно предугадать из-за постоянных изменений внешней и внутренней среды сотрудничества. Трансформация механизма функционирования альянса может быть направлена на повышение эффективности системы управления и контроля качества сотрудничества [2]. Следовательно, ре- гулярный контроль качества взаимоотношений является наиболее экономически эффективным и значимым инструментом для управления этими отношеними. Хорошо разработанная система оценки качества позволяет компаниям выявлять проблемы до того, как они перерастают в кон- фликты и определять ключевые аспекты успехов альянса. Стратегический альянс как система межорга- низационных отношений может быть изучен с точки зрения широкого ряда теоретических от- правных пунктов. Самыми очевидными из них являются стратегическое управление, организа- ционная теория, экономический и промышлен- ный анализ, теория сетей, теория игр, социоло- гические и психологические теории. К исследо- ванию стратегических альянсов также могут быть применены модели двусторонних и много- сторонних отношений (например, коалиции, со- стоящие из нескольких государств). Мей и Тейт [3]обнаружили доказательства того, что страте- гический союз определяется экономическими и социопсихологическими переменными. Отношения между организациями включают в себя не только утилитарные экономические факторы, но также психологические и поведен- ческие, такие как доверие, приверженность и степень удовлетворенности [4]. Даже теория со- циального обмена основывается на экономиче- ском и психологическом бихевиоризме, так как создание, разработка и поддержание внутриор- ганизационных отношений выходит за рамки практической экономики [5]. Значит, результат сотрудничества внутри стратегического альянса обуславливается как экономическими, так и эмо- циональными факторами. Таким образом, одним из способов достижения успешного функциони- рования стратегического альянса является обес- печение тотального качества сотрудничества фирм-партнеров. Механизмами сотрудничества, такие как стратегические альянсы очень сложно успешно управлять, в основном из-за сложности согласо- вания целей и установок самоуправляемых орга- низаций. Поэтому необходимо разрабатывать системы контроля качества следуя холистиче- ским подходам, которые охватывает все сферы деятельности альянса. Одним из таких подходов является всеобщее управление отношениями (Total relationship management), на основе кото- рой разработана система контроля пяти качеств (5К) [6]. Модель Пяти качеств является более всеобъемлющей и включает в себя основные многоаспектные атрибуты, которые отсутствуют в ряде других моделей: 1) K1: Качество объекта – техническое каче- ство, которая измеряет основания и мотивацию вступления в стратегический альянс. Мотивация может основываться на одном или всех факто- рах, таких как финансовые, технологические, управленческие или стратегические. 2) K2: Качество процесса – функциональное качество, измеряющее процессы создания и рас- ширения взаимодействий внутри стратегиче- ского альянса, а также насколько эффективно реализовывается его деятельность. Адаптации также являются важным фактором. Например, один из партнёров готов изменить свой соб- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 445 ственный дизайн продукта, чтобы позволить сво- ему партнёру справиться с производственными сложностями. Адаптация может включать в себя инвестиции материальных и нематериальных ресурсов от обеих сторон. 3) K3: Качество инфраструктуры – оценоч- ный фактор, включающий основные ресурсы, необходимые для выполнения деятельности со- трудничества. Инфраструктура альянса включает в себя такие критические факторы, как техниче- ские и кадровые ресурсы, компетенции сотруд- ников, навыки и знания. 4) K4: Качество взаимодействия – фактор, оценивающий процессы коммуникации и обмена информацией, финансовые и социальные кон- такты между партнёрами. Оно включает как вза- имоотношения между сотрудниками одного предприятия, между организациями-партнёрами, между управляющими и подчиненными. Привя- занность и сотрудничество между двумя взаимо- действующими сторонами формируются и укрепляются в процессе совместной работы над достижением общих целей союза. Могут быть выделены различные типы привязанности, например социальные, технические, юридиче- ские, экономические и другие. Затраты на рас- торжение альянса зачастую также являются од- ним из критических факторов продолжения под- держания взаимодействия. 5) K5: Качество атмосферы измеряет про- цессы взаимодействия между сторонами, кото- рые зависят от конкретных условий окружающей среды. Здесь могут быть включены такие пере- менные как осознанность совместных интересов, совместных целей, участия сотрудников в про- цессах принятия решений, чувство ответственно- сти. Доверие, уважение, отзывчивость и привер- женность к партнёрам являются также ключе- выми переменными качества атмосферы. Предыдущие иследования доказали, что доверие и кооперация являются факторами, которые вли- яют на успешность и итоги стратегических аль- янсов. Прейджого и другие обнаружили, что есть положительная взаимосвязь между степенью доверия внутри альянса и операционными пока- зателями, что влияет на стоимость и итоги дея- тельности [7]. Достижение удовлетворительного качества всех пяти факторов ведёт к высокому тотальному качеству сотрудничества между партнёрами, как показано на рисунке 1. Постоянный контроль и оценка всех вышеприведенных факторов явля- ется залогом успешного проведения деятельно- сти стратегического альянса. Для реализации всего потенциала таких отношений организаций необходимо разрабатывать подходящие система- тические стратегии достижения эффективной и устойчивой экономики стратегического союза. Оценка качества функционирования стратегиче- ского альянса важна для прогнозирования даль- нейшего взаимодействия фирмы с ее партнерами и полезности существующего сотрудничества. Рисунок 1. Модель Пяти Качеств 1. Гриффин Р., Пастей М. Международный бизнес. 4-е изд. / Пер. с англ. под ред. А.Г. Медведева. – СПб.: Питер, 2006. – 1088 с. 2. Труфкин А.С. Особенности стратегических альянсов транснациональных корпораций на современном этапе / А.С. Труфкин// – М.:МАКС Пресс, 2010. – 196с 3. May, D. and Tate G. Exploring economic and social-psychological factors in explaining farmers' willingness to participate in cooperative alliances / Daniel E. May; Graham J. Tate // Int. J. of Strategic Business Alliances. – 2011. - Vol. 2, № 4, Р. 329 - 346 4. Иншакова Е.И. Стратегические альянсы: потенциал для наноиндустрии России / Е.И. Иншакова// Вестник Волгоградского государственного университета. Экон. Экол. –2015. – № 1 (30) 5. КИТ П.П. Формы межфирменных стратегических альянсов в автомобильной промышленности /П.П. КИТ// Журнал "Автомобильная промышленность" –2007. – № 2 6. Zineldin, M. Why Do Both Marriages and Strategic Alliances Have Over 50% Failure Rate? A Study of Relationship Quality of Strategic Alliances in China, Japan and Mauritius / M. Zineldin, H. Fujimoto, Y. Li, H. Kassan, V. Vasicheva, W.F.Yu // International Journal of Strategic Business Alliance. – 2015. - Vol. 1. - № 1. – Р.1-23 7. Prajogo, D. The relationship between supplier management and firm's operational performance: A multi-dimensional perspective / D. Prajogo, M. Chowdhury, A.C.L. Yeung, T.C.E. Cheng // International Journal Production Economics. – 2012. - № 136, Р.123-130. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 446 УДК 379 ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ УНИВЕРСИТЕТА ЧЕРЕЗ УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ Козлова Е.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Конкуренция как экономическое понятие и социально-экономическое явление становится актуальной в условиях мировой интеграции эко- номических систем [1, с.9]. Интеграция является неотъемлемой частью модернизации общества. Сегодня неактуально рассматривать «автоном- ную» экономику, «автономное образование», «автономные» процессы бизнеса. Все чаще речь идет о социально-экономических предпосылках интеграции бизнеса и вузов, вузов и рынка труда, вузов и потребностей работодателя, вузов и кон- курентоспособности предприятий [2, с.168]. Та- кие социально-экономические предпосылки вы- двигают на новый уровень и роль современного образования. Рынок сферы образовательных услуг представляет собой важнейший компонент и слагаемое модернизируемой экономики, кото- рый является, с одной стороны, источником, по- ставляющим кадры для всей экономики, а с дру- гой стороны, постоянно растущим по своим масштабам самостоятельным рынком образова- тельных услуг, конкурирующим по мощности и размерам с другими сегментами мирового рынка [3, с.188]. В современном мире все более определяю- щими факторами при выборе университета ста- новятся престиж и рейтинг. Занятие лидирую- щих позиций в рейтингах, в свою очередь, воз- можно только при качественном образовании, активной работе по внедрению инноваций в научно-технической сфере, а также налажива- нию взаимоотношений с предприятиями своей области с целью последующего трудоустройства выпускников. Рыночная система, неизменно повышающая требования к квалификации и профессионализму работников, развивающему предприниматель- скую инициативу, выдвинула новые требования к системе высшего образования. Информация о состоянии рынка труда и ее динамика оказались запредельными для анализа ситуации на рынке образовательных услуг в реальном времени. По- этому университеты оказались без своевремен- ных управляющих воздействий и обратной связи о состоянии рынка труда, требуемого качества и количества специалистов. Наряду с проблемами внутреннего управления, возникли проблемы стратегического планирования и управления. Университеты заинтересованы в разработке и реализации планов, в которых одним из ключе- вых пунктов является задача подготовки специа- листов, востребованных на рынке. Образова- тельный процесс теперь уже рассматривается как производство, на выходе которого конечным продуктом является специалист. Существование необходимого спроса на спе- циалистов является одним из основных показа- телей правильности выбранной стратегии уни- верситета. В таких условиях на главный план выступают менеджмент и профессорско-препо- давательский состав, через участие в решении задач бизнеса, причем постановка задач должна идти именно от бизнеса, что позволит: - ускорить получение актуальной информа- ции по обратной связи; - решить лингвистическую проблему (согла- совать язык менеджмента и бизнеса); - предоставлять студентам актуальное знание; - участвовать университету в инновационной деятельности, а также в реальном режиме вре- мени реагировать на изменения рынка. [4] Существующий разрыв между образователь- ными технологиями университета и современ- ными технологиями бизнеса, демонстрирует, что система менеджмента университета недоста- точно чувствительна к изменениям внешней среды. Важно перенимать и воспринимать зна- ния современных технологий, процедур и другой накопленный бизнесом опыт, ведь только введе- ния новых актуальных знаний, технологий, тер- минов и т.п. позволит сократить такой разрыв. Достижение необходимого уровня качества образовательной системы, ее устойчивое разви- тие не возможны без столь же значимых измене- ний в системе, процессах и механизмах управле- ния развитием. Под «качеством» в обобщенном смысле понимается степень соответствия при- сущих объекту (продукции или услуге) характе- ристик установленным требованиям. Особенно- стью образования является более сложная струк- тура потребления. В качестве потребителей результатов образовательного процесса высту- пают как сами студенты, так и их семьи, пред- приятия работодатели, и, наконец, общество и государство в целом, которые будут эффективно использовать потенциал выпускников образова- тельного учреждения. В связи с этим качество образования можно определить как сбалансиро- ванное соответствие совокупности свойств и ха- рактеристик образовательного процесса, его ре- зультатов, и всей системы образования в целом установленным потребностям, целям, требова- ниям и нормам (стандартам), которые определя- ются отдельными гражданами, предприятиями и Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 447 организациями, обществом и государством в це- лом [5, с.4]. Заинтересованные стороны отме- чают такие важные составляющие качества под- готовки специалистов как: - хорошая теоретическая база (совокупность теоретических знаний в определенной области, необходимых для применения выпускниками в профессиональной деятельности); - практические навыки, умения, опыт (умение решать практические задачи, используя теорети- ческую базу); - научный потенциал (способность решать научно-практические задачи); - личностно-психологические характери- стики, необходимые для последующей профес- сиональной деятельности (интеллект, критиче- ское мышление, аналитические способности, организаторские способности, ответственность, инициативность, коммуникабельность, исполни- тельность и т.п.); - уровень воспитания (воспитанность, адек- ватное поведение в обществе); - общекультурный уровень, образованность (всесторонняя развитость, кругозор и т.д.); - физическое здоровье. Все вышеперечисленные составляющие каче- ства подготовки специалистов для разных заин- тересованных сторон, целей и ситуаций имеют и разную степень важности. Университету важно обеспечить, по возможности, как можно более высокий уровень всех компонентов качества. В качестве основной цели, преследуемой университетом рассматривается повышение ка- чества образования, которое должно быть замет- ным для абитуриентов, академического сообще- ства, государства, общества и работодателей, рынка труда и образовательных услуг. Достиже- ния поставленной цели, а также удовлетворение требований других заинтересованных в качестве образования сторон предполагает: - ресурсное обеспечение научно-образова- тельного процесса, т.е. привлечение талантли- вых, высококвалифицированных преподаватель- ских кадров; обеспечение университета финан- совыми средствами из разных источников, необходимой литературой, доступом к совре- менным информационным ресурсам, современ- ной материально-технической базой, а также осуществление набора абитуриентов с высоким начальным потенциалом; - создание условий для активного участия студентов в научно-практической, культурной, спортивной деятельности; - установление связи с предприятиями для практической подготовки студентов и формиро- вания программы практической подготовки в университете. [6, с.33-34] Современные университеты одновременно работают по нескольким направлениям, в том числе на рынке образовательных услуг и на рынке труда. В основном, их деятельность направлена на студентов и их родителей, с име- ющимися у них собственными ожиданиями от системы образования. Принимая во внимание, что оценка качества образования осуществляется с учетом наиболее важных жизненных ценностей студента, можно предположить, что мониторинг их мнения, в совокупности с мнением работода- телей, касающийся структуры и качества образо- вания способен обеспечить необходимую для последующих усовершенствований обратную связь. 1 Кравцевич С.В. Типологии конкуренции: теоретико-исторический аспект. Вестник ЧитГУ. 2011. №5 (72). – С. 9-13 2 Перевозова О.В., Кузнецова Т.С., Возилова Е. В. Роль вузов в укреплении конкурентоспособности предприятий // Вестник ЧГПУ. 2014. №7 С.168-174. 3 Андрончев И.К. Формирование и развитие организационно-экономического механизма конкурентоспособности современных вузов // Вестник Самарского государственного университета. 2015. № 5 (127). С. 188–193. 4 Гречко М. В. Трансформация механизмов развития системы образования // Совре- менные технологии управления. ISSN 2226- 9339. – №3 (15). Электронный ресурс - Режим доступа: http://sovman.ru/article/ 1502/. Дата доступа: 14.03.2016. 5 Михайлов М.В. Аккредитация учреждений высшего профессионального образования в условиях ФГОС // Новый университет. 2011. № 5. С. 4-6. 6 Гельманова З.С., Осик Ю.И. Деятельность вуза в контексте качества подготовки специалистов // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 1. – С. 31-36. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 448 УДК 338 СИСТЕМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТЬЮ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СТРАНЫ Гурина Е.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь По мнению многих отечественных и зару- бежных ученых и практических работников, именно совершенствование управления интел- лектуальной собственностью является одним из важнейших факторов повышения экономической безопасности страны. Большое внимание дан- ному вопросу уделяли такие отечественные уче- ные и практические работники как Никитенко П.Г., Мясникович М.В., Кудашов В.И., Нехоро- шева Л.Н., Нечепуренко Ю.В., Марков А.В., Бе- реснев А.Н. В Российской Федерации пробле- мам управления интеллектуальной собственно- стью много и плодотворно занимается Леонтьев Б.Б.. Как известно под интеллектуальной соб- ственностью принимаются исключительные права на результаты умственной, творческой деятельности человека, которые могут быть по- лучены в любой, практически во всех видах дея- тельности. Данная трактовка, как подчеркивает Леонтьев Б.Б., основной акцент делает на юри- дический аспект рассматриваемой категории, который лежит в сфере признания прав соб- ственности, т.е. в сфере правоприменительной практики, исключая экономический. Право собственности в зависимости от особенностей образования и охраны интеллекту- альной собственности выступает в трёх формах: авторском, патентном и смежных правах. Наибо- лее охраноспособными являются технико-техно- логические объекты, составляющие основу объ- ектов промышленной собственности и именно они одновременно являются основой модерниза- ции реального сектора экономики и основным конкурентоспособным инновационным товаром как на внутренних, так и на внешних рынках. Это свидетельствует о том, что интеллектуаль- ная составляющая лежит в сфере эксплуатации объекта через его введение в гражданский обо- рот, в том числе и через коммерциализацию, что позволяет считать стоимость объекта, доходы, убытки, вознаграждение и уровень конкуренто- способности в целом. В этой связи можно утверждать, что управле- ние интеллектуальной стоимостью не столько юридическая, сколько комплексная и, в конеч- ном итоге, экономическая проблема, которая должна решаться одновременно на всех уровнях Национальной инновационной системы. Неот- ложная необходимость решения данной про- блемы осознается практически во всех постсо- циалистических странах. Поэтому всё чаще под- нимается вопрос о разработке на государствен- ном уровне стратегии и тактики, то есть госу- дарственной политики формирования системы управления интеллектуальной собственностью. Обобщая отечественный и зарубежный опыт управления инновационной деятельностью, в рамках которой и создаются объекты интеллек- туальной деятельности, обуславливающие по- вышение уровня экономической эффективности функционирования и развития национальной экономики, можно предложить следующие направления, на которых должно быть сосредо- точено внимание разработчиков. Во-первых, несмотря на непопулярность мер по созданию новых управленческих структур, необходимы: а) наличие соответствующего управляющего органа (центра); б) четкая иерархия субъектов системы управления интеллектуальной собственностью на макро-, мезо- и микроэкономическом уровнях. Данный орган и должен быть ответственным за формирование и реализацию государственной политики в сфере здания и эффективного управления интеллектуальной собственностью. Разработка государственной политики фор- мирования системы управления интеллектуаль- ной собственностью могла бы стать составной частью Государственной программы формирова- ния Национальной инновационной системы, а ответственным органом назначен Государствен- ный комитет по науке и технологиям Республики Беларусь или одно из его структурных звеньев, например, Центр интеллектуальной собственно- сти. При этом, его деятельность, базирующаяся на системном подходе, должна основываться на всех системообразующих признаках, таких как: - целостность, т.е. наличие общей для всех элементов системы цели и их направленность на синергетический эффект функционирования и развития; - самостоятельность отдельных элементов, что позволяет им в зависимости от цели управ- ления выступать как подсистемы или даже си- стемы более низкого уровня; - наличие прямых и обратных, вертикальных и горизонтальных, входящих и исходящих, внут- ренних и внешних связей; - поддержание оптимального взаимодействия управленческих функций с целью оптимального Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 449 регулирования действия центростремительных и центробежных сил. Другими словами, обеспечение действенной взаимосвязи всех указанных признаков возможна лишь при выполнении системообеспечивающих функций управления социально-экономическими системами, таких как прогнозно-плановая, ана- литическая, организационная, учетно-отчетная, координационная, контрольная, стимулирующая. Во-вторых, определение приоритетов, ком- плексно учитывающих первоочередные потреб- ности развития общественного производства. Причем данные приоритеты не должны исклю- чать установление более отдаленных, т.е. сред- несрочных и долгосрочных мер. Возможно, это повлечет за собой некоторую реструктуризацию общественного воспроизводства в целом и науч- ных исследований в частности с целью поднятия престижности промышленности и аграрно-про- мышленного комплексов. Именно в этих сферах в основном накапливаются научно-технические знания, превращающиеся в материальные объ- екты, которые точно воспроизводимы, охрано- способны и конкурентоспособны на рынках. В-третьих, реализация государственной поли- тики управления интеллектуальной собственно- стью посредством формирования государствен- ных программ, а также их структуры должна основываться на: - приоритетных направлениях и в обязатель- ном порядке ориентироваться на междисципли- нарный характер, что предусматривает взаимо- действие как между соответствующими науками, так и между отдельными видами (сферами) дея- тельности; - обеспечении условий для интеграции всех соответствующих субъектов инновационных процессов, сфера деятельности которых нахо- дится в рамках отдельных этапов данного про- цесса: научных исследований – опытно-кон- структорских разработок – подготовки производ- ства – непосредственно производства – вывода на рынки – допродажного, продажного и послепродажного обслуживания – эксплуата- ции – утилизации; - объемной и достоверной информации, что предопределяет необходимость формирования сети бенчмаркетинговых структур, содержанием деятельности которых является постоянный мо- ниторинг полной информации. Особое место в управлении объектами интел- лектуальной собственности занимают патентные исследовании, отчеты по которым должны реги- стрироваться в специальных структурах. Однако в республике определенная часть отчетов не ре- гистрируется. А снижение активности регистра- ции свидетельствует о том, что организации Рес- публики Беларусь не стремятся получить ин- формацию, полученную в ходе патентных иссле- дований, их потенциальными партнерами и/или конкурентами. Учитывая актуальность проведения патент- ных исследований для конкретного субъекта хозяйствования, отрасли и национальной эконо- мики в целом, стимулирование проведения па- тентных исследований надо рассматривать как ряд мер, реализация которых должна осуществ- ляться на следующих уровнях: субъектов хозяй- ствования, отраслевом и межотраслевом, госу- дарственном. Как отмечалось выше, для стимулирования проведения патентных исследований на государ- ственном и отраслевом уровнях важнейшее зна- чение имеют соответствующие подходы к реали- зации государственных и отраслевых программ и проектов, в том числе научно-технических. Необходимо не только декларативное требова- ние о соответствии создаваемого продукта миро- вым и национальным тенденциям, которое можно установить путем проведения патентных исследований, но и готовность выделять финан- совые ресурсы для проведения таких работ и оценки их результатов. Это делает необходимым выделение финансирования на проведения па- тентных исследований при проведении НИОКР на их начальных стадиях, что позволит высту- пить определенным гарантом государственных инвестиций в новые разработки на основе их соответствия мировым тенденциям, наличию более высокого технического уровня по сравне- нию с аналогами, а также наличием патентной чистоты в отношении целевых рынков. Данный подход должен предполагать диффе- ренцированный аспект в зависимости от кон- кретного объекта разработки и его текущей ста- дии (жизненного цикла). Так, например, в соот- ветствии со сложившейся практикой проведения патентных исследований существует выработан- ный подход к вопросам (задачам), которые должны быть решены при проведении патентных исследований на различных стадиях жизненного цикла продукции. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 450 УДК 333.13(076.5) ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОДВИЖЕНИЯ ПРОДУКЦИИ И УСЛУГ ПРЕДПРИЯТИЯ НА РЫНОК Гурина Е.В., Пронин П.И. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Процесс развития рыночных отношений в Республике Беларусь свидетельствует о том, что необходимо производить смену направлений при организации реализации товаров, работ и услуг, при этом активно используя элементы стратегий продвижения, которые определяют необходи- мость удовлетворение нужд и запросов конечных потребителей. Проведя анализ эффективности использова- ния стратегии продвижения продукции предпри- ятий на рынок, можно выделить следующие направления совершенствования их коммуника- ционной деятельности: - совершенствование политики разработки бюджета рекламной кампании; - разработка брифа на проведение рекламной кампании в сети Интернет; - разработка промо-сайта предприятия. Разработка эффективного рекламного бюд- жета требует, прежде всего, точного учета спе- цифики деятельности предприятия, всех его цен- тров прибыли, а также тенденций развития. Для формирования бюджета рекламной кам- пании предлагается использовать метод «цели и задачи». Данный метод поможет избежать необосно- ванных затрат (т.е. увеличения себестоимости предоставляемых услуг) наиболее оптимальным способом, так как включает в себя определение плановых показателей объема продаж, прибыли и разработку целей коммуникационной политики и рекламной кампании, необходимых для дости- жения намеченного уровня сбыта. После постановки целей определяется охват и частота рекламных обращений. Определяется стоимость рекламной кампании с данным охва- том и частотой трансляций. Основная цель бюджета рекламы: разработка рекламной кампании с наибольшим охватом рынка при оптимальном расходовании средств. В целях повышения эффективности реклам- ной деятельности компании необходимо выпол- нить следующие задачи по политике бюджета рекламной кампании: - наличие детально разработанного маркетин- гово-рекламного плана (проведение маркетинго- вых исследований) и его реальное финансирова- ние; - активизировать работу по размещению в СМИ имиджевой рекламы; - организовать ежемесячный выпуск пресс- релизов и их адресную рассылку; - разработать электронные версии продвиже- ния товаров предприятия; - увеличить расходы на полиграфическую и сувенирную продукцию; - разработать программы нетрадиционных форм рекламы. Подобное введение обеспечит укрепление компании на рынке полиграфических услуг. По- требители товара или услуги, как правило, ассо- циируют торговую марку с качеством товаров, а также воспринимают любимую торговую марку как знак лучшего качества данного товара (услуг) по сравнению со всеми существующими для него альтернативами. Эффективность данной программы ожидается как минимум через год, так как повысится попу- лярность компании, прирост выручки от реали- зации, увеличится прибыль, а соответственно рентабельность. При этом рекламную политику целесообразно строить на основе адресно-ком- плексного принципа, сочетая: - осведомление потенциальных клиентов о существовании тех или иных видов полиграфи- ческих услуг; - распространение информации о высоком качестве предоставляемых видов полиграфиче- ских услуг в компании; - формирование потребительского спроса на полиграфические услуги; - создание «репутационной основы» для по- следующего ввода на рынок новых видов поли- графических услуг; - устранение ложных представлений и про- белов в информации и других препятствий на пути к продаже. Одним из важных направлений рекламной деятельности является активизация работы по размещению в СМИ имиджевой рекламы, т.е. создание полиграфической продукции (престиж- ные проспекты, буклеты, листовки, открытки и т. д.). Относительно сувенирной продукции компа- нии следует постоянно следить за обновлением ассортимента предлагаемых полиграфических услуг. Отбор и производство сувенирной про- дукции должны производится в строгом соответ- ствии с концепцией рекламной стратегии обще- ства, а именно при выборе и производстве суве- ниров следует придерживаться принципа форми- рования 3-х пакетов: для высокого, среднего и рядового уровня партнеров. Особая статья бюд- жета - новогодняя сувенирная продукция. Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 451 На сегодняшний день набор сувенирной про- дукции для постоянных клиентов унифицирован, меняется лишь цвет обложек. Это в основном календари с логотипами предприятия. Работа с постоянными клиентами, почетными клиентами должна стать отдельным направлением реклам- ной деятельности, подкрепленным специальной статьей бюджета (престижная сувенирная про- дукция, деловые подарки, поздравления и т.д.). Статус благополучной и процветающей ком- пании обязывает иметь в приемной офиса «гос- тевую» (рекламную) папку, содержимому кото- рой следует уделять особое внимание. Папка должна быть наполнена информацией по всем видам полиграфических услуг, а также набором ручек, календарей и т.д. с логотипом. В рекламной стратегии важное место должны занимать акции паблик рилейшнз (ПР). Создание и укрепление положительного имиджа через мероприятия, акции, встречи должно стать основной задачей ПР. Общим назначением внешних коммуникаций компании является установление контакта с по- тенциальными клиентами и обществом в целом. Это своего рода информационный мостик, инте- грирующий в социальную систему, служащий для «очеловечивания» компании, придания ее образу эмоционального характера, введения компании в круг постоянного общения с клиен- том. Только в этом случае удастся наладить дол- госрочный контакт с клиентом и устойчивые продажи своей продукции. Значение коммуникаций предприятия с его внешним окружением очень велико. Общество - это своего рода символьная система, сумма цен- ностей и распределение ролей, существующих в информационном, знаковом пространстве. Если предприятие хочет добиться коммерческого успеха, оно должно интегрироваться в эту си- стему, принять правила игры, существующие в обществе. Этого можно добиться за счет эффек- тивных внешних коммуникаций, направленных на социальное позиционирование компании, т.е. выполнить определенную социальную роль и при этом отвечать требованиям, предъявляемым к бизнесу со стороны общества. Целью здесь является достижение высокой общественной оценки. Точно так же, как соци- альный статус человека определяется уважением к нему со стороны окружающих, место компании на рынке зависит от общественной оценки, репу- тации её марки. На данный момент основным направлением совершенствования рекламной деятельности предприятия является совершен- ствование использования Интернет-рекламы. Так как было выявлено, что именно данному виду рекламы не уделялось должного внимания. Для совершенствования рекламной деятельности в области информационных технологий можно предложить создать промо-сайт предприятия с помощью которого можно проводить продвиже- ние продукции предприятия и сайта в сети Ин- тернет. Промо-сайт – это интернет-проект, направ- ленный на продвижение определенного про- дукта, линии товаров, услуги, бренда, события или акции. В отличие от корпоративного сайта, дающего общее представление о компании, ее товарах и услугах, промо-сайт акцентирует вни- мание на конкретном продукте (услуге, собы- тии). Промо-сайт является хорошим дополне- нием основного корпоративного сайта компании. Благодаря своей узкой направленности промо- сайт изначально ориентирован на эффективное продвижение в поисковых системах по ключе- вым запросам и приток целевой аудитории. Главная цель промо-сайта – раскрыть, пока- зать все преимущества определенного товара или продукта. Промо-сайт может понадобиться орга- низации для того чтобы: − создать положительный имидж продукта или компании; − прорекламировать продукт или услугу; − предоставить детальное описание компании и продвигаемого продукта; − получить общую характеристику потреби- теля определенного продукта; С помощью промо-сайта можно добиться следующих результатов: - получить новых клиентов; - увеличить объемы продаж; - закрепить за и рекламируемым продуктом положительную репутацию. Несмотря на компактные размеры, промо- сайт всегда отлично срабатывает и замечательно справляется со своим предназначением. В сред- нем на создание промо-сайта уходит 2 недели (в зависимости от сложности его разработки). Промо-сайт может быть центральным элементом рекламной компании, поэтому следует макси- мально использовать его возможности. Создание промо-сайта обходится гораздо дешевле, чем другие методы рекламы, но является более эф- фективным. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 452 УДК 347.71:001.895 ОСОБЕННОСТИ И УСЛОВИЯ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ Минько М.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Инновационное развитие можно определить как экономический рост хозяйствующего субъ- екта на основе разработки и реализации новых или улучшающих технологий. Уровень иннова- ционного развития определяется как ресурсной составляющей инновационного процесса (инно- вационным потенциалом), так и эффективностью трансфера инновационных технологий. Для эф- фективного продвижения по инновационному пути развития недостаточно только понимания необходимости ускорения развития инновацион- ных тенденций в экономике и стремления созда- вать и поддерживать в обществе атмосферу, спо- собствующую появлению и коммерциализации новейших разработок, в том числе, а может быть, в первую очередь, содержащих объекты интел- лектуальной собственности (ОИС). Использование интеллектуальной собствен- ности (ИС) в инновационной сфере должно учи- тывать ее особенности, вызывающие необходи- мость государственного регулирования: 1. многие предприятия не могут осу- ществлять дорогостоящие проекты, например, проводить фундаментальные научно-исследова- тельские работы, которые не обеспечивают воз- можности получения экономического эффекта или рассчитываемой экономической оценки со- циальных или экономических последствий ис- пользования ИС; 2. достаточно длительный срок окупаемости и высокая степень риска отдельных инновационных проектов; 3. наличие инноваций, не имеющих ком- мерческого измерения; 4. существование ситуаций, когда научные достижения могут оказаться эффективными лишь в случае крупномасштабного внедрения, т.к. у отдельного хозяйствующего субъекта огра- ничены производственная база и рынки сбыта и у такого предприятия-«одиночки» инвестиции в инновации могут оказаться недостаточно при- быльными; 5. экономический эффект от инноваций нельзя измерить одной прибылью, т.к. он опре- деляется результатами деятельности, выходя- щими за рамки отдельных предприятий, а значи- тельная доля эффектов от инвестиций в иннова- ции проявляется вне сферы приложения средств первоначального инвестора; 6. государственное регулирование исполь- зования ИС должно ограничивать стремление предприятий-инноваторов монополизировать эффект от таких ОИС, защищая права как инновационного предприятия, так и общества в целом. Успешность функционирования предприятия и уровень его инновационного развития во мно- гом зависят от коммерческого потенциала разра- боток, принимаемых для внедрения в производ- ство. Оценка коммерческого потенциала ОИС представляет собой выявление его потенциаль- ной способности приносить в будущем прибыль при условии должной организации производства и адекватной маркетинговой политики хозяй- ствующего субъекта. Показатели оценки ком- мерческого потенциала носят исключительно прогнозный характер. Условия коммерческой реализации ОИС ос- нованы на принципах патентного права: – свободы творчества как конституционный принцип; – исключительности прав патентообладателя; – соблюдения интересов, как патентооблада- теля, так и общества; – инициативы и доверительного сотрудниче- ства субъектов патентного права; – обязательной новизны объектов охраны; – охраны результатов только творческой дея- тельности; – обязательного государственного признания объектов охраны; – морального и материального стимулирова- ния авторов. Оценка потенциала коммерциализации ОИС строится на следующем принципе: – ИС создает целый ряд затрат, которые должны быть противопоставлены ряду возмож- ностей по генерированию дохода для тех, кто эксплуатирует эту ИС. – целесообразность патентования определя- ется целями использования ИС. Можно выделить две основные цели использования ОИС – продажа (экспорт) продукции собственного производства; – продажа (экспорт) технологии как цели па- тентования. Критерии целесообразности патентования включают в себя следующие: – технический уровень объекта; – экономическая эффективность; – значимость конкретного изобретения в объ- екте техники; – наличие ноу-хау; Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 453 – возможность доказательства нарушения па- тента; – наличие рынка; – наличие интереса конкурентов и т.п. Определение коммерческого потенциала ОИС производится в следующей последователь- ности: 1. производится идентификация формальных признаков ОИС с целью определения объема прав; 2. анализируется конкурентная среда, в кото- рую попадает данный ОИС. Этот анализ должен дать ответ на важнейший вопрос о том, насколько агрессивна рыночная среда, где про- даются аналогичные товары и, соответственно, насколько жизнеспособен данный ОИС и на ка- кой срок его полезного использования его вла- дельцы могут рассчитывать, чтобы получать с его помощью доходы на разных рынках. 3. осуществляется сегментирование рынка с целью выявления различий в потребительских предпочтениях, выходящих за рамки удовлетво- рения базовых потребностей для заданного то- варного рынка и, соответственно, разделения на группы потребителей. 4. оцениваются потенциальные возможности расширения рынков сбыта продукции, содержа- щей ОИС, с учетом сложившихся конкурентных отношений. 5. производится прогнозная оценка совокуп- ного дохода (прибыли) от реализации продук- ции, содержащей объекты интеллектуальной собственности, по отдельным рынкам и террито- риям: объема производства и продаж на прогно- зируемый период; себестоимости одного изделия (услуги) с учетом затрат на рекламу; цены реали- зации одного изделия (услуги); оценки риска реализации товаров, содержащего объекты ин- теллектуальной собственности на разных рынках на период действия прав; годовых доходов от реализации товаров, содержащих объектов ин- теллектуальной собственности; совокупных до- ходов за весь прогнозируемый период. Оценка коммерческого потенциала ОИС мо- жет проводится по следующим блокам показателей: 1. Правовой блок: наличие и способ правовой охраны (патент, заявка); действенность правовой охраны (охраноспособность в Республике Бела- русь и странах экспорта); срок действия исклю- чительных прав; объем исключительных прав; территория действия исключительных прав; наличие аналогов ОИС по результатам патент- ных исследований; 2. Научно-технический блок: уровень но- визны (изобретательский уровень); степень мо- рального устаревания; степень готовности ОИС к практическому использованию; возможные направления использования разработки; наличие аналогов продукта по результатам патентных исследований; технологические риски; 3. Экономический блок: потребность – по- тенциально востребованный рынком объем про- дукции, созданной на основе ОИС: ценность для потребителя; формы коммерческой реализации; стоимость ОИС и созданного на его основе про- дукта с учетом временного и ресурсного аспекта реализуемости; уровень коммерческого риска. Успешность коммерциализации ОИС для ин- новационного развития предприятия может быть оценена с помощью следующих показателей: – рентабельность ОИС (прибыль от использо- вания ОИС / затраты на ОИС, используемые в производственном процессе); – доля выручки от реализации продукции на основе ОИС в общей выручке от реализации ин- новационной продукции; – коэффициент внедрения разработок (доля новых внедренных разработок в общем числе разработок); – коэффициент технологической новизны (доля созданных принципиально новых разрабо- ток в общем числе (внедренных) разработок). 1. Валдайцев, С.В. Оценка интеллектуальной собственности: учебник // СПбГУ, экон. факультет; С.В.Валдайцев. – М.: ЗАО «Издательство «Экономика»», 2010. – 471 с. 2. Инновационное развитие: экономика, интеллектуальные ресурсы, управление знаниями: коллективная монография / Под ред. Б.З. Мильнера. – М.: Инфра – М, 2010., с. 340 – 347. 3. Конов Ю.П. Экономика интеллектуальной собственности: учебник для вузов / Ю.П. Конов, Л.П. Гончаренко. – Москва: Экономика, 2011. – 503 с. 4. Мухин, А.П. Коммерциализация научно- технических разработок / Учебно- практическое пособие / А.П. Мухин, Н.В. Арзамасцев, В.П. Ващенко, И.Д. Вер- шинин и др. — М.: АМиР, 2001. – 192 с. 5. Антонец В.Л., Нечаева Н.В., Хомкин К.А., Шведова В.В. Инновационный бизнес: формирование моделей коммерциализации перспективных разработок: учеб. пособие / под ред. К.А. Хомкина. – М.: Издательство «Дело» АНХ, 2009. – 320 с. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 454 УДК 006.9(075.8) ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА ИЗМЕРЕНИЙ КАК ЧАСТИ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА ОРГАНИЗАЦИИ Павлов К.А., Бояровская К.С. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь В современном мире для устойчивого успеха организации необходимо найти баланс между потребностями и ожиданиями потребителей и других заинтересованных сторон в течение длительного времени. Между тем устойчивый успех достигается за счет результативного менеджмента организации, путем познания среды организации, а также обучения и соответствующего применения улучшений и/или инноваций. [1] Идеология построения системы менеджмента устойчивого развития позволяет разрабатывать единую систему управления предприятием, которая не должна «привязываться» к требованиям определенных стандартов. Принципы работы системы менеджмента устойчивого развития позволяет учесть различные аспекты рынка, опираясь на культуру предприятия, капитал знаний его работников и другие ресурсы предприятия. [2] Одной из частей системы менеджмента организации является система менеджмента измерений (далее – СМИ), направленная на обеспечение выполнения метрологических требований при контроле показателей качества выпускаемой продукции. На территории Республики Беларусь действует гармонизированный государственный стандарт, содержащий требования к процессам измерений и измерительному оборудованию в рамках СМИ – СТБ ИСО 10012-2004 «Системы управления измерениями. Требования к процессам измерений и измерительному оборудованию». Также согласно плана государственной стандартизации Республики Беларусь был разработан государственный стандарт СТБ 2450-2016 «Система менеджмента. Менеджмент измерений. Анализ измерительных систем». Стандарт будет введен с 01.03.2017 г. Система менеджмента измерений – набор взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, необходимых для достижения метрологического подтверждения и постоянного управления процессами измерения [3]. Эффективная СМИ обеспечивает пригод- ность измерительного оборудования и процессов измерений для их предполагаемого исполь- зования и имеет большое значение для достижения целей в области качества продукции и благодаря снижению вероятности появления недостоверных результатов измерений. Цель СМИ состоит в управлении измерительным оборудованием и процессами измерений, позволяющем контролировать достоверность результатов измерений характеристик, влияющих на качество продукции. СМИ предусматривает проверку измерительного оборудования и применение статистических методов управления процессом измерений. При разработке системы менеджмента качества и ее подсистем руководствуются основными принципами менеджмента качества, одним из которых является процессный подход. Поэтому при разработке и внедрении СМИ как части СМК ее необходимо рассматривать как процесс измерения, направленный на обеспечение требуемого качества продукции, выпускаемой организацией. Модель СМИ, согласно положениям государственного стандарта СТБ ИСО 10012, представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Модель СМИ СМИ охватывает управление установленными процессами измерений и метрологическим подтверждением пригодности измерительного оборудования, а также процессами необходимого технического обслуживания измерительного оборудования. Измерительное оборудование и технические процедуры, используемые в СМИ, должны быть четко идентифицированы по отдельности или все вместе. Необходимо также идентифицировать статус метрологического подтверждения пригодности измерительного оборудования. Оборудование, имеющее подтверждение пригодности для использования только в определенном процессе измерений, должно быть четко идентифицировано для предупреждения Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 455 его несоответствующего использования. Идентификация измерительного оборудования, используемого в СМИ, должна отличаться от идентификации другого оборудования. Измерительное оборудование может иметь метрологическое подтверждение пригодности для использования в одних процессах измерений и не иметь такого подтверждения для использования в других процессах измерений из- за разницы в метрологических требованиях. Метрологические требования к измерительному оборудованию вытекают из установленных требований к продукции или оборудованию, которое должно пройти калибровку или поверку и иметь метрологическое подтверждение пригодности [4]. При разработке процесса измерения метрологические требования должны быть установлены на основании требований потребителя, организации, а также законодательных и обязательных требований, метрологических правил и норм. Для каждого процесса измерений должны быть определены соответствующие ему элементы и способы управления. Усилия, необходимые для управления процессом измерений, должны быть сопоставимы с важностью измерений характеристик качества готовой продукции. Примерами того, где уместна высокая степень управления процессом измерений, являются измерения, связанные с обеспечением безопасности продукции, или измерения, приводящие к существенному повышению расходов в случае их недостоверности. Данный пример определяет важность разработки и внедрения СМИ на предприятиях, выпускающих продукции, требования к которой регламентированы техническими регламентами Таможенного союза. Минимальное управление процессом измерений возможно для простых измерений некритических частей. Процедуры управления могут иметь общую форму для аналогичных типов измерительного оборудования и его применений, например, использование ручного инструмента для измерения размеров обрабатываемых деталей [4]. Несоответствующее измерительное оборудо- вание и документация должны быть идентифицированы для предупреждения их неумышленного использования. При решении вопроса об области применения СМИ особое внимание следует уделить рискам, возникающим при несоответствиях измери- тельного оборудования и процессов измерений метрологическим требованиям, а также последствия этих несоответствий. Однако, несмотря на существующую в настоящее время информацию по разработке и внедрению результативной и эффективной СМИ как части СМК организации, в этой информации рассматривает каждую отдельную лабораторию как одно рабочее место, на котором выполняется одна определенная работа. Соответственно в такой СМИ прописываются только общие моменты, которыми и руководствуются лаборатории в своей работе. На самом деле в каждой из них есть своих особенности работы, которые не учитываются в СМИ. Так, например, лаборатории осуществляют калибровку или поверку оборудования, проводят испытания с целью утверждения типа, разрабатывают методики выполнения измерений и другие процессы, которыми необходимо управлять. [4] Таким образом для корректного формирования эффективной и результативной СМИ как части системы менеджмента и ее внедрения в деятельность лаборатории или организации необходимо руководствоваться не только положениями государственного стандартна СТБ ИСО 10012, но и учитывать требования законодательства Республики Беларусь в области обеспечения единства измерений, а также действующих на территории страны ТНПА, содержащих требования к характеристикам, процедурам метрологического контроля, процессам управления средствами измерений и методиками выполнения измерений или методов контроля. 1. СТБ ISO 9004-2010 «Менеджмент для достижения устойчивого успеха организации. Подход на основе менеджмента качества» 2. Николаев В.Е. «Системы менеджмента устойчивого развития» // Вестник качества.-2008.-№4. 3. СТБ ИСО 10012-2004 «Системы управления измерениями. Требования к процессам измерений и измерительному оборудованию». 4. СТБ 2450-2016 «Система менеджмента. Менеджмент измерений. Анализ измерительных систем». 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 456 УДК 338.242 (476) РОЛЬ ИННОВАЦИЙ В УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Ворошина Е.В. УО «Барановичский государственный университет» Барановичи, Республика Беларусь Современная экономика характеризуется резким обострением конкуренции товаро- производителей, которая вызвана процессами глобализации, свободой перелива капиталов и трудовых ресурсов, ростом диверсификации потребительских запросов, сокращением жизненного цикла товаров, резким усилением роли факторов НТП в обеспечении экономического роста, как отдельных субъектов хозяйственной деятельности, так и национальных экономик в целом. Деятельность хозяйствующих субъектов определяется преимущественно внешними факторами, прежде всего, факторами микросреды (потребностями и запросами потребителей, действиями конкурентов, условиями взаимодействия с поставщиками, посредниками, кредитно-финансовыми учреждениями, влиянием органов власти и средств массовой информации и т. п.), которые оказывают непосредственное влияние. На них влияют также факторы макросреды (социально- политическая, политико-правовая, экологическая, технологическая и другие ее составляющие), которые определяют общие «правила игры». В современных условиях инновации являются важнейшим фактором экономического развития. Инновации создают конкурентные преимущества отдельным странам и регионам на мировом рынке. Они представляют собой симбиоз трех основных составляющих устойчивого развития экономики: экономического роста, социального прогресса, охраны окружающей среды. Инновационное развитие – один из главных приоритетов экономической политики, проводимой в Республике Беларусь. Из госбюджета выделяются значительные ресурсы для финансирования научно-технических программ, поддержки предпринимательства, крупных инновационных проектов, создания элементов инновационной инфраструктуры, подготовки кадров для инновационной деятельности. Современный научно-производственный потенциал Республики Беларусь в состоянии создавать и реализовывать инновации практически по всей номенклатуре технологий, продукции и услугам, которые востребованы на отечественном и зарубежных рынках. Затраты на технологические инновации в 2010 году составили 2793,3 млн. руб., 2011 году – 8763,7 млн. руб., 2012 году – 7937,5 млн. руб., 2013 году – 9986 млн. руб., в 2014 году – 10281,9 млн. руб., в 2015 году – 10616,7 млн. руб. Удельный вес отгруженной инновационной продукции в общем объеме отгруженной продукции составил в 2010 году – 14,5 %, в 2011 году – 14,4 %, в 2012 году – 17,8 %, в 2013 году – 17,8 %, в 2014 году – 13,9 %, в 2015 году – 13,1 %. Внутренние затраты на научные иссле- дования и разработки в 2010 году составили 1140,6 млн. руб., в 2011 году – 2081,9 млн. руб., 2012 году – 3537,8 млн. руб., 2013 году – 4372,3 млн. руб., в 2014 году – 4073,1 млн. руб., в 2015 году – 4495,4 млн. руб.[2]. В сложившихся условиях формирование эффективной системы оперативной адаптации к изменениям ситуации на рынке с целью выявления наиболее перспективных сфер и видов производственно-сбытовой деятельности (с опорой на инновации) является одной из важнейших задач хозяйствующих субъектов. Проблемы анализа потенциала инновационного развития хозяйствующих субъектов и оценки рыночных возможностей исследовались в работах отечественных и зарубежных ученых, в частности, И. Ансоффа, П. Друкера, М. Портера и многих других. Однако практически не исследованными остались вопросы согласования взаимодействия инновационного и производственного потенциала предприятий с рыночным в процессе анализа и выбора направлений инновационного развития рыночных возможностей. Инновационная деятельность имеет шансы на успех лишь при наличии и согласованном взаимодействии: − рыночного потенциала, как способности рынка воспринимать инновации определенного типа и направленности; − инновационного потенциала предприятия, как возможности воплощения достижений науки и техники в конкретные товары, способные удовлетворять запросы потребителей; − производственно-сбытового потенциала, как способности предприятия разработать, произвести и продвигать инновации на рынке. Необходимость комплексного рассмотрения рыночного, инновационного и производственно- сбытового потенциалов косвенно подтвержда- ется известными иностранными специалистами, например, Робертом Г. Купером, который Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 457 отмечает следующие главные неудачи товарных инноваций: − недостаточная рыночная ориентация; − несоответствие темпов разработки нового товара темпам изменения потребностей потребителей (вследствие технических проблем, неточного планирования, плохой организации и контроля); − низкое качество товара (вследствие недостатков, допущенных на этапах разработки товара); − недостаточная предыдущая подготовка и проработка мероприятий по организации производства нового товара; − недостаточная дифференциация товаров, стремление следовать за лидерами рынка, отсутствие собственных «изюминок»; − технические проблемы при разработке и производстве; − недостаток времени, средств, кадров (разработчиков, производственников, менедже- ров) и других ресурсов. Решения о целесообразности выполнения конкретных управленческих действий должны приниматься на основе анализа и оценки достаточности рыночного, инновационного, производственно-сбытового потенциалов, а также степени их соответствия друг другу. Возможны следующие варианты, расположенные в порядке снижения шансов на успех [1, с. 114]. 1. Имеются все условия для инновационного развития, поскольку рыночный, инновационный и производственно- сбытовой потенциалы являются достаточными. 2. Состояние производственно-сбытового потенциала свидетельствует о неспособности хозяйствующего субъекта разработать, изготовить и продвигать инновации на рынке. Нужно выполнить проверку способности и экономической целесообразности технического переоснащения производства, подготовки и обновления кадров, реформирования сбытовой сети и системы стимулирования сбыта. В случае нецелесообразности анализируемый вариант инновационного развития нужно исключить из рассмотрения. 3. Состояние инновационного потенциала свидетельствует о невозможности воплощения достижений науки и техники в конкретные товары, которые способны удовлетворять запросы потребителей. Необходимо выполнить проверку возможности и экономической целесообразности стимулирования творческой активности работников, финансирования научно- исследовательских работ, привлечения к работе высококвалифицированных специалистов и т. п. В случае нецелесообразности анализируемый вариант инновационного развития нужно исключить из рассмотрения. 4. Состояние инновационного и производственно-сбытового потенциалов является неудовлетворительным. Однако рынок готов воспринять инновации. Для приведения в соответствие инновационного и произво- дственно-сбытового потенциалов рыночному необходимо привлекать инвестиционные ресурсы, что требует очень убедительных обоснований и является довольно проблематичным. 5. Состояние рыночного потенциала неудовлетворительно, поскольку отсутствует спрос (фактический или потенциальный) на новую продукцию. Необходимо проверить возможность и экономическую целесообразность формирования и стимулирования спроса. Если результаты проверки неудовлетворительные, то анализируемый вариант следует исключить из дальнейшего рассмотрения. 6. Отсутствует спрос на новую продукцию, хозяйствующий субъект неспособен ее разработать, изготовить и продвигать на рынке. Однако инновационный потенциал является достаточным. При данной комбинации факторов вариант инновационного развития можно реализовать только путем привлечения инвестиций, но для этого у инвесторов должны быть очень серьезные стимулы: высокая норма прибыли, завоевание перспективного рынка и т. п. Реализация варианта довольно проблематична. 7. Вариант реализовать практически невозможно, поскольку отсутствует спрос на новую продукцию, а хозяйствующий субъект неспособен воплотить достижения науки и техники в новые товары, которые способны удовлетворить запросы потребителей. Вариант исключить из дальнейшего рассмотрения. 8. Условий для реализации анализируемого варианта инновационного развития нет (как внешних, так и внутренних). Представленные варианты соответствия потенциалов могут быть использованы как методическая помощь при оценке шансов на успех конкретных вариантов инновационного развития конкретных субъектов хозяйственной деятельности. 1. Научные основы маркетинга инноваций: монография в 3 т. Том 1. / под ред. д-ра экон. наук, профессора С.Н. Ильяшенко. – Сумы: ООО «Печатный дом «Папирус», 2013. – 279 с. 2. Государственный комитет по науке и технологиям [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gknt.gov.by/opencms/opencms /ru/innovation/ – Дата доступа: 10.09.2016. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 458 УДК 338.012 ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ Подобед Н.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Вопрос оценки конкурентоспособности пред- приятий и организаций обычно рассматривается в контексте успешной реализации продукции. При этом не учитывается аспект совершенство- вании бизнес-процессов, способствующий ми- нимизации транзакционных расходов. В оценке конкурентоспособности современного предприя- тия практически не используется коэффициент инновативности, характеризующий способность осуществлять изменения в своей деятельности на основе внедрения новых элементов. В практике оценки конкурентоспособности объекта широко используются четыре основные группы методов: матричные, продуктовые, эф- фективной конкуренции и комплексные. Матричные методы предполагают анализ матрицы, построенной по принципу системы координат. Главный критерий конкурентоспо- собности – доля рынка. Преимущества методов данной группы – высокая адекватность оценки. Недостатки – требование наличия большого объ- ема достоверных данных за ряд лет. Продуктовые методы базируются на равен- стве понятий конкурентоспособности товара и предприятия. Как правило, находится соотноше- ние цена — качество. Данная группа методов применима для оценки конкурентоспособности естественных монополий. Главным недостатком является отождествление конкурентоспособно- сти предприятия и товара, что неверно, т.к. поня- тие конкурентоспособность предприятия значи- тельно шире. Методы, основанные на теории эффектив- ной конкуренции учитывают разносторонние ас- пекты деятельности предприятия, делая упор на оптимальной организации бизнес-процессов. Данные методы активно применяются в разви- тых странах, где присутствует финансовая ста- бильность. В странах с транзитивной (конвер- гентной) экономикой использование данных ме- тодик затруднено из-за неразвитости отдельных элементов рыночной инфраструктуры. В данных условиях невозможно приравнять показатель конкурентоспособности предприятия к сумме возможностей (способностей) фирмы. Комплексные методы трактуют конкуренто- способность предприятия как интегральную ве- личину по отношению к текущей конкуренто- способности и конкурентному потенциалу. При этом учитывается не только достигнутый уро- вень конкурентоспособности фирмы, но и его возможную динамику в будущем. Дополни- тельно производится оценка конкурентного кли- мата. Недостатком данных методов является по- вторение способов и приемов, используемых при оценке текущей и потенциальной конкуренто- способности. Вместе с тем комплексные методы наиболее применимы для оценки конкуренто- способности предприятий в Республике Бела- русь, т.к. позволяют адаптировать имеющиеся приемы к особенностям учетной политики в нашей стране. За основу можно принять расчет комплекс- ного показателя конкурентоспособности по ме- тодике В.П. Еферина. Согласно этому методу комплексный показатель конкурентоспособности Кк определяется по пяти частным показателям: Кк = а1ОП + а2Поб + а3Рр + а4Др − а5Чп , где ОП – безразмерный показатель «объем продаж», Поб – безразмерный показатель «при- быль», Рр – безразмерный показатель «рентабельность реализованной продукции», Др – безразмерный показатель «доля рынка», Чп – безразмерный показатель «численность персонала», а1, а2, а3, а4, а5 – соответствующие коэффициенты значимости частных показателей, определяемые на основе опроса экспертов. При этом комплексный показатель конкурен- тоспособности организации может принимать значение от 0 до 1. Чем выше это значение, тем более конкурентоспособной является организа- ция. Оценка конкурентоспособности современ- ного предприятия на основе комплексных мето- дов может состоять из следующих основных этапов: -анализ внешней среды. Рассчитываются объемы потребления инновации, емкость рынка, конкурентный климат. -анализ внутренней среды. Рассчитываются основные экономические и маркетинговые пока- затели хозяйственной деятельности в динамике на основе годового отчета о прибылях и убыт- ках. Сравниваются интегральные показатели конкурентоспособности за несколько лет. -анализ инновационной продукции. Произво- дится АВС-XYZ анализ, рассчитывается соот- ношение цена-качество. -анализируются сильные и слабые стороны предприятия. Рассчитывается коэффициент ин- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 459 новативности. Проводится анализ по основным элементам комплекса маркетинг-микс в форме SWOT-анализа. -обобщение полученных сведений. Учет вли- яния внешних факторов в форме PEST анализа. -разработка мероприятий по укреплению конкурентоспособности объекта в форме бизнес- плана инвестиционного проекта. -экономическое обоснование предложенных мероприятий с использованием элементов про- ектного подхода. -внедрение в производство одобренных руко- водством усовершенствований. Реализация зна- чительного числа мероприятий по укреплению конкурентной позиции возможна только с уче- том ряда соответствующих макроэкономических предпосылок. При возникновении негативных тенденций в развитии национального хозяйства должны приниматься оперативные меры по корректировке решений в области хозяйственной деятельности предприятия. Реализация данных этапов на практике не- возможна без современного программного обес- печения. Несмотря на то, что в последние два десятилетия развитие информационных техноло- гий происходило стремительными темпами, си- стема их внедрения, использования и модерниза- ции на предприятиях Республики Беларусь да- лека от совершенства, особенно на предприятиях традиционных отраслей экономики. Основой для внедрения современных про- граммных продуктов и минимизации бумажного документооборота на этапе оценки конкуренто- способности является наличие собственного сайта компании. Например, современные интегрированные ав- томатизированные системы управления взаимо- действием с клиентами (СРМ – системы) позво- ляют полностью автоматизировать оценку кон- курентоспособности, адаптировав ее под деятельность любого предприятия в условиях работы с конвергентной экономической систе- мой. В целом, задачи, которые в современных условиях решает Web-сайт, можно условно раз- делить на два направления: 1. PR-направление (Public Relations): реклам- ная функция, воздействие на аудиторию для создания положительного образа компании. 2. «Коммерческое» направление, ориентиро- ванное на повышение конкурентоспособности предприятия через сеть Internet. В «коммерче- ской» части информация должна быть значи- тельно более полной и подробной. Именно в «коммерческое» направление сайта можно внед- рить СРМ систему, позволяющую сформировать основные маркетинговые показатели для оценки конкурентоспособности предприятия. На рынке Республики Беларусь с каждым го- дом все больше предприятий внедряет CRM в свою деятельность и эти компании принадлежат разным отраслям экономики, что говорит об эф- фективности использования данной схемы. Оценка и повышение уровня конкурентоспо- собности предприятия имеет ряд теоретико-ме- тодологических проблем по причине многообра- зия способов и отсутствия единого алгоритма действий. К наиболее серьезным недостаткам необходимо отнести учет небольшого количе- ства факторов, отсутствие динамики рассчитыва- емых значений, высокая степень субъективности, недоступность объективных данных с помощью каких именно показателей был достигнут теку- щий уровень конкурентоспособности. Данные недостатки можно устранить только многосту- пенчатым исследованием на всех этапах оценки с использованием современного программного обеспечения. 1. Волков, А.В. Конкурентоспособность и устойчивость развития территории / А.В. Волков, П.П. Чуваткин // Экономика и управление. – 2013. – №3. – С. 67-70 2. Головачев, А.С. Интегральный подход к определению конкурентоспособности орга- низации / А.С. Головачев, О.В. Корсак // Актуальные проблемы науки XXI века: сб. науч. ст. молодых ученых / Минский ун-т управления. – Минск, 2014. – Вып. 3. – С. 20-24. 3. Квасникова В. В. Конкурентоспособность товаров и организаций. Практикум: учеб. пособие / В.В Квасникова, О.Н. Жучкевич. – Минск: Новое знание; М.: ИНФРА – М, 2013, – 184 с. 4. Лазаренко, А.А. Методы оценки конкурентоспособности / А.А. Лазаренко // Молодой ученый. – 2014, №1. – С. 374-377. 5. Пострелова, А.В. Оценка конкуренто- способности предприятия / А.В. Постре- лова, М.С. Маркин // Молодой ученый. – 2013. – №6. – С. 398-402. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 460 УДК 658.5(075.8) СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ Леутина Л.И. Академия управления при Президенте Республики Беларусь Минск, Республика Беларусь В условиях кризисных явлений в экономике особое значение приобретает совершенствование планирования, в частности бюджетного, финан- сового, внутрифирменного планирования, как метода противодействия негативным явлениям. В ходе исследования системы планирования на предприятиях были выявлены следующие ее недостатки: - существующая система планирования не со- вершенствуется; - при существующей системе планирования невозможно определить запас финансовой проч- ности, достоверно проводить сценарный анализ; - система планирования на предприятии не в состоянии эффективно реализовывать стратеги- ческую цель предприятия; - полностью отсутствуют элементы бюджет- ного планирования; - управление затратами не обособлено, оно входит в состав общей стратегии управления предприятием; - отсутствие механизмов контроля управле- ния затратами; - слабый учет результатов анализа; - отсутствие своевременной информации; - полномочия по принятию некоторых реше- ний работникам не делегированы. В качестве инструментария управления про- изводственным планированием необходимо внедрить систему управленческого учета, кото- рый позволит оперативно анализировать непо- средственно текущую деятельность, находить «узкие места», рассматривать специфические проблемы и принимать необходимые управлен- ческие решения. Управленческий учет – это система обеспече- ния информацией людей, работающих внутри организации, которые направляют и контроли- руют ее деятельность. Он служит инструментом, обеспечивающим поддержку процессов приня- тия решений, планирования, организации дея- тельности, побуждения и мотивации персонала, контроля и оценки текущего состояния. Управленческий учет существует в любой ор- ганизации, различаясь лишь глубиной детализа- ции и способом ведения. Он сосредотачивает внимание не столько на организации в целом, сколько на ее видах деятельности или отдель- ных сегментах. В управленческом учете готовится широкий круг разнообразных документов, формы и со- держание которых определяются руководством и которые ориентированы на конкретные потреб- ности менеджмента. Некоторые из них должны показывать, насколько хорошо работают подраз- деления или организация в целом (путем сравне- ния фактических и плановых данных). Другие содержат периодически получаемые данные о динамике важнейших показателей, таких как выручка, прибыль, использование производ- ственных мощностей, объемы производства. Аналитические документы могут рассматривать специфические проблемы, стоящие перед орга- низацией. Так как важной частью работы является пла- нирование, управленческий учет имеет четкую ориентацию на будущее. Данные для внутрен- него использования могут быть менее точными и не поддающимися проверке, но должны быть релевантными, т.е. соответствующими характеру решаемой проблемы, значимыми, существен- ными, важными. Для внешних отчетов необходима точность, требующая много времени и усилий, но боль- шинство организаций предпочитают иметь при- близительные данные сегодня, чем более точные завтра. Управленческий учет не является обязатель- ным: предприятие вправе вести его в макси- мально или минимально возможном объеме. В связи с эти главной проблемой становится не предоставление кому-то требуемых им данных, а определение и подготовка полезной для приня- тия решений информации. Преимущества системы управленческого учета следующие: - она написана конкретно "под предприятие"; - система гибкая и при необходимости легко адаптируется к новым процессам, возникающим в рамках осуществления основной деятельности; - она включает в себя как натуральные, так и финансовые показатели; - при должном внедрении системы все прин- ципы учета понятны сотрудникам и руководите- лям структурных подразделений, а промежуточ- ная отчетность используется ими для более эф- фективного решения повседневных задач. В управленческом учете формируется ин- формация для выполнения следующих трех ос- новных целей: 1. Составление периодической внутренней отчетности для управленческих решений. Она обеспечивает информацией решения, принимае- мые с определенной степенью регулярности. 2. Составление нерегулярных (специальных) отчетов для управленческих решений. В них Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 461 формируется информация для обеспечения ре- шений в ситуациях, которые возникают без определенной периодичности или представляют собой прецедент. 3. Составление внешней отчетности, предна- значенной для инвесторов, органов государ- ственной власти и других пользователей. В ряде случаев информация, полученная от внешней отчетности, может использоваться сторонними организациями, например, для принятия реше- ния о риске продажи в кредит, а не за наличный расчет. Важной задачей любого предприятия явля- ется управление затратами и себестоимостью, получение наибольшей прибыли. Один из путей для достижения этой цели - постоянно выявлять и сокращать издержки. Однако на основе бухгал- терской информации работать над сокращением издержек практически невозможно. Ведь бухгал- терский учет регистрирует все затраты по факту. Работа с затратами – одно из основных направлений управленческого учета. Система управления затратами включает в себя следую- щие элементы: - классификацию затрат; - учетную политику; - правила признания затрат; - правила распределения затрат по центрам финансовой ответственности; - распределение полномочий и ответственно- сти за элементы затрат и по уровням принятия решений. Для эффективного управления затратами необходимо разработать логичную схему расчета себестоимости, в которой учитываются все де- тали. Затем требуется создать "дерево" затрат. При этом затраты необходимо классифицировать так, чтобы их было удобно сравнивать между собой. Ведь если на одном уровне такого "де- рева" типов затрат слишком много и они разли- чаются между собой в десятки раз по абсолют- ным величинам, то учет будет неэффективным. Проанализировав, из каких затрат складыва- ется себестоимость товаров, работ, услуг на каж- дом уровне, можно определить, как сильно сни- жаются накладные расходы, как изменяется раз- ница между ними и маржинальной прибылью. В итоге с помощью управленческого учета можно сделать вывод об эффективности производства в целом и по отдельным его направлениям. Взаимосвязь финансового и управленческого учета выражается в управлении затратами на основе синтезированной информации бухгалтер- ской, финансовой, производственной информа- ции и данных системы управленческого учета. Это вызвано также и тем, что управление затра- тами, как правило, не обособлено, часто оно вхо- дит в состав общей стратегии управления пред- приятием. Управление затратами имеет широкую сферу действия. К нему относится, например, достижение цели снижения затрат в последую- щие периоды времени. Следует отметить, что планирование и контроль затрат тесно связаны с планированием объема продаж и прибыли. Например, желая увеличить объем продаж и, следовательно, прибыль организации, предприя- тие намеренно идет на увеличение затрат на ре- кламу и модернизацию продукции. Приступая к внедрению управленческого учета на предприятии, первым делом необхо- димо определить, кто возглавит эту работу. Необходимо выполнить три задачи: - разработать динамический метод расчета себестоимости и в дальнейшем применять его на практике; - разработать систему классификации ассор- тимента и подсчета затрат. Эта задача потребует провести инспектирование всех производствен- ных подразделений предприятия, чтобы изучить механизмы образования затрат на каждом участке, оценить их целесообразность и обосно- ванность; - создать компьютерную систему учета и ана- лиза данных о деятельности предприятия. При внедрении системы управленческого учета на предприятии следует решить, как бу- дет организовано ведение управленческого учета. Структурное подразделение, ответ- ственное за ведение управленческого учета, должно удовлетворять нескольким требованиям: информационная обеспеченность, методологи- ческая подготовленность, компетентность. Осуществив этапы внедрения управленче- ского учета, предприятие получит систему, го- товую к эксплуатации. Однако прежде, чем эта система начнет эффективно работать, необхо- димо опробовать ее на практике и, если нужно, внести определенные корректировки. И лишь после этого руководство предприятия сможет полноценно пользоваться плодами работы по внедрению системы управленческого учета. Внедрение управленческого учета позволит оперативно анализировать непосредственно те- кущую деятельность и принимать необходимые управленческие решения. Аналитические данные управленческого учета позволят рассматривать и специфические проблемы, стоящие перед пред- приятием и вовремя на них реагировать. Таким образом, совершенствование произ- водственного планирования, позволят опреде- лить резервы повышения эффективности дея- тельности предприятия. 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 462 УДК 948 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОЦЕНКИ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ Козленкова О.В. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь По своему составу информация, аккумули- рующаяся на предприятии, весьма разнообразна. Оценка же финансового состояния базируется на определенной информационной системе. По объему она должна содержать только те данные, которые необходимы для формулирования ре- зультатов анализа. Необходимость привлечения в организации капитала (включая иностранный капитал) для дальнейшего развития производ- ства, инфраструктуры и т. п. предопределило необходимость сближения отечественного учета и отчетности с международными стандартами. Естественно, что этот процесс невозможен без государственного участия. Некоторые шаги в этом направлении уже сделаны. С 1 января 2014 года вступил в силу Закон Республики Беларусь от 12 июля 2013 года № 57-З «О бухгалтерском учете и отчетности». Закон вводит основополагающие принципы, прописанные в Международных стандартах фи- нансовой отчетности (МСФО), на которых будет базироваться бухгалтерский учет: принцип начисления, непрерывности, преобладания со- держания над формой, соответствия доходов и расходов. Закон раскрывает основные каче- ственные характеристики отчетности, подчерки- вая важность профессионального суждения, вво- дит обязательность составления отчетности по МСФО для общественно значимых компаний. Таким образом, изменения в бухгалтерском балансе (содержание баланса во многом стало соответствовать МСФО), способствует повыше- нию аналитичности баланса. Однако, в связи с принятием вышеупомяну- того Закона, в котором впервые установлены качественные характеристики бухгалтерской (финансовой) отчетности и требования, предъяв- ляемые к ее составлению и представлению, госу- дарству и обществу придется пересмотреть свое отношение к бухгалтерской профессии. Совершенствование оценки финансового со- стояния предприятия должно идти по пути раз- работки новых моделей определения вероятно- сти банкротства предприятия. Вероятность банкротства предприятия — это одна из оценочных характеристик текущего со- стояния и обстановки на любом предприятии. Проводя анализ вероятности ежемесячно, руко- водство предприятия может постоянно поддер- живать вероятность на низком уровне. Регулирование системы банкротства на уровне государства играет важнейшую роль в работе аналитической службы, поскольку именно оно устанавливает «правила игры» в данной области, определяя критерии несостоя- тельности, критерии определения признаков фиктивного банкротства и проч. Однако, прежде чем проблема банкротства выйдет за стены предприятия, став публичной, его инсайдеры и потенциальные инвесторы должны оценить вероятность финансового краха и потери капиталов и на этой основе разработать план дальнейших действий. И здесь заслуживает внимания зарубежный опыт. Предсказание банкротства как самостоятель- ная проблема возникла в передовых капитали- стических странах (и в первую очередь, в США) сразу после окончания второй мировой войны. Этому способствовал рост числа банкротств в связи с резким сокращением военных заказов, неравномерность развития фирм, процветание одних и разорение других. Естественно, воз- никла проблема возможности априорного опре- деления условий, ведущих фирму к банкротству. Вначале этот вопрос решался на эмпирическом, чисто качественном уровне и, естественно, при- водил к существенным ошибкам. Первые серьез- ные попытки разработать эффективную мето- дику прогнозирования банкротства относятся к 60-м гг. Известны два основных подхода к предсказа- нию банкротства. 1. Первый базируется на финансовых данных и включает оперирование некоторыми коэффи- циентами: приобретающим все большую извест- ность Z-коэффициентом Альтмана (США), ко- эффициентом Таффлера, (Великобритания), и другими, а также умение «читать баланс». 2. Второй исходит из данных по обанкротив- шимся компаниям и сравнивает их с соответ- ствующими данными исследуемой компании. Кроме «количественных» подходов к пред- сказанию банкротства в качестве самостоятель- ного можно выделить «качественный» подход, основанный на изучении отдельных характери- стик, присущих бизнесу, развивающемуся по направлению к банкротству. Если для исследуе- мого предприятия характерно наличие таких ха- рактеристик, можно дать экспертное заключение о неблагоприятных тенденциях развития. Наиболее популярной в зарубежной практике диагностикой банкротства, который, возможно, следует «взять на вооружение» отечественным разработчикам и аналитикам, является много- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 463 мерный анализ американского экономиста Альт- мана, разработанный в конце 70-х гг. XX века. Им были исследованы 22 аналитических ко- эффициента, которые могли быть полезны для прогнозирования возможного банкротства. Из этих показателей он отобрал пять наиболее зна- чимых: — ликвидность (X1); — совокупная прибыльность (X2); — прибыльность (X3); — финансовая структура (X4); — уровень оборачиваемости капитала (X5). На основе данных коэффициентов и былао построено многофакторное регрессионное урав- нение. В общем виде индекс кредитоспособности (Z) имеет вид: Z = 1,2×X1 + 1,4×X2 + 3,3×X3 + 0,6×X4 + + 1,0×X5. Результаты многочисленных расчетов по модели Альтмана показали, что обобщающий показатель Z может принимать значения в пределах [–14, +22], при этом предприятия, для которых Z > 2,99 попадают в число финансово устойчивых, предприятия, для которых Z < 1,81 являются безусловно несостоятельными, а ин- тервал [1,81 < Z < 2,99] составляет зону неопре- деленности. По мнению Альтмана, с помощью пятифак- торной модели прогноз банкротства на горизонте в один год можно установить с точностью до 95%. При этом ошибка первого типа возможна в 6%, а ошибка второго типа — в 3% случаев. Спрогнозировать банкротство на горизонте в два года удается с точностью до 83%, при этом ошибка первого типа имеет место в 28%, а вто- рого — в 6 % случаев. В экономической литературе можно найти Z- схемы и других авторов, например Лиса, Таф- флера, четырехфакторную модель R, разработан- ную учеными Иркутской государственной эко- номической академии. Эти схемы — с несколько иными по экономическому содержанию показа- телями Х и корректирующими коэффициентами. Все это свидетельствует о том, что накоплен- ный за рубежом значительный опыт оценки фи- нансового состояния предприятий, позволяет на законодательном уровне разработать свою, оте- чественную схему оценки финансового состоя- ния предприятия. При этом следует обратить внимание, что нововведения следует применять очень осторожно. Механическое перенесение зарубежных концепций, слепое копирование опыта того или иного государства практически невозможно и зачастую ведет к негативным эко- номическим и социальным последствиям. В дан- ном случае необходимо учитывать такие фак- торы, как тип собственности, форма государ- ственного устройства, степень развития рыночных отношений и др. УДК 339 ВЛИЯНИЕ ТОРГОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА РАЗВИТИЕ ИННОВАЦИЙ Мацкевич С.А. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Инновации, которая включает в себя как со- здание и распространение продукции, процессов и методы, является важной частью создания но- вых источников роста экономики и благосостоя- ния населения, поскольку инновационная дея- тельность обеспечивает основу для создания и роста новых отраслей промышленности, пред- приятий, рабочих мест. Можно выделить следующие четыре типа ин- новаций: ● инновации продуктов, товаров или услуг, к которым относятся новые или значительно улучшенными по отношению к соответствую- щим характеристикам или использованию про- дуктов, товаров или услуги; ● инновации процессов и производства обеспечивают внедрение новых или значительно улучшенных методов и форм производства или логистики; ● маркетинговая инновации, представляющие собой внедрение новых методов маркетинга с значительными изменениями в дизайне продукта или упаковки, размещения продукта, продвиже- ние продукта или ценообразования; ● организационные инновации. Все нововведения должны содержать опреде- ленную степень новизны, которая может быть новой для предприятия, новой для соответству- ющего рынка или новой в международном мас- штабе.. Развитие торговой деятельности является од- ним из основных условий, которые могут инте- грировать инновации в сектор бизнеса и государ- ственного управления. Учитывая все более воз- растающую роль инновации в решении широкого спектра экономических и социальных вопросов, открытая политика в области тор- говли, обеспечивающая свободное проникнове- ние инноваций во все сферы деятельности обще- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 464 ства, является первостепенной задачей для госу- дарства и бизнеса. С одной стороны, торговая деятельность мо- жет служить платформой распространения зна- ний непосредственно или знаний воплощенных в товаре. С другой стороны, торговля влияет на стимулирование предприятий по отношению к инновационной деятельности, в том числе на управленческие навыки, качество труда и капи- тальные вложения, научные исследований, раз- работки и информационные технологии, струк- туру организации и другие виды деятельности за счет конкуренции и экспортных возможностей. Инновации имеет решающее значение для со- здания новых источников роста. Торговля явля- ется одним из основных условий, которое может укрепить инновации в бизнес сектор и сектор государственного управления. В большей сте- пени торговля влияет на рост инноваций тремя векторами: ● приток технологии за счет импорта, прямых иностранных инвестиций и непосредственно по- купки технологий; ● конкуренция; ● экспорт. Импорт и прямые иностранные инвестиции являются наиболее распространенными кана- лами внедрения технологий, которые применя- ются повсеместно. Импорт предоставляет предприятиям и орга- нам государственного управления доступ к ино- странным технологиям, может являться основой для инновационной продукции, инновационных процессов, маркетинговых и организационных инноваций. Прямые иностранные инвестиции служат для предприятий непосредственным ка- налом интеграции передовых технологий как от зарубежных производственных предприятий так и в обратном направлении. Импорт и прямые иностранные инвестиции могут влиять на субъ- ектов, в той же отрасли, предоставляя новые идеи от новых иностранных продуктов и от биз- нес-процессов. Кроме того, процесс торговли и прямые иностранные инвестиции, как правило, сопровождаются и нематериальными потоками знаний. Торговля технологиями, является еще одним важным каналом притока инноваций, хотя и со значительными вариациями в различных секторах. Импорт и прямые иностранные инвестиции, а также лицензирование технологий способствуют усилению конкурентных преимуществ и конку- ренции в целом. Влияние инновации на конку- ренцию можно рассматривать с двух резко кон- трастирующих сторон: с одной, конкурентное давление может работать как мотивация для компаний, чтобы повышать эффективность, а с другой стороны, конкуренция уменьшает доход- ность, с которой производят инвестиции в инно- вации. Тем не менее они не обязательно проти- воречат друг другу, а больше зависят от техноло- гических возможностей предприятий. В целом торговля в высококонкурентной среде способ- ствует повышению производительности эконо- мики, в том числе, путем смещения производств в сторону более эффективных, а также за счет улучшения отдельных процессов на предприятии. В свою очередь экспорт как фактор развития инноваций базируется на том, что экспортеры имеют более высокую производительность, чем не экспортирующие предприятия. А следова- тельно, позитивная роль экспорта на инновации и производительности, в том, что экспортирую- щие предприятия поддерживают привлекатель- ность продукции путем модернизации и иннова- ционных инвестиций, которые направлены на повышение производительности, уменьшение издержек фирм, изучения передового опыта. Таким образом, обращаясь к развитию торго- вой политики, три группы вопросов требуют пристального изучения и скорейшего внедрения: поглощающая способность, торговля либерали- зация и защита прав интеллектуальной собствен- ности. Преимущества технологии применения инно- ваций зависят не только от каналов распростра- нения, но и на поглощающей способности, как на уровне предприятия, так и на уровне государ- ства. Возможности в данном направлении не ограничивается уровнем квалификации рабочей силы или потенциала исследований и разрабо- ток, а в полном смысле, особенно на государ- ственном уровне, охватывают широкую полити- ческую повестку дня, включая политическую и экономическую стабильность, качество управле- ния и развитие инфраструктуры. Значительный рост производительности в ре- зультате односторонней или двусторонней либе- рализации торговли достижим в последователь- ности государственной политики на должном уровне и различных векторах. Также либерали- зация усиливает воздействие на формирование цен на импортные продукты, дает лучшие воз- можности для экспорта экспортерам, а также обеспечивает эффект развития инноваций под действием конкуренции. И, наконец, состояние законодательства и государственного регулирования защиты интел- лектуальной собственности улучшает проникно- вение и распространение технологий через раз- личные каналы, в том числе приток прямых ино- странных инвестиций и торговли технологиями. Защита интеллектуальной собственности имеет важное значение не только для инноваций, но и для международного распространения знаний, товаров, технологий. Стоит отметить, что в дан- ном вопросе проблемы обеспечение защиты ин- Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 465 теллектуальной собственности остается важным вопросом государственной политики для разви- тия экономики страны. 1. Балдин, К.В. Инвестиции в инновации: учебное пособие / К.В. Балдин, И.И. Передеряев, Р.С. Голов. - 2-е изд. – М.: "Дашков и К", 2010. – 238 с. 2. Боргоякова, Н.В. Экономическая оценка инвестиций: метод. указания / Н.В. Боргоякова. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т; ХТИ - филиал СФУ, 2010. – 20 с. 3. Орлова, Е.Р. Иностранные инвестиции в России: учеб. пособие / Е.Р. Орлова, О.М. Зарянкина. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Омега-Л, 2009. - 203 с. 4. Краснов С.А. Особенности международного движения капитала: прямые иностранные инвестиции // Труд и соц. отношения. – 2010, № 9. – С. 133-141. 5. Постановление Совета Министров Республики Беларусь и Национального банка Республики Беларусь от 11 декабря 2013 г. № 1061/17. Об утверждении стратегии привлечения прямых иностранных инвестиций в Республику Беларусь на период до 2015 года // Консультант Плюс: Беларусь [Электронный ресурс] / ООО «ЮрСпектр», Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. – Минск, 2014. – Дата доступа: 06.03.2014. 6. Kiriyama, N., “Trade and Innovation: Synthesis Report”, OECD Trade Policy Papers, No. 135, OECD Publishing. - 2012- http://dx.doi.org/10.1787/5k9gwprtbtxn-en. УДК 658 АНАЛИЗ РОЛИ СУБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ В ПОВЫШЕНИИ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ СЕКТОРА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В УНИВЕРСИТЕТАХ Дудко Н.А., Войтешонок М.А. Государственное предприятие «Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» Минск, Республика Беларусь Научные исследования сегодня уже не рас- сматриваются как нечто внешнее по отношению к процессу материального производства – сего- дня они составляют органически необходимый «нулевой цикл» производства, предшествующий непосредственному созданию практически каж- дого продукта. Анализ структуры и методологии современных научных исследований показывает, что поскольку конечные результаты решения той или иной научной проблемы в целом зависят от множества промежуточных этапов научной дея- тельности и структуры связей как внутри от- расли науки, так и за ее пределами, то должна иметь место некоторая общая стратегия управле- ния научно- исследовательским процессом, учи- тывающая не только специфику научной дея- тельности, но и процессы воплощения результа- тов исследований на практике. Вузовский сектор в нашей стране в настоящее время все чаще сталкивается с тем, что зачастую механизмы управления наукой не приводят к получению «конечного» результата в виде широ- комасштабного использования научных дости- жений в экономике и социальной сфере страны. Хотя сложившиеся система и механизмы управ- ления наукой ставят перед исследованиями раз- ных видов — фундаментальными, поисковыми, прикладными — цель получения конкретных результатов и отслеживают ее достижение. При этом нет единого механизма управления после- довательным преобразованием результатов фун- даментальных исследований в результаты поис- ковых исследований, результатов. Одной из основных проблем в научно-инно- вационной деятельности остается именно отсут- ствие действенных связей между участниками инновационного процесса, информационная не- прозрачность, низкая мотивация к разработке, финансированию и непроработанность механиз- мов коммерциализации инноваций. Принимая во внимание тот факт, что эффективность иннова- ционных процессов зависит не только от дея- тельности их участников, но и от того, как эти участники взаимодействуют друг с другом, необходимо обеспечить формирование такой инновационной инфраструктуры, которая смо- жет активизировать рынок исследований и раз- работок, определить их ориентацию на потреб- ности региона и создать эффективные связи между участниками инновационного процесса, что при своевременном и достаточном финанси- ровании обеспечит создание конкурентоспособ- ной продукции. В связи с этим наиболее актуальной задачей на ближайшую перспективу является развитие такой инфраструктуры инновационной деятель- ности в университетах, которая станет не от- дельной системой, предназначенной для реше- ния специфических задач университета в области инновационной деятельности, а будет также под- системой научно-исследовательского сектора университета, обеспечивая взаимодействие с 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 466 другими элементами системы (администрацией, факультетами, кафедрами), а также с выделен- ными системами на уровне государства (про- мышленность, академическая наука, органы гос- ударственного управления). Осуществление субъектами инновационной инфраструктуры системного сопровождения дея- тельности сектора исследований и разработок в университетах, позволит решить следующие важные задачи: − максимальное вовлечение сектора исследований и разработок в решение приклад- ных задач в соответствии со сформированными приоритетами деятельности университета; − создание и развитие механизмов и инстру- ментов, предназначенных для повышения эф- фективности выполнения исследований и разра- боток и привлечение к решению задач наиболее эффективных научных групп; − создание и развитие механизмов и инстру- ментов поддержки исследований, направленных на решение комплексных научно-технологиче- ских задач; − содействие коммерциализации результатов научно-технической деятельности; − интеграции созданной инфраструктуры в отечественную и международную систему ис- следований и разработок. Примечание: Статья подготовлена по материалам НИР «Разработка и совершенствование организаци- онно-экономических подходов, механизмов и инструментов, обеспечивающих неразрывную связь образовательного процесса с научными исследованиями, научно-технической и иннова- ционной деятельностью и направленных на раз- витие конкурентоспособного и эффективно функционирующего сектора вузовской науки» (№ г.р 20150586). УДК681 ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ КОРРЕКЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО КОМПЕНСАЦИИ ПРОБЕЛОВ ДОВУЗОВСКОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ I–II КУРСОВ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОГО ФАКУЛЬТЕТА Канашевич Т.Н., Шумская М.О. Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь Для осуществления качественной подготовки специалистов по большинству инженерных спе- циальностей, значимой является математическая подготовка студентов. Условием успешного овладения математическими знаниями в техни- ческом университете и соответственно в даль- нейшем специальными дисциплинами является качественная довузовская математическая подго- товка. В течение последних нескольких лет акту- альной остаётся проблема снижения качества довузовской подготовки по математике. Под «довузовской подготовкой» следует понимать совокупность предметных знаний и умений по программе вступительных испытаний в учре- ждения высшего образования. Анализ результатов централизованного те- стирования (ЦТ) по математике у поступивших на приборостроительный факультет за несколько последних лет свидетельствует о снижении уровня довузовской подготовки по математике (рисунок 1). Средние показатели ЦТ по математике у бу- дущих специалистов инженерного профиля на протяжении уже нескольких лет остаются в пре- делах 40 из 100 возможных баллов, а снижение этих показателей по сравнению с 2009 годом составляет более 27%. В связи с этим возникает необходимость компенсации недостатков дову- зовской подготовки на этапе обучения в техни- ческом университете. Рисунок 1. – Результаты централизованного тестирования (ЦТ) по математике у поступивших на приборостроительный факультет за несколько последних лет Сокращение сроков получения высшего образования, а соответственно времени на изучение дисциплин, снижение качества довузовской подготовки приводят к тому, что за первые два года обучения, по причине академической неуспеваемости, в том и числе и по математике, из БНТУ отчисляется около 12 % студентов [1]. 32 37 42 47 52 Секция 4. Управление производством и подготовка специалистов для приборостроительной отрасли 467 Большому риску отчисления подвержены те студенты, которым удалось пройти конкурсный отбор в силу несовершенства системы вступи- тельных испытаний. Они, по причине наличия пробелов в знаниях, объективно неспособны освоить образовательную программу по специ- альности в установленный срок. В настоящее время актуализируется необходимость раннего предупреждения и предотвращения академиче- ской неуспеваемости студентов приборострои- тельного факультета путём осуществления кор- рекционной работы по компенсации пробелов довузовской математической подготовки. Процесс коррекционной работы по компенса- ции пробелов в довузовской подготовке при изу- чении математики на приборостроительном фа- культете носит вспомогательный характер. Дан- ный процесс целесообразно осуществлять параллельно с основным процессом изучения дисциплины. При этом учебную программу и тематический план процесса компенсации недо- статков довузовской математической подготовки следует составить таким образом, чтобы обеспе- чить своевременное качественное изучение со- держания учебной дисциплины по программе учреждения высшего образования. Поскольку выявить пробелы в математиче- ской подготовке по документам, предъявляемым при поступлении в учреждение высшего образо- вания, не предоставляется возможным, необхо- димо осуществить специальную диагностику. Её результаты будут полезны для составления про- граммы и тематического плана коррекционной работы. Такую диагностику целесообразно организо- вать, провести и обработать в течение первой учебной недели. Наиболее продуктивным мето- дом в этом случае, с точки зрения демонстрации актуального (существующего на данный момент) уровня подготовки студентов по математике, и информативным, с позиции обработки результа- тов выполнения, является контрольная работа. Диагностическая контрольная работа должна включать такое количество заданий, которое возможно выполнить за 80 минут и которое поз- волит выявить существенные недостатки в под- готовке к изучению дисциплины на приборо- строительном факультете. При проверке данной работы нужно учесть правильность выполнения задания, характер и вид допущенных ошибок, их влияние на изучение математики в I семестре. Полученные результаты целесообразно диф- ференцировать по двум уровням:  допустимый, позволяющий студенту са- мостоятельно осознать и усвоить предлагаемый для изучения новый материал;  недостаточный, исключающий понима- ние и качественное изучение студентом дисци- плины без дополнительной помощи преподава- теля. На основании проведённой диагностики сту- дентам, чей уровень подготовки является недо- статочным, следует рекомендовать посещение дополнительных занятий. В ходе анализа результатов выполнения диа- гностической контрольной работы важно уста- новить, какие из недостаточно сформированных знаний и умений будут необходимы студентам в первую очередь при изучении дисциплины со- гласно учебной программе по специальности. В соответствии с этой информацией, определить тематику и её последовательность для занятий в рамках процесса компенсации пробелов довузов- ской математической подготовки. По итогам осуществления коррекционной работы следует снова провести диагностику и установить готов- ность студента к продолжению изучения дисци- плины. Реализация процесса компенсации недостат- ков довузовской математической подготовки на приборостроительном факультете предусматри- вает несколько взаимосвязанных этапов: аналитический, диагностический, коррекцион- ный, контрольный и рефлексивный. Каждый из этих этапов направлен на решение отдельных задач. Аналитический этап направлен на выявле- ние зависимостей построения учебных программ по математике для III ступени общего среднего образования и в техническом университете, установление взаимосвязи материала, изучен- ного на III ступени общего среднего образова- ния, и математического содержания, подлежа- щего изучению в техническом университете в течение I семестра. Диагностический этап предусматривает определение недостатков довузовской математи- ческой подготовки. В содержание данного этапа так же входит разработка диагностических мате- риалов для выявления актуального уровня дову- зовской математической подготовки студентов и собственно осуществление диагностики. Особое значение приобретает выявление «группы риска» среди студентов относительно успеваемости при изучении математики в техническом универси- тете. Коррекционный этап направлен на компен- сацию выявленных недостатков довузовской математической подготовки. На данном этапе осуществляется составление учебной про- граммы, тематического плана, учебно-тематиче- ской карты дополнительных занятий, разработка индивидуальных планов-графиков для студен- тов, входящих в «группу риска»; разрабатыва- ются справочные, дидактические и контрольные материалы для проведения коррекционной ра- 9-я Международная научно-техническая конференция «Приборостроение – 2016» 468 боты по компенсации недостатков довузовской подготовки. Контрольный этап предполагает выявление качества коррекционной работы, оценку готов- ности студентов из «группы риска» к изучению математики в техническом университете. Рефлексивный этап реализуется посред- ством анализа проведённой коррекционной ра- боты, оценки её качества, определения направ- лений и возможностей её совершенствования. Таким образом, раннее выявление и компен- сация недостатков довузовской математической подготовки студентов приборостроительного факультета позволит сформировать нужную основу для изучения ими специальных дисци- плин, что благоприятно скажется в перспективе на качестве квалификации специалистов в сфере приборостроения. 1. Канашевич, Т.Н. Прогнозирование академической успеваемости студентов 1–2 курсов как одно из актуальных направлений повышения качества высшего технического образования / Т.Н. Канашевич, М.О. Шумская // Профессиональное образование. – 2016. – № 2. – С. 26-31. 469 СОДЕРЖАНИЕ ПЛЕНАРНОЕ ЗАСЕДАНИЕ Шкадаревич А.П., Петрович И.П.. Рудиков С.И. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ………………………………………………… 5 Гуревич В.Л. РАЗВИТИЕ НОРМАТИВНОЙ ПРАВОВОЙ БАЗЫ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ………………….. 8 Крень А.П., Рудницкий В.А. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИНДЕНТИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ………………………………… 11 Жарин А.Л., Петлицкий А.Н., Воробей Р.И., Гусев О.К., Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Тявловский А.К. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФОТОСТИМУЛИРОВАННОЙ ЗОНДОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН……………………………………………………………………………………………… 12 Секция 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА БЕЗОПАСНОСТИ Алексеев В.А., Усольцев В.П., Юран С.И. СИСТЕМА ИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД ПРИРОДНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ…………………………………………………….….. 15 Антошин А.А., Нератова В.В., Есипович Д.Л., Джежора А.А. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ОБРАБОТАННОЙ ОГНЕЗАЩИТНЫМИ ПРОПИТКАМИ ДРЕВЕСИНЫ НА ЕЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОНИЦАЕМОСТЬ…………………………………………… 17 Баженов В.Г., Глейник К.А. ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ВНОСИМОГО СИГНАЛА ЦИФРОВЫМ ВИХРЕТОКОВЫМ ДЕФЕКТОСКОПОМ НА БАЗЕ МИКРОСХЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ…………………………………………………………………………………… 19 Баженов В.Г., Богдан Г.А., Грузин С.В. РЕКОНФИГУРИРУЕМАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА…………………………………………………………………… 21 Баринов А.А., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е., Рязанов А.В., Главный В.Г. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ЭЛЕМЕНТАХ ОБОРУДОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК…………………………………………………………………………………………… 22 Бобрикович А.А. Гусев О.К. КОМПЛЕКСНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АУДИОСИГНАЛОВ В СФЕРЕ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ……………………… 24 Бумай Ю.А., Куклицкая А.Г., Бернацкая М.Д., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. МОНИТОРИНГ МЕТОДИК УСКОРЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ СВЕТОДИОДОВ ТЕРМОГРАФАМИ С РАЗНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ…………………………………….. 26 Бусько В.Н. ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ…………………………… 28 Венцурик А.В., Безуглый М.А. УГЛОВАЯ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ФОТОМЕТРИЯ………………………………………………………………………………………… 29 Виленчиц Б.Б., Попов В.К., Шаронов Г.В. ВИХРЕВАЯ ГАЗОВАЯ ЛИНЗА……………………… 31 Волосатова Т.М. МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ УГРОЗ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОС РВ…………………………………………………………………………… 33 Вонсевич К.П., Безуглый М.А. ОСОБЕННОСТИ БИОНИЧЕСКОГО ПРОТЕЗИРОВАНИЯ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ………………………………………………………………………… 36 470 Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И., Костина Г.А., Буйневич М.В. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ…………………………………………………. 38 Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И., Костина Г.А., Буйневич М.В. ШИРОКОДИАПАЗОННЫЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В СИСТЕМАХ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ……………………………………………………………………………………….. 40 Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ………... 42 Гайдук Ю.С., Гуляева Н. М., Савицкий А.А., Соколов А.В. ОДНОЭЛЕКТРОДНЫЕ ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ WO3–In2O3…………………………………………… 44 Гусев О.К., Жарин А.Л., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Воробей Р.И., Мухуров Н.И. АНАЛИЗ ВИЗУАЛИЗИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ……………………………………………………………………………………... 46 Джилавдари И.З., Ризноокая Н.Н., Инсарова Н.И. УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ГРАВИТАЦИОННЫХ МОМЕНТОВ С НЕСИММЕТРИЕЙ………………………………………………………………… 48 Дудчик Ю.И., Хилько Г.И., Кучинский П.В., Новик А.Н., Новик М.И., Белый И.В., Крекотень О.В. СКАНЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В ОБРАТНО- РАССЕЯННЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ…………………………………………………….. 50 Жарин А.Л., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Воробей Р.И., Гусев О.К., Пилипенко В.А., Петлицкий А.Н. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ЗОНДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ФОТОЭДС……………………………………………. 52 Жидкевич В.И., Матышев С.А. МОДЕРНИЗАЦИЯ АППАРАТА ИМПУЛЬСНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ТЕРАПИИ СЕТА-Д…………………………………………………………… 54 Журавок А.А., Сернов С.П. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИГНАЛЬНЫХ ФОНАРЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ…………... 56 Зайцев Е.А., Левицкий А.С., Сидорчук В.Е. ПРИМЕНЕНИЕ ЛЧМ-МОДУЛЯЦИИ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ……………………………………………………………………. 58 Зайцева Е.Г., Кислюк А.А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА РАКУРСОВ ПРИ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ…………………………………….. 60 Здоровцев С.В., Кушнеров Д.П., Паршков А.В., Сушко В. А. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЙ…………………….. 62 Ивлев Ю.П., Черневич О.В., Лущик А.П., Штых А.А. СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ…………………………………………………… 64 Исаев А.В., Кривицкий П.Г., Голубев А.А., Безлюдов А.А. ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО НАПРАВЛЕНИЮ «МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ»……… 66 Исаев А.В., Кривицкий П.Г., Голубев А.А., Безлюдов А.А. 32-РАЗРЯДНЫЙ МИКРОКОНТРОЛЛЕР STM32 И ARDUINO IDE………………………………………………… 68 Катковский Л.В., Станчик В.В., Крот Ю.А., Беляев Ю.В., Доморацкий А.В., Силюк О.О., Литвинович Г.С. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «КАЛИБРОВКА» ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ НАЗЕМНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ……………………………………………. 70 Кицак А.И., Лущик А.П., Есипович Д.Л., Волков С.А., Конон В.Н., Кавальчук И.В., Протасевич О.А., Третьяк И.Б. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЛАЗЕРНОГО ДЫМОВОГО-ГАЗОВОГО СО ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ………………………………………………………………………………………… 72 471 Козлова Т.А., Шелухин К.А., Хатько В.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ГАЗОВОГО СЕНСОРА……….. 74 Кожевников Д.А., Нупрейчик А.О., Фёдорцев Р.В., Старосотников Н.О. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА……………………………………………………………………… 76 Кольчевская М.Н. , Кольчевская И.Н. ПРОГРАММНО-АПАРАТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС TIME CATCHER……………………………………………………………………… 78 Кольчевский Н.Н., Петров П.В., Хилько Г.И., Дудчик Ю.И. МИКРОСКОПИЯ НА ОСНОВЕ ПРЕЛОМЛЯЮЩИХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛИНЗ……………………………………………….. 80 Кривицкий П.Г., Матюшевский В.М., Оксенчук И.Д. ЦИФРОВОЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП…………………………………………………………………………….. 82 Ксенофонтов М.А., Поляков А.В. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТОВОЛОКОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ…………………………………... 84 Кухаренко Н.А., Фирман М.Г. НОВЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, СОЗДАННЫЕ ОАО «МНИПИ»……………………………………………………………………………………………….. 87 Куц Ю.В., Лысенко Ю.Ю., Дугин А.Л. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ ИМПУЛЬСНОГО ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ…………………………….. 88 Лисенков Б.Н., Грицев Н.В. МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ МАТРИЧНЫМ КОММУТАТОРОМ…. 90 Малютин Д.М. ИНФОРМАЦИОННО ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОРСКИХ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ С САМОНАСТРОЙКОЙ ПАРАМЕТРОВ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА…………………………………………………………………………….. 92 Медведев Н.В., Чичварин Н.В. МЕТОД И СРЕДСТВО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ АТМОСФЕРНЫХ И КВАНТОВЫХ КРИПТОГРАФИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ…………………………………………….. 94 Микитевич В.А., Пантелеев К.В., Жарин А.Л. МАЛОГАБАРИТНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ……………………………….. 97 Мисюкевич Н.С. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ……………………………………………………………………… 99 Мисюкевич Н.С., Мисюченко И.Р. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА БАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ…………………………….. 101 Невдах В.В., Антошин А.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ С РАЗНЫМИ УСЛОВИЯМИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ……………………………... 103 Орехов К.А., Кулешов Н.В. ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА ND:YAG С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ И ПАССИВНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ……………………………………………………………………………………… 105 Пантелеев К.В., Свистун А.И., Жарин А.Л. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СИГНАЛА ОТ ПОТЕНЦИАЛА КОМПЕНСАЦИИ В МЕТОДЕ КЕЛЬВИНА-ЗИСМАНА………………………………………………………………………………. 106 Пантелеев К.В., Тявловский А.К., Жарин А.Л. УПРАВЛЕНИЕ РАССТОЯНИЕМ МЕЖДУ ОБКЛАДКАМИ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА В МЕТОДЕ КЕЛЬВИНА– ЗИСМАНА………………………………………………………………………………………………. 108 Пантелеев К.В., Дубаневич А.В., Жарин А.Л., Кравцевич А.В., Шашура Л.И. ИЗМЕРЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЦИФРОВЫМ ЗОНДОМ КЕЛЬВИНА………………………………………………………………. 110 Плиговка А.Н., Луферов А.Н., Горох Г.Г. ТЕРМОРЕЗИСТИВНАЯ СИСТЕМА СВЧ ВАТТМЕТРА НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ НИОБИЕВЫХ НАНОСТОЛБИКОВ…………….. 112 472 Попечиц В.И. СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЦВЕТОКОНТРАСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИЗУАЛИЗАТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ РАСТВОРОВ КРАСИТЕЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ КИСЛОТНЫЕ ДОБАВКИ………………………………….. 115 Распопов В.Я. ИНДИКАТОРНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР НА ВОЛОКОННО- ОПТИЧЕСКОМ ГИРОСКОПЕ………………………………………………………………………. 117 Савкова Т.Н., Кравченко А.И., Колесник Ю.Н. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ……………………………………………….. 118 Сапегин А.Н., Норенко М.В. БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ Н А В И Г А Ц И О Н Н А Я С И С Т Е М А Н А О С Н О В Е П Р Е Ц И З И О Н Н Ы Х МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ………………………………………………………….. 120 Сернов С.П., Балохонов Д.В. ДЕТАЛИ ВТОРИЧНОЙ ОПТИКИ АДАПТИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СВЕТОДИОДОВ…………………………………………… 122 Скурту И.Т, Ерошенко А.С., Брановицкий И.И. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ. ЧАСТЬ 1. МЕТОДИКА……………………. 124 Скурту И.Т, Ерошенко А.С., Брановицкий И.И. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ. ЧАСТЬ 2. ПРИБОР………………………… 126 Смирнов А.Г., Рыжевич А.А., Ясинский В.М., Лепченков К.В. УСТАНОВКА ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И МЕДИЦИНЫ………………………………………………………… 127 Соломатина О.А., Павловский А.М., Лакоза С.Л. БЕСПРОВОДНОЙ ДАТЧИК НА БАЗЕ МОДУЛЯ ESP8266…………………………………………………………………………………….. 129 Сопряков В.И., Полхутенко С.А. СПЕКТРОСКОПИЯ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ ВОЛЬТ- АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В ДИАГНОСТИКЕ КАЧЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ………………………………………………………... 131 Старосотников Н.О., Фёдорцев Р.В. МЕТОД СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ШУМОВ ФОНОВОГО СИГНАЛА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КООРДИНАТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ОЭП……………………………………………………. 133 Стасилович В.А., Фёдорцев Р.В. ОПТИМИЗАЦИЯ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ АДАПТИВНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕСКОПА……………….. 135 Суслов Е.Ф. СИСТЕМА ИМПУЛЬСНОГО ИМПЕДАНСНОГО КОНТРОЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ…………………………………………………………… 137 Ташматов Х.К., Музафаров А.Р. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УРОВНЯ ВОДЫ……………………………………………………………. 139 Усольцев А.В. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПОВЫШЕНИЯ СПОРТИВНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ…………………………………… 141 Усольцева А.В. ВИРТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БИОМАТЕРИАЛОВ…………………………………………………………… 143 Чернышев А.В. ВЛИЯНИЕ ВАРИАЦИЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ДВУХСЛОЙНОГО ОБРАЗЦА НА ФАЗУ ВНОСИМОЙ ЭДС НАКЛАДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ…………………………………………………………………………………. 145 Шведов А.П., Лихошерст В.В. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПО КРЕНУ ОБЪЕКТОВ………………………………………………………………………………. 147 Секция 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ Ананьин В.Н., Мирончик А.М., Мохнач М.В. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ………………………………………………………….. 150 473 Бем О.Т., Еременко В.С., Суслов Е.Ф. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИНОМИАЛЬНОЙ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ РЕГРЕССИИ……………….. 152 Будай А.Г., Гринчук А.П., Громыко А.В. АЛГОРИТМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫХ СИСТЕМ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ НА СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ……………………………………………………………………………………….. 154 Бумай Ю.А., Васьков О.С., Кононенко В.К., Нисс В.С., Керенцев А.Ф., Петлицкий А.Н., Рубцевич И.И. МЕТОДИКА НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ РАСТЕКАНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ И СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ……………………………………………………………………………………………… 155 Виленчиц Б.Б., Попов В.К. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ... 157 Волынец А.С., Галыго А.В. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НЭ РБ 26-15…………………………. 159 Врублевская Е.А., Спесивцева Ю.Б. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СМК СТРОИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ………………………………………………………………………………………... 161 Габец В.Л., Зубеня А.А. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ………………………………………………………………………………… 163 Громыко А.В., Романов А.Ф., Ходасевич А.И., Чернобай И.А. МЕТОД КОМПЕНСАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГЕОРАДАРНОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ………………………………………………………… 165 Гулис И.М., Купреев А.Г., Демидов И.Д. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕДУРЫ СПЕКТРАЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ МОНОХРОМАТОРА ИЗОБРАЖЕНИЯ С ВЫЧИТАНИЕМ ДИСПЕРСИИ…………………………………………………………………………………………… 168 Демеш М.П., Гусакова Н.В., Кисель В.Э., Ясюкевич А.С., Кулешов Н.В. Nd3+:Ca10Li(VO4)7 ЛАЗЕР С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ………………………………………………………………….. 170 Джежора А.А., Рубаник В.В. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ……… 172 Джежора А.А., Чернов Е.А., Свистунов Б.Л., Царенко Ю.В. ДАТЧИК КОНТРОЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ…………………………………………………………………………………. 174 Дмитерчук Е.А., Соколовский С.С. НОРМАТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ……………………….. 175 Иванова Н.Н. ВОПРОСЫ ПСИХОФИЗИЧЕСКОГО ВОСПРИЯТИЯ ОБЪЕКТОВ В ОБЛАСТИ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ………………………………………………………………………… 178 Иванова Н.Н., Чувашева Е.В., Якушик Е.А. ВОПРОСЫ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ СООТВЕТСТВИЯ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ В СТРАНАХ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА……………………………. 180 Катковский Л.В., Мартинов А.О., Крот Ю.А., Бручковская С. И., Ломако А.А., Силюк О.О., Станчик В.В., Хомицевич А.Д. СОЛНЕЧНЫЙ СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТР ССП-600…………. 182 Крышнев М.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ПРИГОДНОСТИ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………. 184 Матюш И.И., Савкова Е.Н., Гайдаш Е.А. ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ СЛИЧИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ С ЦЕЛЬЮ ОЦЕНКИ КВАЛИФИКАЦИИ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ……………………………………………………………………………………….. 186 Миранович-Качур С.А., Пастухова С.А. ПРОВЕРКА КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРОЧНЫХ И КАЛИБРОВОЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ КАК ИНСТРУМЕНТ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………………………………………………………………… 188 Павленко Д.В., Сидоренко М.В., Лятуринский В.А. ТЕХНИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБЛАСТЯХ ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫХ ПОЛЕЙ………………………………………………………………... 190 474 Павлов К.А., Охрименко Е.О. ОЦЕНКА КОМПЕТЕНТНОСТИ ВНУТРЕННИХ АУДИТОРОВ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА…………………………………….. 192 Павлов К.А., Хемракулыев Д. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫХ ОСНОВ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ И ТУРКМЕНИСТАНА В ОБЛАСТИ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ………………………………….. 194 Петрусенко П.А., Шумская А.П. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБОК………………………………………………. 196 Письменский П.И., Сальников Ю.А., Новосельская О.А. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ БУМАЖНО- КАРТОННОЙ ПРОДУКЦИИ………………………………………………………………………… 198 Письменский П.И., Новосельская О.А., Сальников Ю.А. ПРИМЕНЕНИЕ ШКАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ В ОЦЕНКЕ СВОЙСТВ ПЕЧАТНЫХ ВИДОВ БУМАГИ………………………… 200 Проценко С.В., Воропай Е.С., Белкин В.Г. НЕПРЕРЫВНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ И ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ……………………………………………………………………………………………... 202 Савкова Е.Н., Астапчик О.С., Жиженко Е.О. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРА «ПЕРСОНАЛ» ПРИ ВЕРИФИКАЦИИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА В МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ………………………………………………………………………………………... 203 Савкова Е.Н., Карпиевич Е.Н. СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ В ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЭНТРОПИИ….. 205 Савкова Е.Н., Сернов С.П., Клевитская Е.Д. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВЕТОВОЗВРАЩЕНИЯ………………………………………………………… 207 Савкова Е.Н., Сутковский М., Жиженко Е.О. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОСТРАНСТВА КАК ЭФФЕКТИВНОЕ СРЕДСТВО ИССЛЕДОВАНИЙ КАЧЕСТВЕННЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТОВ……………………………………………………………………………………………... 209 Сентемова Д. В., Казакова Е.А. КАЛИБРОВКА ВЫСОКОТОЧНЫХ КАЛИБРАТОРОВ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ НАЦИОНАЛЬНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦЫ НАПРЯЖЕНИЯ – ВОЛЬТА № НЭ РБ 10-02………………………….. 211 Серенков П.С., Лесин А.С. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ НА ОСНОВЕ КЛАССИФИКАЦИИ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА……………………………………………………………………… 214 Серенков П.С., Мовламов В.Р. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ………………. 216 Серенков П.С., Гуревич В.Л., Навоев Я.Э. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РОБАСТНОСТИ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПУТЕМ МИНИМИЗАЦИИ МЕТОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТА…………………………………………………………………… 218 Серенков П.С., Иванова Н.Н. АНАЛИЗ ДОСТОВЕРНОСТИ ГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КАЧЕСТВА ОБЪЕКТОВ………………………………………………….. 220 Соколовский С.С., Азарёнок Ю.С. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМИЗИРОВАННЫХ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТА КВАЛИМЕТРИИ………………………………………………………………………. 222 Соколовский С.С., Малиновская С.Л. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ СТБ ISO/TS 16949……………. 224 Соломахо В.Л., Цитович Б.В. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НА БАЗЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ…………. 226 Спесивцева Ю.Б., Матюш И.И. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНТРОЛЬНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ…………………………………………………………….. 227 475 Хорлоогийн А.С., Астапчик О.С., Дубицкий Д.В. ТОЧНОСТЬ КООРДИНАТНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………………………………………………………………… 229 Янченко В.С., Ярмолович М.А. НЕЙРОННЫЕ СЕТИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ……………………………………………………. 231 Секция 3. ФИЗИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ, МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ Gorbachenya K.N., Kisel V.E., Yasukevich A.S., Tolstik N., Karhu E., Furtula V., Sorokin E., Maltsev V.V., Leonyuk N.I., Gibson U., Sorokina I.T., Kuleshov N.V. DIODE-PUMPED Er,Yb:GdAB LASER PASSIVELY Q-SWITCHED BY MBE-GROWN Cr:ZnS/Cr,Co:ZnS THIN FILMS……………………………………………………………………………………………………. 234 Kifle E., Mateos X., Loiko P.A., Yumashev K.V., Petrov V., Griebner U., Aguiló M., Díaz F. GRAPHENE Q-SWITCHED WAVEGUIDE LASER AT 1.83 μm………………………………… 236 Ostasevicius V., Tretsyakou-Savich Y., Minchenya V.T. INDIVIDUALIZATION OF HUMAN BLOOD CIRCULATION………………………………………………………………………………. 238 Rudenkov A., Kisel V., Yasukevich A., Hovhannesyan K., Petrosyan A., Kuleshov N. GAIN NARROWING FREE OPERATION OF CHIRPED PULSE REGENERATIVE AMPLIFIER BASED ON YB:LuAlO3 CRYSTAL…………………………………………………………………… 240 Wolkenstein S.S., Kerentsev А.F., Rubtsevitch I.I., Khmyl А.А. LASER PHOTOTHERMOACOUSTIC MICROSCOPY THRESHOLD OF SENSITIVITY TESTING…. 242 Zimmermann K., Lysenko V., Mintchenia W. PROCEDURE FOR DESIGNING OPTIMIZED ACTUATORS OF THE ROBOTS USING BIOLOGICAL OBJECTS……………………………. 244 Адашкевич С.В., Бакаев А.Г., Жигулин Д.В., Маркевич М.И., Стельмах В.Ф., Чапланов А.М., Щербакова Е.Н. СВОЙСТВА КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА……………………………………….. 246 Алешкевич Н.Н. Будай А.Г., Кныш В.П., Малый С.В., Наумович Н.М. Юбко А.П. ДВУХСЛОЙНЫЙ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ЭКРАН СВЧ ДИАПАЗОНА………….. 248 Ануфрик С.С., Володенков А.П., Зноско К.Ф. САМОСОГЛАСОВАННАЯ МОДЕЛЬ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПАРАХ РТУТИ………………………………………………. 250 Артамонов А.М., Хохлов Е.А. АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА К ПРОИЗВОДСТВУ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ФИЛЬТРОВ……………………………………………… 252 Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. СИНТЕЗ АДАПТИВНОГО РЕКУРРЕНТНОГО ФИЛЬТРА ПРИ КОМПЛЕКСИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ………………………………….. 254 Артюхина Н.К., Марчик В.А., Самусенко А.А. ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗЕРКАЛ………………………………………….. 256 Артюхина Н.К., Лещинская А.В. ОПТИЧЕСКИЕ КЛИНОВЫЕ ИМИТАТОРЫ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ…………………………………………………………………………………………………….. 257 Артюхина Н.К., Першин Д.И., Аль-Махмуд Шуаиб Хассан ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОЛЛИМАТОРНОГО ПРИЦЕЛА………………………………………………………………… 259 Артюхина Н.К., Самбрано Л.Ф., Власовец Н.С. ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЗАФОКАЛЬНОГО ТИПА…………………………………………………………………………… 260 Баев А.Р., Левкович Н.В., Коновалов Г.Е., Асадчая М.В., Стойчева И.В. ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ ПО ОБЪЕКТУ С НЕОДНОРОДНЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ СЛОЕМ…………………………………………… 262 Баев А.Р., Майоров А.Л., Митьковец А.И., Асадчая М.В. МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ В КАЧЕСТВЕ ОПТОАКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА В ТЕХНИЧЕСКОЙ АКУСТИКЕ……………………………………………………………………. 264 476 Блинкова Н.Г., Князев М.А. ОСОБЕННОСТИ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ В НЕМОДИФИЦИРОВАННОЙ МОДЕЛИ КАНА–ХИЛЛИАРДА……………………………... 266 Божко А.И., Бордусов С.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ КАТОДА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТИПА НА УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ЭФФЕКТОМ ПОЛОГО КАТОДА…………………………………………………………………………………………………. 268 Бокуть Л.В., Деев Н.А. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛА С МЕЖСИМВОЛЬНОЙ ППРЧ………………………………………………………... 270 Борздов А.В., Борздов В.М, Кучинский П.В., Сперанский Д.С. СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ТОКОВЫХ ФЛУКТУАЦИЙ В СУБМИКРОННОМ КРЕМНИЕВОМ ДИОДЕ………………. 272 Бумай Ю.А., Бобученко Д.С., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКОМ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОМОЩНЫХ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ…………. 274 Бумай Ю.А., Бринкевич Д.И., Харченко А.А., Лукашевич М.Г., Просолович В.С., Оджаев В.Б., Янковский Ю.Н. ТРАНСФОРМАЦИЯ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ ПЛЕНОК ФОТОРЕЗИСТА НА КРЕМНИИ ПРИ γ-ОБЛУЧЕНИИ И ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ….. 276 Бумай Ю.А., Васьков О.С., Кононенко В.К., Нисс В.С., Керенцев А.Ф., Петлицкий А.Н., Соловьев Я.А. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОСАДКИ КРИСТАЛЛОВ НА ПРИПОЙ И ЭВТЕКТИКУ В МОЩНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРАХ КП7209 В КОРПУСЕ ТО-254 МЕТОДОМ ТЕПЛОВОЙ РЕЛАКСАЦИОННОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ……………………………………………………………………………………. 278 Буслюк В.В., Оджаев В.Б., Панфиленко А.К., Петлицкий А.Н., Просолович В.С., Шведов С.В., Филипеня В.А., Черный В.В., Явид В.Ю., Янковский Ю.Н., Лановский Р.А. АНАЛИЗ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДОВ-ГЕНЕРАТОРОВ ШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА…………………………………………………………………………………………………… 280 Васильев А.С. , Ланин В.Л. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ В ЗАЗОРЕ МАГНИТОПРОВОДА……………………… 282 Вилейшикова Е.В., Лойко П.А., Хайдуков Н.М., Юмашев К.В. СПЕКТРАЛЬНО- ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО КРИСТАЛЛА Er:LiKYF5 ……………… 284 Вилейшикова Е.В., Лойко П.А., Юмашев К.В., Кулешов Н.В., Павлюк А.А. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ РОМБИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ Eu:Li2Mg2(MoO4)3………………… 286 Вилейшикова Е.В., Хорт А.А., Подболотов К.Б., Лойко П.А., Шиманский В.И., Юмашев К.В. СИНТЕЗ И СПЕКТРОСКОПИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ Eu:Lu3Al5O12 ДЛЯ КРАСНЫХ ЛЮМИНОФОРОВ………………………………………………………………... 288 Волкенштейн С. С., Керенцев А.Ф., Рубцевич И.И., Хмыль А.А. НОВАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ФОТОАКУСТИЧЕСКОЙ ИНТРОСПЕКЦИИ…………………. 290 Воробей Р.И., Гусев О.К., Свистун А.И., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И. ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР С ГЛУБОКИМИ МНОГОЗАРЯДНЫМИ ПРИМЕСЯМИ……………………………………………………………... 292 Гайдук Ю.С., Реутская О.Г., Савицкий А.А., Таратын И.А. ДАТЧИКИ ДИОКСИДА АЗОТА НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ WO3–In2O3………………………………………………………..... 294 Гацкевич Е.И. , Ивлев Г.Д. , Людчик О.Р. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЛЕНКАХ TiAlN ПРИ НАНОСЕКУНДНОМ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ………………………………………. 296 Горох Г.Г., Захлебаева А.И., Ткач А.Н., Реутская О.Г., Хатько В.В., Таратын И.А. ГАЗОВЫЙ СЕНСОР С НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ НА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ……………………………………………………………….. 298 Гундина М.А. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ОКРЕСТНОСТИ ТРЕЩИНЫ ОБЩЕГО ВИДА………………………………………………………………………………………... 300 477 Гусакова Н.В., Демеш М.П., Ясюкевич А.С., Кисель В.Э., Кулешов Н.В., Курильчик С.В., Ивашко А.М. НЕПРЕРЫВНЫЙ ТУЛИЕВЫЙ МИКРОЧИП ЛАЗЕР С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ, ИЗЛУЧАЮЩИЙ В ОБЛАСТИ 1,95 МКМ………………………………………… 302 Гусакова О.В., Шепелевич В.Г., Гусакова С.В. МИКРОСТРУКТУРА БЫСТРОЗАТВЕРДЕВШИХ СПЛАВОВ Bi – Sn – Ag…………………………………………….. 304 Гущик Р.Ю., Рыжковская Д.С., Хатько В.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИНКЛИНОМЕТРА ЕМКОСТНОГО ТИПА…………………… 306 Дернович О.П., Курильчик С.В., Кисель В.Э., Кулешов Н.В., Гурецкий С.А., Колесова И.М. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЛОЯ Er:KGdxYbyY(1-x-y)(WO4)2 ДЛЯ ПЛАНАРНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ ЛАЗЕРОВ……………………………………………….. 308 Дудяк А.И., Хвасько В.М. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ТОЛСТОСТЕННЫХ СОСТАВНЫХ ЦИЛИНДРОВ В ЭЛЕМЕНТАХ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ……………………………………………………………………………. 310 Жарин А.Л., Гусев О.К., Тявловский А.К., Свистун А.И., Качан Р.Ф., Дубаневич А.В., Колтунович Т. О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ………………………………………………………………………. 312 Жевняк О.Г. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАТВОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ В КОРОТКОКАНАЛЬНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРАХ……… 314 Иванов В.А., Черный В.В., Гременок В.Ф. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК PbSnS…………………………………………. 316 Киселев М.Г., Богдан П.С. К ВОПРОСУ О ВОЗМОЖНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОТРЕЗНОГО ДИСКА НЕПОСРЕДСТВЕННО ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ОПЕРАЦИИ РАСПИЛИВАНИЯ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ…………………………………………………………... 318 Киселев М.Г., Богдан П.С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОТРЕЗНОГО ДИСКА ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЕГО РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ……………………………………………………………………………………….. 320 Киселев М.Г, Дроздов А.В., Криничев В.С.,. Богдан П.С. ПОВЫШЕНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРОВОЛОЧНОЙ ВИТОЙ ПИЛЫ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЕЕ ПОВЕРХНОСТИ…………………………………………………………………. 322 Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г., Миранович А.С., Багдюн А.А. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ НА ЕЕ УДЕЛЬНУЮ ЕМКОСТЬ ПЛАЗМОЙ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА……………………………. 324 Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г., Миранович А.С. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВОГО ИМПЛАНТАТА С ЧАСТИЧНЫМ РЕГУЛЯРНЫМ МИКРОРЕЛЬЕФОМ ПРИ ЕЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ОБРАБОТКЕ……………………………………………………………………………………………. 326 Киселев М.Г., Дроздов А.В., Монич С.Г. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ НА ЕЕ СМАЧИВАЕМОСТЬ ПЛАЗМОЙ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА………………………………… 328 Климович И.М., Бурмаков А.П., Зайков В.А., Кулешов В.Н., Романов И.А. УПРАВЛЯЕМОЕ РЕАКТИВНОЕ МАГНЕТРОННОЕ НАНЕСЕНИЕ TiAlN ПОКРЫТИЙ……………………..... 330 Кожевников Д.А., Фёдорцев Р.В., Старосотников Н.О. МЕТОДЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ………………………………………. 332 478 Крупенкова Т.Г., Липницкий В.А. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВВЕДЕНИЯ БАЗОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ XTR…………………………………………………….. 334 Ксенофонтов М.А., Выдумчик С.В., Гавриленко О.О., Павлюкевич Т.Г., Чупрынский С.А. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ, ГЕРМЕТИЗАЦИИ И СКЛЕИВАНИЯ………………………………………… 336 Кузнецова T.A., Зубарь T.И., Чижик С.А., Мясоедов Е.Н., Лапицкая В.А., Мищак А., Лабуда В . ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИЕЙ И НАНОИНДЕНТИРОВАНИЕМ ТОНКИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ, СФОРМИРОВАННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ………………………………………………………………………………. 338 Курило В.С., Рудницкий А.С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО МЕТАМАТЕРИАЛА С ВАРАКТОРНЫМИ ДИОДАМИ………… 340 Луговой В.В., Луговой В.П. КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ СТАТИКИ И ДИНАМИКИ ГЛОБУСНОГО СТОЛА 5-КООРДИНАТНОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО СТАНКА С ЧПУ……………………………………………………………………………………….. 342 Манего С.А., Терентьев А.И. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ИСПЫТАНИЯ СВЕТОДИОДОВ С МАЛЫМ ТЕЛОМ СВЕЧЕНИЯ……………………………………………………………………. 344 Мельгуй М.А., Бурак В.А., Осипов А.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБОРОВ ИМА ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЛИТЕЙНОГО ЧУГУНА…………………………………………………………………………………………………. 346 Минченя В.Т., Савченко А.Л., Минченя Н.Т. СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ПРОВОЛОКЕ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА………………………………………………………... 348 Муравьёв А.В. ТЕРМОАБЕРРАЦИИ В ИНФРАКРАСНЫХ ДИОПТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТИВАХ И ИХ КОМПЕНСАЦИЯ…………………………………………………………… 350 Новицкий А.А., Шахлевич Г.М., Романов А.В. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ………………… 352 Павленко Д.В. РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ………………………………………………………….. 354 Павлюченко В.В., Дорошевич Е.С. МЕТОДЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ КОНТРОЛЕ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ ИЗ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ……………………………………………………. 356 Павлюченко В.В., Сычик В.А., Дорошевич Е.С. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ КОНТРОЛЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ…………………………………………………………… 358 Плескачевский Ю.М., Горох Г.Г., Казаченко В.П., Плиговка А. Н., Шилько С.В., Таратын И.А., Хатько В.В. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЭМС НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С МАТРИЦАМИ ИЗ ПОРИСТЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАНОСТРУКТУР……………………………………… 360 Развин Ю.В., Потачиц В.А. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООПТИКИ МИКРООБЪЕМОВ НЕМАТИЧЕСКИХ ЖК В ПРОСТРАНСТВЕННО ИНТЕГРИРОВАННЫХ МОДУЛИРУЮЩИХ СТРУКТУРАХ……………………………………………………………….. 362 Романчак В.М., Кондратьева Н.А. АППРОКСИМАЦИЯ СИНГУЛЯРНЫМИ ВЕЙВЛЕТАМИ…………………………………………………………………………………………. 364 Рыжевич А.А., Балыкин И.В., Мащенко А.Г., Лепарский В.Е., Хило Н.А. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ БЕССЕЛЕВЫХ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА…. 366 Савич В.В. НОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ – НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ………………………………………………. 368 479 Савченко А.Л., Минченя Н.Т., Минченя В.Т., Берхин Е.В. ИЗМЕНЕНИЕ УГЛА КОНТАКТА ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ЕГО КИНЕМАТИКОЙ ПОСРЕДСТВОМ ОСЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ……………………………………………………….. 371 Сандомирский С.Г. АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ СТАЛЕЙ НА ЧАСТНЫХ ПЕТЛЯХ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА ПРИ РАЗНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ……………………………………………………………………… 373 Свибович И.В., Курильчик С.В., Горбаченя К.Н., Кисель В.Э., Напрасников Д.А., Мальцев В.В., Леонюк Н.И., Кулешов Н.В. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИТТРИЙ- АЛЮМИНИЕВЫХ БОРАТОВ С ИОНАМИ Yb3+ И Er3+………………………………………… 375 Свирина Л.П. ФАЗОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЬЦЕВОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА В РЕЖИМЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ……………………………………………………………………. 377 Скопцов Н.А., Глазунов И.В., Лойко П.А., Маляревич А.М., Юмашев К.В., Дымшиц О.С., Жилин А.А., Алексеева И.П., Шемчук Д.В., Виткин В.В., Харитонов А.А. СПЕКТРАЛЬНО- ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИТАЛЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОКРИСТАЛЛЫ ОКСИДА ГАЛЛИЯ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ КОБАЛЬТА………………………………………………………………………………... 379 Степаненко Д.А. КОНЦЕНТРАТОРЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ОСНОВЕ НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ………………………………….. 381 Стрелюхин А.В., Осипов А.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАМАГНИЧИВАНИЯ ТОНКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ………………….. 383 Счастный А.С., Осипов А.А., Бурак В.А. ОЦЕНКА АНИЗОТРОПИИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ МЕТОДОМ……………………………………………………………………………………………… 385 Телеш Е.В., Вашуров А.Ю., Святохо С.В. ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖУРОВНЕВОГО ДИЭЛЕКТРИКА ПРЯМЫМ ОСАЖДЕНИЕМ ИЗ ИОННЫХ ПУЧКОВ………………………. 387 Телеш Е.В., Гуревич О.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ИОННО-ЛУЧЕВОГО РАСПЫЛЕНИЯ НА СТЕХИОМЕТРИЮ ПЛЕНОК ДИОКСИДА КРЕМНИЯ……………….. 389 Тявловский А.К., Жарин А.Л., Гусев О.К., Воробей Р.И., Тявловский К.Л., Пантелеев К.В., Микитевич В.А., Пилипенко В.А., Петлицкий А.Н. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ВИЗУАЛИЗИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ КАРТИРОВАНИИ ДЕФЕКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН……………………………………………………………. 391 Тявловский А.К., Жарин А.Л., Гусев О.К., Тявловский К.Л., Воробей Р.И., Дубаневич А.В., Жуковский П. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ЗОНДА С НЕОДНОРОДНО ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДИЭЛЕКТРИКА………………………………………………………………. 393 Филонова М.И., Кузнечик В.О., Семенкович В.П., Тищенко А.В. CОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВУСТОРОННЕГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДВОЯКОВЫПУКЛЫХ ЛИНЗ. 395 Хмыль А.А., Кушнер Л.К., Кузьмар И.И., Василец В.К., Дежкунов Н.В. ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА СВОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ……………………………………………………………………………………………. 397 Шепелевич В.Г. ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ БЫСТРОЗАТВЕРДЕВШЕГО СПЛАВА Bi – 38 мас. % Sn ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ЛЕГИРОВАНИЕМ СВИНЦОМ……….. 399 Щетникович К.Г., Бодяк Д.А. КИНЕМАТИКА ШАРИКА ПРИ КОНТРОЛЕ ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ……………………………………………………….. 401 480 Секция 4. УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ И ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ Хорлоогийн А.С., Серенков П.С. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФИЗИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ……………………………………………………………………………. 404 Купреева Л.В., Яковчик И.Ю. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ И ВНЕДРЕНИЮ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА В РАМКАХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОАО «АКТАМИР»……………………………………………………………………………………………… 406 Бондарев В.В. ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ…………………………………………………………. 408 Кондратьева Н.А., Романчак В.М. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КУРСОВЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИНФОРМАТИКА» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПСФ………………………………………………………………………………………………………... 410 Прихач Н.К., Прусова И.В. СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ КУРСОВ «ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА» И «ИНФОРМАТИКА» В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ……………. 412 Ленкевич О.А. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЗАТРАТАМИ КАК ЧАСТЬ ОБЩЕЙ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА ОРГАНИЗАЦИИ………………………………………………………………….. 414 Ляхевич А.Г., Мойсейчик Д.А. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН…………………………………………….. 416 Мелюшин П.В. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ SCIENCE_SCRUM……….. 418 Серченя Т.И. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫХ КОНКУРЕНТНЫХ ПРЕИМУЩЕСТВ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ…………………………. 420 Аносов В.М., Бондаронок А.А. ПРОБЛЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И РОСТА ПРИБЫЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА……………………………… 422 Макарская М.М., Венгурова Е.В. ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРЯМЫХ ИНОСТРАННЫХ ИНВЕСТИЦИЙ КАК ГЕНЕРАТОРА ЭКСТЕРНАЛИЙ В ЭКОНОМИКЕ…………………………………………………………………………………………. 424 Гурко А.И. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ В ЦИКЛЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ……………………………………………………………………………………………… 426 Людчик О.Р., Зайков В.А., Михей В.Н., Вишневская Е.В. ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ В СПЕЦПРАКТИКУМЕ ПО ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ…………………………………………………….. 428 Бондарев В.В. СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЙ БАЗЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТА ПО ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ…………... 430 Акунец В.П. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ………………………………………………………………………………………. 431 Аносов В.М., Уляй О.В. ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ФИНАНСОВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА……………………………………………………… 433 Витушко Е.А. МАРКЕТИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ – ОСНОВА УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ………………………………………………………………………………………………... 435 Лукьяненко А.Ю. ПОТЕНЦИАЛ ТОПЛИВНЫХ ЯЧЕЕК В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ... 437 Пищало Е.О. ИНЖИНИРИНГОВЫЕ ЦЕНТРЫ – ЧАСТЬ ИННОВАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОГО СЕКТОРА БЕЛАРУСИ…………….. 438 Третьякова Е.С. , Третьяков-Савич Е.С. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СИСТЕМЫ «MARKETING MIX» НА ПРЕДПРИЯТИЯХ…………… 440 481 Филипп К.Д., Соломко М.В. ИННОВАЦИОННЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ……………………………………………………… 441 Филипп А.Р., Жолнеревич И.И. УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕРКИ КРИТЕРИЯ НОРМАЛЬНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН……………………………………………………………………………. 442 Васичева В.А. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СТРАТЕГИЧЕСКИХ АЛЬЯНСОВ……………………… 444 Козлова Е.А. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ УНИВЕРСИТЕТА ЧЕРЕЗ УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ…………………………….. 446 Гурина Е.В. СИСТЕМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТЬЮ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СТРАНЫ…………. 448 Гурина Е.В., Пронин П.И. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОДВИЖЕНИЯ ПРОДУКЦИИ И УСЛУГ ПРЕДПРИЯТИЯ НА РЫНОК……………………. 450 Минько М.В. ОСОБЕННОСТИ И УСЛОВИЯ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ……………………………………………………... 452 Павлов К.А., Бояровская К.С. ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА ИЗМЕРЕНИЙ КАК ЧАСТИ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА ОРГАНИЗАЦИИ……………….. 454 Ворошина Е.В. РОЛЬ ИННОВАЦИЙ В УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ………………………………………………………… 456 Подобед Н.А. ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ…………………………………………………………………….. 458 Леутина Л.И. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ……………………………………………………………. 460 Козленкова О.В. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОЦЕНКИ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ………………………………………………... 462 Мацкевич С.А. ВЛИЯНИЕ ТОРГОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА РАЗВИТИЕ ИННОВАЦИЙ…. 463 Дудко Н.А., Войтешонок М.А. АНАЛИЗ РОЛИ СУБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ В ПОВЫШЕНИИ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ СЕКТОРА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В УНИВЕРСИТЕТАХ…………………………………………………………………………………… 465 Канашевич Т.Н., Шумская М.О. ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ КОРРЕКЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО КОМПЕНСАЦИИ ПРОБЕЛОВ ДОВУЗОВСКОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ I-II КУРСОВ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОГО ФАКУЛЬТЕТА…………………………………………………………………………………………… 466 Научное издание ПРИБОРОСТРОЕНИЕ-2016 Материалы 9-й Международной научно-технической конференции 23–25 ноября 2016 года Минск, Республика Беларусь Ответственный за выпуск А.К. Тявловский Оформление и компьютерная верстка Г.А. Костина Подписано в печать 11.11.2016. Формат 6084 1/8. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 56,03. Уч.-изд. л. 21,91. Тираж 140. Заказ 960. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.