Devices and Methods of Measurements (E-Journal) / Приборы и методы измерений
Not a member yet
490 research outputs found
Sort by
Вероятность ошибочной регистрации данных в однофотонном канале связи стирающего типа с приёмником на основе счётчика фотонов
Get PDFWhen measuring low-power optical signals, it is necessary to ensure the highest reliability of the received data, which is especially important for single-photon communication channels. This determines the expediency of using photon counters as receiving modules for such channels. They are highly sensitive, but are characterized by data recording errors. Therefore, the purpose of this work was to investigate the influence of the intensity of the registered optical radiation J0 during the transmission of binary symbols “0” on the probability of registering symbols “1” at the output of the communication channel in the presence of symbols “0” at its input P(1/0).The statistical distributions of the mixture of the number of dark and signal pulses at the output of the photon counter during the registration of binary symbols “0” Pst0 (N ) were determined. To do this, a technique was used to reduce information loss. As a result, the minimum probability P(1/0) was reached.The probabilities P(1/0) were calculated for a communication channel containing a photon counter as a receiving module. This calculation was carried out at different values of the supply voltage of the avalanche photodetector U and the intensity of the optical signal used to transmit the binary symbols “0” J0 .The experimental results showed that with increasing optical signal intensity J0 , the dependences P(1/0) on J0 initially remain almost unchanged and retain a constant value. However, with a further increase in J0 , there is a linearly increasing character of the dependences P(1/0) on J0 . Moreover, with other equal reception parameters, such a character of the dependences P(1/0) on J0 begins to manifest itself at higher intensities of the optical signal J0 with an increase in the supply voltage of the avalanche photodetector.При измерении маломощных оптических сигналов, передаваемых в каналах однофотонной связи, приёмные модули должны обеспечивать наибольшую достоверность принятых данных.В этой связи целесообразно использовать счётчики фотонов, которые являются высокочувствительными, однако характеризуются ошибками регистрации данных. Поэтому цель работы– исследовать влияние интенсивности регистрируемого оптического излучения J0 при передаче двоичных символов «0» на вероятность регистрации на выходе канала связи символов «1» при наличии символов «0» на его входе P(1/0).На основе методики уменьшения потерь информации определены статистические распределения смеси числа темновых и сигнальных импульсов на выходе счётчика фотонов при регистрации двоичных символов «0» Pst0 (N ), при которых вероятность P(1/0) минимальная.Определены вероятности P(1/0) для канала связи, содержащего в качестве приёмного модуля счётчик фотонов при различных значениях напряжения питания лавинного фотоприёмника Uпит и интенсивности оптического сигнала, используемого для передачи двоичных символов «0» J0 .Экспериментальные результаты показали, что с увеличением интенсивности оптического сигнала J0 зависимости P(1/0) от J0 вначале практически не изменяются и сохраняют постоянную величину. Однако при дальнейшем увеличении J0 имеет место линейно возрастающий характер зависимостей P(1/0) от J0 . Причём при прочих равных параметрах приёма такой характер зависимостей P(1/0) от J0 начинает проявляться при бо́льших интенсивностях оптического сигнала J0 с увеличением напряжения питания лавинного фотоприёмника
Метод повышения эффективности технологического процесса склейки линз и достоверная оценка выходных контролируемых параметров
Get PDFThe use of glued lens components in optical devices improves the image quality of telescopic and photographic lenses or inverting systems by eliminating a number of aberrations, and also reduces light losses in the optical system of the device. The traditional production process of lenses gluing involves the sequential execution of a set of technological operations and takes a significant period of time. The purpose of the research was to improve the accuracy and productivity of the technological process of lenses gluing by improving the optical system of the control and measuring device and automating the operation of lenses optical axes combining by introducing an electronic reference system and mechanisms for micro-movements of optical parts.A technique is proposed for centering of two and three-component optical blocks by an autocollimation flare which provides a matching accuracy of less than 0.5 μm. The possibility of constructive modernization of the classic ST-41 autocollimation microscope with parallel separation of the displayed output information in the visual and television channels is shown. An automated system for controlling of the process of convergence of autocollimation points in the device is proposed. Using software methods an electronic grid template is formed on the monitor screen, onto which images of autocollimation points are projected. The decentering value 2Δe is determined and a corrective control voltage is applied to three stepper motors and pushers for transverse movement of the glued optical part.Specialized software has been developed for automatically bringing the position of the autocollimating crosshair to the center of the measuring scale of the grid based on a combination of two methods of “least squares” and “successive approximation”. Compliance with a number of technological transitions and the accompanying control of geometric parameters make it possible to achieve greater accuracy in determining the eccentricity of the crosshairs of the aligned optical axes of the glued lenses. Применение в оптических приборах склеенных линзовых компонентов позволяет повысить качество изображения телескопических и фотографических объективов или оборачивающих систем за счёт устранения ряда аберраций, а также обеспечивает уменьшение световых потерь в оптической системе прибора. Традиционный производственный процесс склеивания линз предусматривает последовательное выполнение комплекса технологических операций и занимает существенный промежуток времени. Цель исследований заключалась в повышении точности и производительности технологического процесса склейки линз за счёт совершенствования оптической системы контрольно-измерительного прибора и автоматизации операции совмещения оптических осей линз путём введения электронной системы отсчёта и механизмов для микроперемещений оптических деталей.Предложена методика центрирования двух- и трёхкомпонентных оптических блоков по автоколлимационному блику, обеспечивающая точность совмещения менее 0,5 мкм. Показана возможность конструктивной модернизации классического автоколлимационного микроскопа СТ-41 с параллельным разделением отображаемой выходной информации в визуальном и телевизионном каналах. Предложена автоматизированная система управления процессом сведения автоколлимационных точек в приборе. Программными методами на экране монитора формируется шаблон электронной сетки, на которую проецируются изображения автоколлимационных точек, определяется величина децентричности 2Δe и подаётся корректирующее управляющее напряжение на три шаговых двигателя и толкатели для поперечной подвижки приклеиваемой оптической детали. Разработано специализированное программное обеспечение для автоматического сведения положения автоколлимационного перекрестия в центр измерительной шкалы сетки, основанное на сочетании двух методов – «наименьших квадратов» и «последовательного приближения». Соблюдение ряда технологических переходов и сопутствующий контроль геометрических параметров позволяют добиться большей точности при определении величины эксцентриситета перекрестия совмещаемых оптических осей
Автоматизированная система тепловой дефектометрии многослойных материалов на основе глубокого обучения
Get PDFCurrently, along with growth in industrial production, the requirements for product quality testing are also increasing. In the tasks of defectoscopy and defectometry of multilayer materials, the use of thermal nondestructive testing method is promising. At the same time, interpretation of thermal testing data is complicated by a number of factors, which makes the use of traditional methods of data processing ineffective. Therefore, an urgent task is to search for new methods of thermal testing that will automate the diagnostic process and increase information content of obtained results. The purpose of article is to use the advances in deep learning for processing results of active thermal testing of products made of multilayer materials and development of an automated system for thermal defectoscopy and defectometry of such products. The proposed system consists of a heating source, an infrared camera for recording sequences of thermograms and a digital information processing unit. Three neural network modules are used for automated data processing, each of which performs one of the tasks: defects detection and classification, determination of the defect depth and thickness. The software algorithms and user interface for interacting with system are programmed in the NI LabVIEW development environment.Experimental studies on samples made of multilayer fiberglass have shown a significant advantage of the developed system over using traditional methods for analyzing thermal testing data. The defect classification (determining the type) error on the test dataset was 15.7 %. Developed system ensured determination of defect depth with a relative error of 3.2 %, as well as the defect thickness with a relative error of 3.5 %.На сегодняшний день, вместе с ростом темпов промышленного производства повышаются также и требования к контролю качества продукции. В задачах дефектоскопии и дефектометрии многослойных материалов перспективным является использование теплового метода неразрушающего контроля. В то же время, интерпретация данных теплового контроля усложнена рядом факторов, что делает использование традиционных методов анализа данных неэффективным. Поэтому актуальным заданием является поиск новых методов теплового контроля, которые позволят автоматизировать процесс диагностики и повысить информативность полученных результатов. Целью статьи являлось использование достижений в области глубокого обучения для обработки результатов активного теплового контроля изделий из многослойных материалов и разработка автоматизированной системы тепловой дефектоскопии и дефектометрии таких изделий.Предлагаемая система состоит из источника нагрева, тепловизора для регистрации последовательностей термограмм и блока цифровой обработки информации. Для автоматизированной обработки данных используются три нейросетевых модуля, каждый из которых выполняет одну из задач: обнаружение и классификация дефектов, определение глубины залегания дефекта и его раскрытия (толщины). Программные алгоритмы и интерфейс взаимодействия с системой выполнены в среде разработки NI LabVIEW.Экспериментальные исследования на образцах из многослойного стеклотекстолита показали значительное преимущество разработанной системы над методами, использующими традиционные алгоритмы анализа данных теплового контроля. Ошибка определения типа (классификации) дефекта на тестовом образце составила 15,7 %. Разработанная система обеспечила определение глубины дефекта с относительной погрешностью 3,2 %, а также толщины дефекта с относительной погрешностью 3,5 %
Низкочастотный адмиттанс конденсатора с рабочим веществом «изолятор – частично разупорядоченный полупроводник – изолятор»
Get PDFThe study of the electrophysical characteristics of crystalline semiconductors with structural defects is of practical interest in the development of radiation-resistant varactors. The capacitance-voltage characteristics of a disordered semiconductor can be used to determine the concentration of point defects in its crystal matrix. The purpose of this work is to calculate the low-frequency admittance of a capacitor with the working substance “insulator–crystalline semiconductor with point t-defects in charge states (−1), (0) and (+1)–insulator”. A layer of a partially disordered semiconductor with a thickness of 150 μm is separated from the metal plates of the capacitor by insulating layers of polyimide with a thickness of 3 μm. The partially disordered semiconductor of the working substance of the capacitor can be, for example, a highly defective crystalline silicon containing point t-defects randomly (Poissonian) distributed over the crystal in charge states (−1), (0), and (+1), between which single electrons migrate in a hopping manner. It is assumed that the electron hops occur only from t-defects in the charge state (−1) to t-defects in the charge state (0) and from t-defects in the charge state (0) to t-defects in the charge state (+1).In this work, for the first time, the averaging of the hopping diffusion coefficients over all probable electron hopping lengths via t-defects in the charge states (−1), (0) and (0), (+1) in the covalent crystal matrix was carried out. For such an element, the low-frequency admittance and phase shift angle between current and voltage as the functions on the voltage applied to the capacitor electrodes were calculated at the t-defect concentration of 3∙1019 cm−3 for temperatures of 250, 300, and 350 K and at temperature of 300 K for the t-defect concentrations of 1∙1019, 3∙1019, and 1∙1020 cm−3. Исследование электрофизических характеристик кристаллических полупроводников с дефектами структуры представляет практический интерес при создании радиационно-стойких варакторов. По вольт-фарадным характеристикам разупорядоченного полупроводника можно определять концентрацию точечных дефектов в его кристаллической матрице. Цель работы – рассчитать низкочастотный адмиттанс конденсатора с рабочим веществом «изолятор – кристаллический полупроводник с точечными t-дефектами в зарядовых состояниях (−1), (0) и (+1) – изолятор».Слой частично разупорядоченного полупроводника толщиной 150 мкм отделен от металлических обкладок конденсатора диэлектрическими прослойками из полиимида толщиной 3 мкм. Частично разупорядоченный полупроводник рабочего вещества конденсатора представляет собой, например, сильнодефектный кристаллический кремний, содержащий точечные t-дефекты, случайно (пуассоновски) распределенные по кристаллу, в зарядовых состояниях (−1), (0) и (+1) между которыми прыжковым образом мигрируют одиночные электроны. Считается, что прыжки электронов происходят только с t-дефектов в зарядовом состоянии (−1) на t-дефекты в зарядовом состоянии (0) и с t-дефектов в зарядовом состоянии (0) на t-дефекты в зарядовом состоянии (+1).В работе впервые проведено усреднение коэффициентов прыжковой диффузии по всем вероятным длинам прыжка электрона между t-дефектами в зарядовых состояниях (−1), (0) и (0), (+1) в ковалентной кристаллической матрице. Для такого элемента рассчитаны низкочастотный адмиттанс и угол сдвига фаз между током и напряжением в зависимости от приложенного на электроды конденсатора напряжения при концентрации t-дефектов 3∙1019 см−3 для температур 250, 300 и 350 К и при температуре 300 К для концентраций t-дефектов 1∙1019, 3∙1019 и 1∙1020 см−3
Фемтосекундная лазерная система с импульсной накачкой генератора и усилителя при использовании одного силового блока
Get PDFFor several decades development of methods for generating ultrashort pulses has been an independent urgent scientific and technical problem. There is a constant improvement both in the methods of such pulses receiving and in methods of their use. The aim of this work was to investigate the possibility of realizing the coordinated operation of two fundamentally different types of pump lasers for the femtosecond oscillator and amplifier based on one single-lamp laser head and to create on this basis a compact high-power femtosecond system with pulsed pumping and one power unit.The practical implementation of two types of pulsed lasers (nano- and picosecond ones operating, respectively, in Q-switch and modelock regime) on a single laser head with two active elements and one pump lamp is carried out. The required synchronization in time the pump pulse femtosecond amplifier formation and quasi-stationary region of generated pulses in the output radiation of a femtosecond Ti:sapphire is obtained.On this basis a compact, pulse pumped monoblock laser system has been developed that can generate femtosecond pulses with a duration of 50–150 fs with an energy up to 1 mJ and a high enough pulse repetition rate (up to 1 kHz which is determined by the type of laser head and pump unit used). In the developed laser system a compact scheme of a stretcher-compressor with a single common diffraction grating is used.Laser systems of this type characterized by a relatively low cost due to the use of a single power supply unit for simultaneous pumping of the amplifier and oscillator, as well as lower requirements for the quality of optical elements and usage conditions due to the pulse mode of operation, are quite practical and can be used both in scientific research in the field of ultra-high-speed kinetic spectroscopy and nonlinear optics, as well as in numerous technical applications, particular in the precision processing of materials, as optical simulators of the action of heavy charged particles in testing the radiation resistance of integrated circuits and electronic modules.Уже на протяжении нескольких десятилетий развитие методов генерации сверхкоротких импульсов является самостоятельной актуальной научно-технической задачей. Идёт постоянное совершенствование как способов получения импульсов, так и методов их использования. Целью данной работы являлось исследование возможности реализации согласованной работы двух принципиально разных типов лазеров накачки фемтосекундного генератора и усилителя на одном одноламповом квантроне и создание на этой основе компактной мощной фемтосекундной лазерной системы с импульсной накачкой и одним силовым блоком.Осуществлена практическая реализация на одном квантроне с двумя активными элементами и одной лампой накачки двух типов импульсных лазеров (нано- и пикосекундного, работающих, соответственно, в режиме модулированной добротности и синхронизации мод). Получены требуемая синхронизация во времени момента формирования импульса накачки фемтосекундного усилителя и области квазистационарной генерации импульсов в выходном излучении фемтосекундного Ti:сапфирового генератора и необходимые взаимосогласованные энергетические параметры выходного излучения лазеров накачки фемтосекундного генератора и усилителя.На этой основе разработана компактная импульсная моноблочная лазерная система, способная обеспечить генерацию фемтосекундных импульсов длительностью 50–150 фс с энергией до 1 мДж и достаточно высокой частотой повторения импульсов (вплоть до 1 кГц, что определяется типом используемых квантрона и блока накачки). В лазерной системе использована компактная совмещённая схема стретчера-компрессора с одной общей дифракционной решёткой.Лазерные системы подобного типа, характеризуемые относительно низкой стоимостью за счёт использования одного силового блока питания для одновременной накачки усилителя и генератора, а также более низкими требованиями к качеству оптических элементов и условиям эксплуатации благодаря импульсному режиму работы, представляются достаточно практичными. Они могут найти применение как в научных исследованиях в области сверхскоростной кинетической спектроскопии и нелинейной оптике, так и в многочисленных технических приложениях, в частности в прецизионной обработке материалов, как оптические имитаторы воздействия тяжёлых заряженных частиц при проведении испытаний радиационной стойкости интегральных микросхем и электронных модулей
Оценка точности измерения магнитоотрывного усилия датчиками прибора НТ-800 для раннего выявления дефектов их изготовления
Get PDFСontrol of mechanical stresses formed with the deposition of nickel coatings plays an important role in the diagnosis of coatings’ technical condition. Large internal stresses can lead to cracking or flaking of coatings which is completely unacceptable for critical parts and assembly units used, for example, in space technology for which reliability is of paramount importance. An important aspect of internal stresses monitoring is the measurement error of the instruments used. The purpose of this work was to determine the characteristics of the device sensors, which make the assessment of their manufacturing possible at the preliminary stage of the measuring equipment assembling in order to maintain the required accuracy of subsequent measurements.In most cases the measurement error assessment is possible only after the equipment manufacture and calibration. In this paper it is proposed to evaluate the accuracy characteristics of device sensors based on the precision (repeatability and reproducibility) of the primary informative parameter recording. In the case of the NT-800 device that was developed at the Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Belarus the effect of precision characteristics deterioration on the eventual measurement error is demonstrated. Determining the precision parameters before establishing correlation dependences between the primary informative parameter and the measured characteristic is proposed in order to reject poorly manufactured sensors and reduce labor costs.In particular, measurements of the magnitude proportional to the magnetic breakaway force were carried out using the NT-800 device with nickel specimens simulating coatings with a thickness of 200 to 700 μm and a rolling value from 0 to 40 %. It was established that in the case of well-made sensors the variation coefficient calculated from the dispersion of repeatability is in the range 0.2–0.6 %, and the variation coefficient calculated from the dispersion of reproducibility does not exceed 0.9 %. In the case of a sensor with the sensitive element parameters worsened, the variation coefficient of repeatability and reproducibility were up by one and a half times. Deterioration of the precision characteristics resulted in significant changes in the readings of the calibrated instrument. Thus the absolute measurement error for a sensor with a poorly made sensitive element turned out to be approximately 3 times higher in the range of 200– 300 MPa than that for a sensor with good precision parameters.Контроль механических напряжений, возникающих при нанесении никелевых покрытий, играет важную роль при диагностике их технического состояния. Большие внутренние напряжения могут приводить к растрескиванию или отслаиванию покрытий, что совершенно недопустимо для ответственных деталей и сборочных единиц, использующихся, например, в космической технике, для которых надёжность имеет первостепенное значение. Важным аспектом контроля внутренних напряжений является погрешность измерений используемых приборов. Целью настоящей работы являлось определение характеристик датчиков приборов, позволяющих оценить качество их изготовления на предварительной стадии сборки измерительной техники, для соблюдения необходимой точности последующих измерений.В большинстве случаев оценка погрешности измерений возможна только после изготовления оборудования и проведения градуировки. В настоящей работе предложено оценивать точностные характеристики датчиков приборов исходя из прецизионности (повторяемости и воспроизводимости) регистрации первичного информативного параметра. На примере прибора «НТ-800», разработанного в Институте прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, показано влияние ухудшения характеристик прецизионности датчиков на итоговую погрешность измерений. Предложено определять параметры прецизионности до установления корреляционных зависимостей между первичным информативным параметром и измеряемой характеристикой с целью отбраковки некачественно изготовленных датчиков и снижения трудозатрат. В частности, проведены измерения величины, пропорциональной магнитоотрывному усилию (имеющей корреляционную связь с остаточными напряжениями), прибором НТ-800 на никелевых образцах, имитирующих покрытия, толщиной от 200 до 700 мкм и величиной прокатки от 0 до 40 %. Установлено, что в случае качественно изготовленного первичного преобразователя коэффициент вариации дисперсии повторяемости находится в диапазоне 0,2–0,6 %, а коэффициент вариации, рассчитанный по значениям дисперсии воспроизводимости, не превышает 0,9 %. В случае датчика с ухудшенными параметрами чувствительного элемента коэффициенты вариации повторяемости и воспроизводимости были в 1,5 раза выше. Ухудшение характеристик прецизионности привело к значительному увеличению погрешности измерения остаточных напряжений. Так, абсолютная погрешность измерений напряжений у некачественно изготовленного датчика в диапазоне 200–300 МПа была приблизительно в 3 раза выше, чем у датчика с высокими показателями прецизионности.
Применение электроимпедансного метода измерений при исследовании пузырьковых режимов течения двухкомпонентного потока
Get PDFOne of the important tasks in carrying out a computational justification of the reliability and safety of equipment that is part of the projected nuclear power plants today is the modeling of the bubbly regime of the coolant flow. In this regard the aim of this work is the use of extended methods of using matrix conductometric systems which are widespread in research practice for study of gas-liquid flows.The work uses a method of primary processing of experimental data aimed at eliminating of excess conductivity in the cells of the developed wire mesh sensor which makes it possible to obtain the values of the true volumetric gas content in the investigated area.Subsequent analysis of the possibilities to estimate the volumes of registered gas bubbles by the gradient method as well as the size of the interface in the sensor cells which plays a key role in modeling the interfacial heat and mass transfer.Comparison of readings values with the control instruments cues showed a good agreement. The presented work is an adaptation of the use of a conductometric measuring system for the study of multicomponent flows with the aim of further application for the study of two-component flows in the channels of the core simulator using wire mesh sensors.Одной из важных задач при проведении расчётного обоснования надёжности и безопасности оборудования, входящего в состав проектируемых ядерных энергетических установок, на сегодня является моделирование пузырькового режима течения теплоносителя. В связи с этим, целью данной работы являлось изучение особенностей движения газового пузыря в жидкой среде, а также отработка и расширение методических особенностей применения матричных кондуктометрических систем, получивших широкое распространение в исследовательской практике, для исследования газожидкостных потоков.В работе изложен способ первичной обработки экспериментальных данных, направленный на устранение избыточной проводимости в ячейках разработанного сетчатого датчика, что позволило получить значения истинного объёмного газосодержания в исследуемой области.Последующий анализ позволил оценить объёмы регистрируемых газовых пузырей градиентным методом, а также величину плотности межфазной поверхности в ячейках датчика, которая играет ключевую роль при моделировании межфазного тепло- и массообмена.Сравнение полученных величин с показаниями контрольно-измерительных приборов экспериментальной установки показало хорошую степень соответствия. Представленная работа является адаптацией применения кондуктометрической измерительной системы для исследования многокомпонентных потоков с целью дальнейшего применения для исследования двухкомпонентных потоков в каналах имитатора активной зоны при помощи сетчатых кондуктометрических датчиков
Эрбиевый лазер, излучающий в области 1.5 мкм, с высокой выходной мощностью
Get PDFSolid-state lasers emitting in the 1.5–1.6 μm spectral range are very promising for eye-safe laser range finding, ophthalmology, fiber-optic communication systems, and optical location. The aim of this work is the investigation of spectrosposcopic and laser properties of gain medium based on borate crystal for abovementioned lasers.Spectroscopic and laser properties of Er,Yb:YAl3(BO3)4 crystals with different concentrations of dopants were investigated. Polarized absorption and emission cross-section spectra were determined. The ytterbium- erbium energy transfer efficiency was estimated. The maximal energy transfer efficiency up to 97 % was obtained for Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 crystal.The laser operation of heavily doped crystals with erbium concentration up to 4 аt.% (2.2^1020 cm^3) was realized. By using of Er(2 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 crystal a maximal continuous- wave (CW) output power of 1.6 W was obtained at 1522 nm with slope efficiency of 32 %. By using of Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 crystal a maximal peak output power up to 2.2 W with slope efficiency of 40 % was realized in quasi-continuous-wave regime of operation. The spatial profile of the output beam was close to TEM00 mode with M2 < 1.2 during all laser experiments.Based on the obtained results, it can be concluded that Er,Yb:YAl3(BO3)4 crystals are promising active media for lasers emitting in the spectral range of 1.5-1.6 pm for the usage in laser rangefinder and laser- induced breakdown spectroscopy systems, and LIDARs.Твердотельные лазеры, излучающие в спектральной области 1.5‒1.6 мкм, находят широкое применение в дальнометрии, офтальмотологии, волоконно-оптических системах и оптической локации. Целью данной работы являлось исследование спектроскопических и генерационных свойств активной среды на основе кристалла бората для указанных лазеров.Проведено исследование спектроскопических и генерационных свойств кристаллов Er,Yb:YAl3(BO3)4 с различным содержанием ионов-активаторов. В результате определены спектры поперечных сечений поглощения и стимулированного испускания в поляризованном свете. Проведена оценка эффективности переноса энергии от ионов иттебия на ионы эрбия. Максимальная эффективность переноса энергии достигала 97 % для кристалла Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4.Реализована лазерная генерация для кристаллов с высоким содержанием ионов эрбия до 4 ат.% (2.2∙1020 cм‒3). При использовании кристалла Er(2 at.%),Yb(11 at.%):YAl3 (BO3)4 получен непрерывный режим генерации с максимальной выходной мощностью до 1,6 Вт на длине волны 1522 нм при дифференциальной эффективности 32 %. В квазинепрерывном режиме генерации для кристалла Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 максимальная пиковая мощность достигала 2,2 Вт при дифференциальной эффективности по поглощённой мощности накачки 40 %. Профиль распределения интенсивности в поперечном сечении лазерного пучка хорошо аппроксимировался функцией Гаусса рассчитанное значение параметра распространения лазерного пучка М2 не превышало 1,2, что соответствует ТЕМ00 моде резонатора.На основе полученных результатов, можно сделать вывод, что данные кристаллы являются перспективными активными средами, для лазеров, излучающих в спектральном диапазоне 1.5‒1.6 мкм, для применения в составе систем лазерной дальнометрии, лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии и лидаров
Применение положений теории решения некорректных задач для управления робастностью производственных процессов
Get PDFThe industrial revolution of “Industry 4.0” is currently underway at an active pace. Individualization of provided products and services, transition to single production, the issues of acceptability of production processes at the stage of development and design have became urgent. The aim of this work was to develop a strategy for a fundamental solution to the task of guaranteed acceptability of production processes as an integral quality characteristic.We have proposed a systematic approach to strategy development. The basis of the approach was the theory of incorrect tasks solving. We adapted signs of correctness of mathematical tasks by J. Adamar to the tasks of ensuring acceptability of production processes (technological and measurement). They were used in the part of identification of properties of display of incorrectness and ways of incorrectnessʼ management.We have proposed to consider the property of robustness as a generalized index of acceptability for production processes (technological and measurement). We substantiate the equivalence of the concepts of incorrectness of tasks according to J. Adamar and losses of robustness of production processes. We conclude that the developed approaches and techniques of the theory of incorrect tasks can be put in a basis of the system approach to an estimation and management of losses of robustness of production processes. We have proposed a classification of situations of robustness losses in production processes in accordance with the classification of the signs of incorrect tasks by J. Adamar.We have developed a two-step algorithm for ensuring the robustness of production processes at the stage of their development. It included identification of the sources of robustness losses and management of input factors that cause significant variation in process output. This has given a practical implementation of a strategy to guarantee the acceptability of production processes. We have systematized the sources of potential losses in the robustness of production processes and proposed a two-stage mechanism for managing them. We have justified rational methods of ensuring the robustness of production processes for each stage based on, the practice of uncorrected tasks solving. We have proposed a method for ensuring high efficiency of robustness loss management in certain situations. The principles of G. Taguchiʼs robust redesigning of production processes formed the basis of our method.В условиях наступления промышленной революции «Индустрия 4.0», индивидуализации предоставляемой продукции и услуг, перехода к единичному производству вопросы обеспечения приемлемости производственных процессов на стадии разработки и проектирования становятся актуальными. Целью данной работы являлась разработка стратегии принципиального решения проблемы гарантированного обеспечения приемлемости производственных процессов, как интегральной характеристики качества.Предложен системный подход разработки стратегии, в основу которого положены подходы теории решения некорректных задач. Признаки корректности математических задач по Ж. Адамару адаптированы к задачам обеспечения приемлемости производственных процессов (технологических и измерительных) в части идентификации свойств проявления некорректности и способов управления некорректностью.Установлено, что для производственных процессов (технологических и измерительных) свойство робастности может рассматриваться как обобщённый показатель приемлемости. Обоснована эквивалентность понятий некорректности задач по Ж. Адамару и потерями робастности производственных процессов. Сделан вывод о том, что в основу системного подхода к оцениванию и управлению потерями робастности производственных процессов могут быть положены наработанные подходы и техники теории некорректных задач. Предложена классификация ситуаций потерь робастности производственных процессов в соответствии с классификацией признаков некорректности задач по Ж. Адамару.Для практической реализации стратегии гарантированного обеспечения приемлемости производственных процессов разработан двухшаговый алгоритм обеспечения робастности производственных процессов на стадии их разработки, включающий идентификацию источников потерь робастности и управление факторами входа, вызывающими существенную вариацию выхода процесса. Систематизированы источники потенциальных факторов потерь робастности производственных процессов, предложен двухэтапный механизм управления ими. Для каждого этапа обоснованы рациональные методы обеспечения робастности производственных процессов, наработанные практикой решения некорректных задач. Предложен метод обеспечения высокой эффективности управления потерями робастности в определенных ситуациях, в основе которого положены принципы Г. Тагучи по робастному перепроектированию производственных процессов
Цифровой спектральный анализ методом усреднённых модифицированных периодограмм с применением бинарно-знакового стохастического квантования сигналов
Get PDFThe method of averaging modified periodograms is one of the main methods for estimating the power spectral density (PSD). The aim of this work was the development of mathematical and algorithmic support, which can increase the computational efficiency of signals digital spectral analysis by this method.The solution to this problem is based on the use of binary-sign stochastic quantization for converting the analyzed signal into a digital code. A special feature of this quantization is the use of a randomizing uniformly distributed auxiliary signal as a stochastic continuous quantization threshold (threshold function). Taking into account the theory of discrete-event modeling the result of binary-sign quantization is interpreted as a chronological sequence of instantaneous events in which its values change. In accordance with this we have a set of time samples that uniquely determine the result of binary-sign quantization in discrete-time form. Discrete-event modeling made it possible to discretize the process of calculating PSD estimates. As a result, the calculation of PSD estimates was reduced to discrete processing of the cosine and sine Fourier transforms for window functions. These Fourier transforms are calculated analytically based on the applied window functions. The obtained mathematical equations for calculating the PSD estimates practically do not require multiplication operations. The main operations of these equations are addition and subtraction. As a consequence, the time spent on digital spectral analysis of signals is reduced.Numerical experiments have shown that the developed mathematical and algorithmic support allows us to calculate the PSD estimates by the method of averaging modified periodograms with a high frequency resolution and accuracy even for a sufficiently low signal-to-noise ratio. This result is especially important for spectral analysis of broadband signals.The developed software module is a problem-oriented component that can be used as part of metrologically significant software for the operational analysis of complex signals.Метод усреднённых модифицированных периодограмм является одним из основных методов оценивания спектральной плотности мощности (СПМ). Целью работы являлась разработка математического и алгоритмического обеспечения, которые позволяют повысить вычислительную эффективность цифрового спектрального анализа сигналов этим методом.Решение поставленной задачи основано на использовании бинарно-знакового стохастического квантования для преобразования анализируемого сигнала в цифровой код. Особенностью такого квантования является применение рандомизирующего равномерно распределённого вспомогательного сигнала в качестве стохастического непрерывного порога квантования (пороговой функции). С учётом теории дискретно-событийного моделирования результат бинарно-знакового квантования интерпретируется как хронологическая последовательность мгновенных событий, в которые происходит смена его значений. В соответствии с этим, имеем множество отсчётов времени, которые однозначно определяют результат бинарно-знакового квантования в дискретном виде. Дискретно-событийное моделирование позволило осуществить дискретизацию процесса вычисления оценок СПМ. В итоге вычисление оценок СПМ свелось к дискретной обработке косинус и синус преобразований Фурье для оконных функций. Эти преобразования Фурье вычисляются аналитически с учётом применяемых оконных функций. Полученные математические соотношения для вычисления оценок СПМ практически не требуют выполнения операций умножения. Основными операциями этих соотношений являются операции сложения и вычитания. Следствием этого является уменьшение временных затрат на цифровой спектральный анализ сигналов. Численные эксперименты показали, что разработанное математическое и алгоритмическое обеспечение позволяет вычислять оценки СПМ методом усреднённых модифицированных периодограмм с высоким частотным разрешением и точностью даже для достаточно низкого отношения сигнал/шум.Такой результат особенно важен для спектрального анализа широкополосных сигналов.Разработанный программный модуль представляет собой проблемно-ориентированный компонент, который может использоваться в составе метрологически значимого программного обеспечения для оперативного анализа сложных сигналов