Введение. Представлены результаты исследования оптических свойств тонких пленок на основе оксидов индия и олова (Indium Tin Oxide, ITO) с одностенными углеродными нанотрубками. Метод. Тонкие пленки ITO напылялись на подложки стекла К8 методом лазерно-ориентированного осаждения. Этим же методом на поверхность ITO наносились одностенные углеродные нанотрубки. Для варьирования параметров границы раздела применялась перестройка средней напряженности электрического поля в процессе осаждения в диапазоне 100–600 В/см. Идентификация структур производилась методом эллипсометрии в спектральном диапазоне 200–800 нм. Для интерпретации результатов эллипсометрии тонких пленок ITO на стеклянных подложках К8 применялись совместно модели Коши (для подложек) и Лоренца (для ITO). Анализ границы раздела ITO c углеродными нанотрубками проводился методом аппроксимации сплошной среды и с использованием модели Лоренца с несколькими осцилляторами. Основные результаты. Показано, что при лазерно-ориентированном осаждении углеродных нанотрубок на поверхность тонких пленок ITO, согласно методу аппроксимации сплошной среды, толщина границы раздела ITO–углеродные нанотрубки варьируется в диапазоне 23–36 нм при содержании углеродных нанотрубок в диапазоне 30–64 % на границе раздела. Рост данных параметров коррелирует с увеличением средней напряженности электрического поля в процессе осаждения углеродных нанотрубок. В соответствии с моделью Лоренца наблюдается длинноволновый сдвиг пиков коэффициентов экстинкции и снижение показателя преломления границы раздела в видимой области. Данный эффект можно объяснить имплантацией углеродных нанотрубок в ITO. При увеличении напряженности электрического поля повышается вклад лазерно-осажденных углеродных нанотрубок в границу раздела ITO–углеродные нанотрубки, который сопровождается уменьшением показателя преломления в видимой области и длинноволновым сдвигом пиков коэффициентов экстинкции. Обсуждение. Полученные результаты свидетельствуют о формировании композитной структуры на основе ITO с углеродными нанотрубками, оптическими свойствами которой можно управлять путем изменения средней напряженности электрического поля в процессе лазерно-ориентированного осаждения. Указанные структуры могут быть использованы при проектировании элементов оптической электроники в случаях необходимости оптического согласования с соседними функциональными слоями.

Введение. В работе рассмотрены вопросы применения ксантеновых флуоресцентных красителей, доступных широкому кругу исследовательских лабораторий для обнаружения микропластика со средней длиной частиц 157 ± 59 мкм в почве и проведения фитотестов с использованием флуоресцентно-меченого микропластика. Метод. При проведении исследования использовались почвы с содержанием гумуса 1,59 ± 0,15 % (П1) и 6,74 ± 0,11 % (П2), а также суспензионный поливинилхлорид (ООО «РусВинил», 157 ± 59 мкм, белого цвета). В целях изучения возможности избирательного окрашивания микропластика в присутствии почвенных частиц микрочастицы поливинилхлорида, почв П1 и П2, а также смеси почвы П1 и поливинилхлорида (5 % по массе) окрашивались родаминами С и Ж, флуоресцеином и эозином Н в изопропиловом спирте (концентрация красителя — 200 мг/л, температура — 100 °С, время окрашивания — 2 ч при постоянном перемешивании на магнитной мешалке) и промывались дистиллированной водой на бумажном фильтре. Для исследования химической структуры микрочастиц поливинилхлорида до и после окрашивания применялась инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье нарушенного полного внутреннего отражения (спектрометр Tensor 37 (Bruker, Германия) с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения MIRacle Pike c кристаллом из ZnSe с алмазным напылением). Для определения возможности вымывания красителя из микрочастиц поливинилхлорида после многократного промывания водой использовались спектрофотометрия и анализ микрофотографий с применением программы ImageJ. Для проведения лабораторного эксперимента по обнаружению микропластика в почве приготовлялась смесь почвы П1 и микрочастиц поливинилхлорида (0,1 % по массе) и проводилось окрашивание родамином Ж. Для уменьшения количества минеральных частиц и концентрирования микрочастиц поливинилхлорида использовалась техника разделения за счет разницы в плотности с помощью бинарного раствора NaCl и Ca(NO3)2. Получены микрофотографии с использованием оптического микроскопа с дополнительным источником ультрафиолета (λ = 365 нм). Измерения площадей изображений проекций обнаруженных микрочастиц, необходимых для расчета ориентировочной массы загрязнителя, производились с помощью ImageJ. Возможность применения флуоресцентно-меченых микрочастиц поливинилхлорида для проведения фитотестов устанавливалась с помощью теста на проращивание семян в загрязненной почве и изучения проростков с использованием оптического микроскопа с дополнительным источником ультрафиолета. Основные результаты. Показано, что после окрашивания родаминами С и Ж флуоресценция наблюдается у микрочастиц поливинилхлорида как отдельно, так и в смеси, так как частицы почв П1 и П2 аналогичных свойств не приобретают. В случае применения флуоресцеина и эозина Н микрочастицы поливинилхлорида и почва практически не флуоресцируют. Установлено, что окрашивание не влияет на химическую структуру поливинилхлорида. Красители не вымываются из микрочастиц поливинилхлорида при многократном промывании водой. В лабораторном эксперименте показано, что возможно обнаружение и количественное определение микрочастиц поливинилхлорида в почве в концентрации 0,1 % по массе с относительной погрешностью около 30 %. Возможно применение флуоресцентно-меченых родаминами С и Ж микрочастиц поливинилхлорида при проведении фитотестов. Обсуждение. В настоящей работе впервые показана возможность избирательного окрашивания родаминами С и Ж микрочастиц поливинилхлорида в смеси с почвой, их обнаружения по причине наблюдаемой флуоресценции и количественного определения в концентрации от 0,1 % по массе. Полученные результаты расширяют знания в области контроля микропластика в почве. Так как на сегодняшний день не существует стандартизированных методик по обнаружению данного загрязнителя, результаты могут найти применение при разработке новых методик. Флуоресцентно-меченые родаминами С и Ж микрочастицы поливинилхлорида планируется использовать при проведении фитотестов в рамках экспериментов по гигиеническому обоснованию предельно допустимой концентрации загрязнителя в почве.

Введение. Известно, что при прохождении оптического излучения через фазовый модулятор многофункциональной интегрально-оптической схемы (МИОС) наряду с модуляцией фазы световой волны происходит изменение мощности оптического излучения на выходе состыкованного волновода. Такая модуляция является паразитной, а ее величина зависит от управляющего напряжения на электродах модулятора. Наличие амплитудной модуляции приводит к возникновению ошибки в выходном сигнале высокочувствительных фазовых датчиков, в частности, в волоконно-оптическом гироскопе. В данной работе представлено экспериментальное исследование изменения пространственного распределения интенсивности (модового поля) на торце канальных волноводов МИОС под действием приложенного напряжения. Метод. Экспериментальная установка включала источник излучения в виде одночастотного лазера RIO ORION с центральной длиной волны излучения 1550 нм. В качестве оптического приемника применена инфракрасная камера SP503U-1550 с регистрацией излучения в диапазоне длин волн 1440–1605 нм, размерами пиксела 9,9 × 9,9 мкм и матрицы 640 × 480 пикселов. МИОС была выполнена по технологии диффузии титана в подложку кристалла ниобата лития (Ti:LiNbO3) Х-среза. На электроды фазового модулятора МИОС подавалось постоянное управляющее напряжение в диапазоне от –10 В до +10 В. Распределение интенсивности оптического излучения в волноводах МИОС и в одномодовом оптическом волокне с эллиптической напрягающей оболочкой ESC-4 анализировалось путем расчета интеграла перекрытия. Основные результаты. Экспериментально показано воздействие электрического поля на оптическое излучение в волноводах МИОС. Продемонстрировано, что при постоянном напряжении на управляющих электродах фазового модулятора наблюдается изменение распределения интенсивности излучения на выходе канальных волноводов. Наблюдаемые изменения коррелируют с паразитной амплитудной модуляцией, возникновение которой связано с распространением паразитного оптического излучения по волноводу. Это явление обусловлено выходом оксида лития с поверхностного слоя LiNbO3 в газовую фазу в ходе технологического процесса диффузии титана. Обсуждение. Проведенные исследования позволяют лучше понять механизмы возникновения паразитной амплитудной модуляции в фазовом модуляторе МИОС и разработать практические рекомендации по их устранению. Полученные результаты могут быть полезны специалистам, занимающимся исследованиями в области создания высокочувствительных фазовых датчиков на основе МИОС.

Введение. Предложен метод для определения концентраций активных компонентов в ингибиторе термодинамического типа действия по его инфракрасному спектру. Актуальность метода обусловлена его экспрессностью и высокой степенью селективности в сравнении с традиционными подходами определения количественного состава растворов органических соединений. Метод. В работе предложено использовать метод инфракрасной спектрометрии с преобразованием Фурье. Метод позволяет определять концентрации веществ в растворах. Однако определение концентраций веществ в смесях, содержащих более трех компонентов, усложняется особенно в растворах органических соединений в силу наличия перекрывающихся областей колебаний характеристических групп. Для решения задачи определения концентрации веществ в многокомпонентных растворах использован регрессионный метод проекции на латентные структуры, который относится к хемометрическим методам анализа и получил распространение как метод количественного прогнозирования. Выборка для построения калибровочных зависимостей в рамках используемого метода включала в себя спектры растворов, полученные в режиме нарушенного полного внутреннего отражения. Основные результаты. Построены модели для определения концентраций веществ в четырехкомпонентном водно-спиртовом растворе. Определяемые вещества: вода, метанол, этанол, этиленгликоль. Подтверждена эффективность работы построенных моделей с обучающей выборкой, включающей спектры образцов с минимальной предварительной обработкой — корректировкой базовой линии. Определен оптимальный набор обучающей выборки для получения результата с минимально возможной погрешностью при условии компонентности образцов в обучающей выборке, не превышающей n – 1, где n — определяемое количество веществ. Обучение модели на выборке, состоящей из инфракрасных спектров двух- и трехкомпонентных растворов, обеспечивает предсказание концентрации веществ с погрешностью до 10 %. Обсуждение. Предложенный метод позволит проводить экспресс-анализ состава термодинамических ингибиторов гидратообразования. Результаты работы могут найти применение в нефтепромысловой химии для оценки ингибирующей способности ингибиторов гидратообразования, используемых для предотвращения образования газогидратов при добыче, подготовке или транспортировке углеводородного сырья.

Магнитооптические свойства атмосферного воздуха описывают взаимодействие молекул воздуха как с магнитными полями, так и со светом. Изучение этих свойств имеет важное значение для понимания динамики атмосферы, совершенствования дистанционного зондирования для мониторинга окружающей среды, разработки новых материалов для датчиков и оптических устройств, совершенствования методов медицинской визуализации, таких как магнитно-резонансная томография, и для продвижения фундаментальных научных знаний с возможным практическим применением. В работе исследованы магнитооптические свойства воздуха экспериментальными методами в слабых магнитных полях от 0,122 до 0,986 Тл. Изучены изменения коэффициента пропускания в видимом спектре при разной интенсивности магнитного поля. Полученные результаты показали уменьшение коэффициента пропускания с увеличением длины волны, что указывает на прямую корреляцию между коэффициентом пропускания и величиной магнитного поля. Отмечено снижение магнитооптических свойств, в частности коэффициента пропускания, при увеличении длины волны. Зафиксированы минимальные и максимальные значения коэффициента пропускания при длинах волн 460 нм и 665 нм соответственно. Замечено, что отношение интенсивностей, связанное со сдвигом спектров комбинационного рассеяния света, уменьшается с увеличением его смещения. При этом более высокие отношения интенсивностей наблюдаются в присутствии магнитного поля по сравнению с немагнитными условиями. Магнитооптический отклик имеет тенденцию смещаться в сторону больших длин волн с увеличением напряженности магнитного поля.

Введение. Исследовано влияние поляризации фемтосекудного лазерного излучения на формирование эллипсоидных наночастиц серебра (Ag) и их ориентацию в золь-гель пленках оксида цинка (ZnO). Влияние поляризации является причиной возникновения дихроизма в пленках после облучения. В отличие от серебросодержащих стекол, где этот механизм впервые был обнаружен, в тонких золь-гель пленках данный эффект практически не исследован, что определяет актуальность работы. Метод. Управление формой, размерами и ориентацией наночастиц Ag осуществлялось путем воздействия лазерными фемтосекундными импульсами с высокой частотой повторения и линейной поляризацией, ориентированной вдоль и поперек направлений сканирования. Для возникновения дихроизма требовалось обеспечить высокое поглощение лазерного излучения наночастицами и отсутствие поглощения в матрице ZnO. Дихроизм в пленках ZnO с наночастицами Ag (ZnO:Ag) исследовался методами оптической микроскопии и спектрофотометрии в проходящем свете. Анализ размера, концентрации, формы и ориентации наночастиц в пленке проводился с применением электронной микроскопии. Основные результаты. Показано, что возникновение дихроизма происходит в результате воздействия на пленки лазерным излучением с плотностью энергии от 43 до 99 мДж/см2 за импульс при скорости сканирования 1 мм/с. Выявлено, что при данных значениях плотности энергии происходит формирование эллипсоидных наночастиц, большая ось которых преимущественно ориентирована вдоль линии поляризации фемтосекундного излучения вне зависимости от направления сканирования. В результате лазерного облучения модифицированные области пленки приобрели дихроизм. При параллельном расположении оси поляризации падающего света с направлением линейной поляризации фемтосекундного излучения, с помощью которого осуществляется запись, происходит смещение пика плазмонного резонанса в длинноволновую область спектра. При повороте модифицированных областей на 90° пик плазмонного резонанса смещается в коротковолновую область спектра. При плотности энергии выше 99 мДж/см2 дихроизм сохраняется, но эффект дихроизма снижается, размер наночастиц уменьшается и начинается постепенное разрушение матрицы пленки с образованием наноразмерных пор и трещин. Обсуждение. Полученные результаты могут найти применение при записи поляризационночувствительных элементов малых размеров, спектральное пропускание которых зависит от ориентации вектора линейной поляризации падающего на них света. Предложенный подход позволяет корректировать положение пика плазмонного резонанса в спектральном диапазоне от 450 до 650 нм и может найти применение для повышения чувствительности фотодетекторов в требуемом спектральном диапазоне. 

Введение. Исследование генерации плазмы в жидкостях актуально для многих областей применения. Главным образом данное исследование применяется для повышения эффективности генерации терагерцового излучения. В работе исследуется взаимосвязь между длиной волны лазерной накачки и плотностью плазмы для воды в ближнем инфракрасном диапазоне спектра. Метод. Методами численного моделирования, основанного на теории Келдыша, выполнен анализ закономерности изменений скорости ионизации и плотности плазмы от длины волны накачки. Основные результаты. Полученные результаты показали наличие взаимного влияния сверхпороговой ионизации и туннельных эффектов, преимущественно в случае, когда параметр Келдыша близок к единице. Показано снижение плотности плазмы при увеличении длины волны излучения накачки. Однако при этом было выявлено локальное увеличение плотности плазмы в определенных диапазонах длин волн. Обсуждение. Полученные теоретические результаты согласуются с экспериментальными данными подобных научных работ. В результате теоретического исследования получена важная информация о модуляции плотности плазмы с помощью изменения длин волн лазерного возбуждения, что имеет значение для повышения эффективности генерации терагерцового излучения.

Введение. Исследовано поведение оптических и колориметрических свойств покрытых оболочкой диоксида кремния полупроводниковых коллоидных квантовых точек теллурида кадмия (CdTe/SiO2, ядро/оболочка) во внешнем постоянном электрическом поле. Известно, что внешнее электрическое поле приводит в основном к тушению люминесценции квантовых точек и красному смещению спектров люминесценции. Однако в большинстве исследований рассматривается только люминесценция, обусловленная межзонными переходами. В отличие от известных работ в данном исследовании дополнительно рассмотрена люминесценция с участием ловушек в квантовых точках, покрытых оболочкой, и показано влияние на нее внешнего электрического поля. Метод. Полупроводниковые нанокристаллы CdTe/SiO2 синтезированы методами коллоидной химии. Готовая смесь представляла собой раствор квантовых точек в водной среде. Для исследования оптических свойств наночастиц CdTe/SiO2 во внешнем постоянном электрическом поле изготовлена серия образцов на основе оптически пассивной целлюлозной пленки, в поры которой были внедрены квантовые точки. Готовый образец представлял собой помещенную между двумя стеклами с прозрачными электродами на основе оксида индия-олова целлюлозную пленку с квантовыми точками. Напряженность постоянного электрического поля, прикладываемого к таким структурам, составила 140 кВ/см. Спектры фотолюминесценции исследуемых наноструктур регистрировались с помощью волоконного ПЗС-спектрометра. Основные результаты. Обнаружено, что увеличение внешнего электрического поля приводит к тушению интенсивности люминесценции, обусловленной как межзонными переходами, так и переходами с участием ловушек. Показано, что при значении напряженности поля 60 кВ/см происходит небольшое увеличение интегральной интенсивности фотолюминесценции. Установлена стабильность колориметрических характеристик сферических наночастиц во внешнем электрическом поле. Обсуждение. Снижение интенсивности свечения квантовых точек во всем спектре объясняется уменьшением интеграла перекрытия между волновыми функциями электрона и дырки под действием электрического поля. В свою очередь, наличие в зависимости интегральной интенсивности люминесценции от величины внешнего электрического поля локального максимума может быть связано с блокировкой процессов захвата ловушками носителей заряда. Продемонстрированное тушение интенсивности люминесценции также согласуется с результатами подобных работ, показавших снижение поглощения квантовых точек во внешних электрических полях. Результаты работы могут быть использованы при создании оптоэлектронных устройств на основе наночастиц CdTe/SiO2.

Введение. В качестве основного источника механического движения часто применяются синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Они находят применение в составе высокоточных прецизионных систем слежения, автономных средствах передвижения, промышленных роботах, силовых тяговых установках морского применения, беспилотных летательных аппаратах. Это объясняется преимуществами данного класса электрических машин по сравнению с другими типами электромеханических преобразователей энергии, включая асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. С целью снижения стоимостных показателей электромеханических систем переменного тока желательно отказаться от установки на валу каких-либо датчиков. В этом случае формирование управляющих воздействий на объект осуществляется на основании измерения только электрических величин — трехфазных токов и напряжений. Метод. В работе предлагается решение задачи синтеза бездатчикового алгоритма векторного управления неявнополюсным синхронным двигателем с магнитоэлектрической системой возбуждения. Система построена на основе наблюдателя состояния полного порядка с преднамеренной организацией скользящего режима. В результате обеспечивается малая чувствительность выхода к негативному действию внешних сигнальных и внутренних параметрических возмущений. Для исключения влияния высокочастотных гармоник в оценках электродвижущей силы вращения статора на качество и точность вычисления углового положения вала предложено использовать полосовой фильтр с автоматическим слежением резонансной частоты за задающим воздействием на угловую скорость вала. С целью получения текущей информации о неизмеряемых механических координатах синхронной электрической машины применяется специальная динамическая подсистема восстановления текущей информации с самонастраивающейся структурой последовательного пропорционально-интегрального корректирующего устройства. Основные результаты. Эффективность и работоспособность метода подтверждена результатами моделирования в программном приложении MATLAB/Simulink. Моделирование выполнено в режиме пуска синхронной электрической машины с нулевых начальных условий под нагрузкой «вентиляторного» типа. Результаты моделирования показали, что синтезированный закон бездатчикового векторного управления обеспечивает высокое быстродействие в совокупности с малым отклонением оценки угла поворота ротора от текущего значения как в переходном, так и в установившемся процессах. Обсуждение. Предложенное решение в рамках бездатчикового векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами позволяет расширить диапазон регулирования механических координат электрической машины. Гарантируется малая чувствительность процессов оценки углового положения ротора к интервальному изменению параметров системы. Обеспечивается высококачественное подавление пульсаций вследствие разрывного характера процессов. Таким образом расширяются области практического применения частотно-регулируемого синхронного электропривода без установки датчика на валу.

Введение. Эффективное функционирование современных производственных систем невозможно без применения методов обработки и анализа, непрерывно формируемых в процессе эксплуатации данных. Ограничения, накладываемые на скорость и точность определения искомых показателей, приводят к необходимости оптимизации применяемых алгоритмов. Мультисенсорные системы, как правило, обладают избыточным количеством перекрестно-чувствительных сенсоров, при этом их сигналы могут применяться для определения различных схожих по физической природе показателей. Целью исследования является совершенствование алгоритма обработки многомерных данных от мультисенсорных систем. Метод. В составе разработанного алгоритма формирования информативных признаков применен метод главных компонент. Для построения регрессионных моделей использован метод регрессии частичных наименьших квадратов. Массив данных для проверки предложенного подхода получен в ходе потенциометрических измерений с использованием цифрового милливольтметра. Проведен эксперимент с использованием мультисенсорной системы типа «электронный язык», состоящей из 12 перекрестно-чувствительных потенциометрических сенсоров. В эксперименте в качестве анализируемых объектов выступали реальные образцы растительных масел. Основные результаты. Построены регрессионные модели для определения трех показателей качества растительных масел: перекисного числа, параанизидинового числа и общего содержания токоферолов. Результаты исследования сопоставлены с известными научными работами. Обсуждение. Сравнительный анализ позволил сделать вывод о том, что использование отобранных по предложенному алгоритму наиболее информативных источников позволяет значительно снизить среднеквадратичную ошибку прогнозирования. Полученные результаты могут применяться как в системах выявления отклонений производственных процессов на предприятиях «Индустрии 4.0», так и для экспресс-выявления фальсификатов продукции.

Введение. Выполнено исследование люминесцентных свойств тканеэквивалентных детекторов, изготовленных на основе тетрабората лития, легированного магнием, марганцем и оловом. Анализ полученных результатов позволяет подтвердить комплексность центров свечения в тетраборате лития без использования методов структурного анализа. Впервые продемонстрировано и объяснено влияние способа и порядка введения примесей на запасающие свойства исследованных материалов. Метод. Синтез основы тетрабората лития выполнен при реакции борной кислоты и карбоната лития. Связующим материалом являлся оксид кремния. Добавление магния, марганца и олово происходило как при синтезе самой основы, так и методом вторичного легирования. Конечной стадией синтеза стало спрессовывание порошка в таблетки и спекание при 1158 К в атмосфере аргона. Регистрация сигнала фотолюминесценции и катодолюминесценции осуществлена с помощью спектрометров с ПЗС-матрицами. Для возбуждения катодолюминесценции применялся портативный импульсный ускоритель электронов. Термически стимулированная люминесценция регистрировалась после предварительного возбуждения электронным пучком с помощью термолюминесцентного дозиметрического считывателя с нагревателем и фотоэлектронным умножителем. Основные результаты. Получены спектры фотолюминесценции, катодолюминесценции и кривые термически стимулированной люминесценции для пяти образцов тетрабората лития с различными примесями в виде магния, марганца и олова. Выполнено сравнение полученных результатов с целью выявления закономерностей зависимости интенсивности люминесценции от состава легирующих компонент и порядка их добавления. Установлено, что методика синтеза и порядок вхождения примеси в основу тетрабората лития влияет на люминесцентные свойства вещества. Выдвинуто предположение, что одна из примесей встраивается в борокислородный каркас, а вторая располагается на позиции катиона. Существующая конкуренция примесей за катионную позицию приводит к следующему результату. Легирование олова обеспечивает увеличение количества центров свечения марганца и в значительной мере сенсибилизирует его люминесценцию, в то время как легирование магния приводит к обратному результату. Обсуждение. На основе исследованных материалов возможно создание перспективных тканеэквивалентых детекторов с кардинально различными люминесцентными свойствами: в зависимости от доз ионизирующего излучения требуется использование материала с разной чувствительностью и радиационной стойкостью. Таким образом, изготовление детекторов на основе тетрабората лития и описанных примесей в будущем позволит создать перспективную группу детекторов ионизирующего излучения с различными свойствами.

Введение. Представлены результаты разработки и исследования технологического процесса изготовления сферических газовых ячеек. Подобные ячейки применяются в квантовых приборах, таких как магнитометры, гироскопы и атомные часы. Их работа основана на оптической накачке и детектировании состояния паров щелочных металлов, в частности, цезия. Для увеличения времени жизни спин-поляризации цезия ячейку заполняют буферным инертным газом. Качество изготовления ячейки напрямую влияет на такие характеристики приборов как ширина линий резонансов и достижимое отношение сигнал/шум. Предложенная технология изготовления ячеек позволяет упростить технологический процесс, исключает применение специализированного оборудования, повышает воспроизводимость результатов, связанных с химическими реакциями щелочного металла с посторонними примесями в буферном газе. Это достигается путем детектирования формируемых соединений и их исключения из состава газовой среды ячеек за счет выбора обоснованной последовательности технологических операций в цикле изготовления ячеек. Метод. Применение традиционных методов рентгенофазового анализа связано с необходимостью разгерметизации стеклянной капсулы с цезием и неизбежной реакцией цезия с компонентами воздушной среды. В работе предложена двухэтапная аналитическая оценка состава газовой смеси. На первом этапе определяется термодинамическая разрешенность всех возможных реакций в системе цезий-азот-примесный кислород. На втором этапе сопоставляется цветовая гамма спектров экспериментально полученных продуктов реакций с цветом продуктов термодинамически разрешенных взаимодействий. Основные результаты. Термодинамический анализ на основе двухэтапного подхода позволил выявить формирование субоксидов цезия в газовой ячейке при нагреве в интервале температур 273–700 К. Для их исключения из состава ячейки предложена последовательность операций. Она включает в себя формообразование стеклодувным методом ампулы, имеющей технологическую цилиндрическую часть, и соединенную с ней перетяжкой сферическую ячейку. В технологическую часть ампулы закладывается капсулированный в стеклянную оболочку цезий высокой чистоты, после чего проводится вакуумирование ампулы. После вскрытия капсулы с цезием осуществляется температурная перегонка чистого цезия в сферическую зону. Технологический процесс завершается заполнением ячейки буферным газом, после чего она отпаивается. Обсуждение. Отсутствие нагрева при заполнении азотом существенно упрощает технологический процесс и минимизирует в газовой смеси количество посторонних примесей в виде субоксидов цезия.

Введение. В работе низкотемпературным полимерно-солевым методом синтезированы дисперсные порошки алюмоиттриевого граната (АИГ), модифицированного ванадием (V) и проведено сопоставление их структуры с монокристаллами, выращенными традиционными высокотемпературными методами. Метод. Структура, морфология и химический состав материалов исследованы методами рентгенофазового, электронномикроскопического и энергодисперсионного анализов. На основании данных рентгенофазового анализа выполнены расчеты параметров элементарных ячеек кристаллов АИГ в полученных порошках и монокристаллах и оценка среднего размера кристаллов в порошках. Результаты исследований структуры полученных порошков сопоставлены с данными монокристаллов АИГ:V, выращенных высокотемпературными методами. Основные результаты. Показано, что дисперсные порошки, полученные во время термообработки при 1000 °С в ходе синтеза, состоят из микроскопических агрегатов нанокристаллов АИГ:V, имеющих средний размер 43 нм и кристаллическую структуру, характерную для монокристаллов АИГ. Установлено, что вхождение ионов ванадия в структуру кристаллов АИГ и замещение ими ионов Al3+ сопровождается деформацией элементарной ячейки. Показано, что это явление наблюдается как в монокристаллах АИГ:V, выращенных высокотемпературным методом, так и в дисперсных порошках, изготовленных низкотемпературным полимерно-солевым синтезом. Экспериментальные результаты, полученные методом инфракрасной спектроскопии, показали близость структуры нанопорошков и монокристаллов АИГ:V. Обсуждение. Синтезированные дисперсные порошки могут быть использованы для создания светопоглощающей оптической керамики или органо-неорганических композитов.

Представлены результаты реализации метода двойной аутентификации Ривеста Шамира Адельмана с оптимальной ключевой настройкой для эффективного обмена данными в облаке в рамках управления медицинскими данными. Работа системы начинается с регистрации пользователя в доверенном центре и заполнения его данных. Схема аутентификации, использующая шифр Цезаря и алгоритм защищенного хеширования 512, обеспечивает целостность системы. В процессе шифрования применяется метод Ривеста Шамира Адельмана (RSA) с оптимальной настройкой ключей для безопасной передачи файлов. Для улучшения процедур создания ключей задействован метод улучшенного алгоритма оптимизации «бабочка», позволяющий максимизировать пропускную способность. В результате пользователь выполняет двойную аутентификацию для доступа к файлам и их загрузки с облачного сервера. Этот дополнительный уровень аутентификации повышает устойчивость системы к несанкционированному доступу, гарантируя, что только законные пользователи могут взаимодействовать с медицинскими данными, хранящимися в облаке. Полученные результаты показали, что предложенная система превосходит другие современные системы, обеспечивая безопасный обмен и загрузку данных в облачные среды о состоянии здоровья пациентов.

Введение. Рассмотрены методы и алгоритмы восстановления смазанных и зашумленных изображений путем численного решения интегральных уравнений. Применение алгоритмов показано на примере восстановления искаженных изображений небесных тел — Сатурна, Юпитера и их спутников на фоне звездного неба. Изображения объектов могут быть нечеткими, что при анализе требует увеличения экспозиции. Это может привести к несоответствию вращений Земли и телескопа и к смазыванию (размытию) изображения объекта. В работе предлагается устранять смаз путем математической и компьютерной обработок искаженного изображения. При этом тип и параметры смаза могут быть практически неизвестны или известны неточно. Новизна предлагаемого решения заключается в том, что тип и параметры искажения, а, следовательно, ядро интегрального уравнения или функция рассеяния точки, определяются оригинальным «спектральным методом». Метод. В прямой задаче моделирование смаза и шума на приемниках (телескопах) осуществляется путем вычисления интегралов типа свертки. В обратной задаче устранение смазывания изображения выполняется с помощью решения интегрального уравнения методом параметрической фильтрации Винера с использованием нового «спектрального метода» определения ядра интегрального уравнения, а также фильтрации шума медианным фильтром Тьюки и новым модифицированным фильтром. Получены оценки погрешности для каждой операции. Предложена методика, позволяющая путем применения математических и программных средств устранить искажения изображений планет, естественные и инструментальные шумы, размытость изображений, а также получить четкие изображения Сатурна, Юпитера и их спутников. Основные результаты. Неискаженные изображения планет выбраны из астрономических каталогов. Путем моделирования получено смазанное и зашумленное изображение Сатурна с заданными параметрами искажения (углом θ и величиной Δ смаза), а также натурное искаженное изображение Юпитера с неизвестными параметрами искажения, определенными «спектральным методом». Продемонстрировано восстановление изображения Сатурна с его спутниками путем решения интегрального уравнения. Показаны результаты обработки изображения Юпитера, когда для устранения смаза изображения посредством решения интегрального уравнения использован «спектральный метод» определения параметров размытия, а следовательно, функции рассеяния точки и ядра интегрального уравнения. Работоспособность представленного метода определена путем визуальной оценки восстановленного изображения и путем расчета ошибки восстановления. Обсуждение. Предложенная методика позволяет устранять на изображениях различных космических объектов естественный или инструментальный шум, а также смаз изображения, выделять слабые объекты (спутники и иные объекты) на фоне звезд.

Введение. Постоянно возникающая потребность увеличения эффективности решения задач классификации и предсказания поведения объектов наблюдения вызывает необходимость совершенствования методов обработки данных. В работе предлагается метод повышения показателей качества моделей машинного обучения в задачах регрессии и прогнозирования. Метод. Предложенная обработка информационных последовательностей предполагает применение сегментации входных данных. В результате разделения данных образуются сегменты с различными свойствами объектов наблюдения. Новизна метода заключается в разделении последовательности на сегменты c использованием функционала качества моделей обработки на подвыборках данных. Это позволяет применять лучшие по качественным показателям модели на разных сегментах данных. Полученные сегменты являются отдельными подвыборками, на которые назначаются лучшие по качественным показателям модели и алгоритмы машинного обучения. Основные результаты. Для оценки качества предлагаемого решения выполнен эксперимент с использованием модельных данных и множественной регрессии. Рассчитанные значения показателя качества Root Mean Squared Error (RMSE) для выбранных алгоритмов на экспериментальной выборке и при различном количестве сегментов продемонстрировали повышение качественных показателей отдельных алгоритмов при увеличении количества сегментов. Предлагаемый метод позволяет повысить показатели RMSE в среднем на 7 % за счет сегментации и назначения моделей, которые имеют наилучшие показатели в отдельных сегментах. Обсуждение. Результаты метода могут применяться дополнительно при разработке моделей и методов обработки данных. Представленное решение направлено на дальнейшее усовершенствование и расширение ансамблевых методов. Формирование многоуровневых модельных структур, осуществляющих обработку, анализ поступающих информационных потоков и назначение наиболее подходящей модели для решения текущей задачи, позволяет уменьшить сложность и ресурсоемкость классических ансамблевых методов. В результате уменьшено влияние проблемы переобучения, снижена зависимость результатов обработки от базовых моделей, повышена оперативность настройки базовых алгоритмов в случае трансформации свойств данных и улучшена интерпретируемость результатов.

Предложен метод устранения размытия видеоизображения при движении. Метод реализуется в три этапа. Оценка размытия достигается за счет предварительной информации о градиенте распределения изображения. Ориентационный фильтр Гаусса (Gaussian Orientation Filter, GOF) соответствует априорной информации для нахождения коэффициентов регрессии. Представленный метод объединяет различные параметры оценки GOF для создания фильтра размытия. Параметры оценки фиксированы и устанавливают размытие видеоизображения без увеличения шума и нежелательных артефактов. Выполненная оптимизация решает проблему за счет минимизации функции потерь. Предлагаемый метод применим к видеоизображениям, полученным с помощью современных смартфонов на открытом воздухе и в помещении. Результаты эксперимента являются точными для модели полного регрессионного размытия в движении. Продолжительность типового эксперимента по набору видеоданных 23 с, размер набора данных 228 Мп. Оценка измерений установлена по времени потребителя, по показателю индекса структурного сходства и пикового отношения сигнал-шум. Экспериментальные результаты показывают, что фаза устранения артефактов видеоизображений требует меньше вычислительного времени. Предложенный метод имеет минимизируемую функцию стоимости и формирует качественное изображение.

Введение. Искусственный интеллект получил широкое распространение в задачах обработки изображений. Вместе с тем в системах, реализующих технологии искусственного интеллекта, растет количество уязвимостей (увеличивается поверхность атаки). Основные угрозы информационной безопасности могут быть реализованы посредством внесения вредоносных возмущений во входные данные вне зависимости от их типа. Для обнаружения таких атак были разработаны подходы и методы, основанные, в частности, на применении автокодировщика или анализе слоев целевой нейронной сети. Недостатком существующих методов, значительно снижающих области их применения, является привязка к набору данных или архитектуре модели. В данной работе рассматриваются вопросы расширения областей применения (повышения масштабируемости) методов обнаружения, оптимизированных по псевдонорме L0 искажений, вносимых неконвенциональными пиксельными атаками. Предложен подход к обнаружению пиксельных атак методами статистического анализа входных данных независимо от модели и набора данных. Метод. Предполагается, что пикселы возмущения, встроенные в изображение при адресации атаки, оптимизированной по L0, будут считаться одновременно и локальными, и глобальными выбросами. Обнаружение выбросов выполняется с использованием таких статистических метрик, как отклонение от ближайших соседей и расстояние Махаланобиса. Оценка каждого пиксела (оценка аномальности) производится как произведение статистических метрик. Для обнаружения атаки применяется алгоритм отсечения по порогу. При обнаружении пиксела, для которого полученная оценка превышает некоторый порог, изображение признается искаженным. Основные результаты. Апробация подхода выполнена на наборах данных CIFAR-10 и MNIST. Разработанный метод продемонстрировал высокую точность обнаружения атак. На наборе данных CIFAR-10 точность обнаружения однопиксельной атаки (accuracy) составила 94,3 %, а при обнаружении атаки по карте значимости на основе Якобиана (Jacobian based Saliency Map Attack, JSMA) — 98,3 %. Представленный подход может быть использован в задачах обнаружения искаженных пикселов. Обсуждение. Предложенный подход применим для обнаружения однопиксельных атак и JSMA, но потенциально может быть использован для любых искажений, оптимизированных по L0. Подход применим к цветным изображениям и изображениям в оттенках серого независимо от набора данных. Рассмотренный подход потенциально универсален к архитектуре нейронной сети, поскольку для обнаружения атак использует исключительно входные данные. Подход может быть использован для обнаружения искаженных неконвенциональными пиксельными атаками изображений в обучающей выборке до формирования модели.

Предмет исследования. Представлены результаты исследования малых поперечных колебаний струны и балки Бернулли–Эйлера с сосредоточенным включением. Физические характеристики струны и балки считаются постоянными величинами, а включение моделируется с помощью дельта-функции Дирака и описывается двумя параметрами: местоположением и массой. Рассматривается задача об определении этих параметров по измерению сдвига резонансной частоты. Метод. В качестве основного метода исследования предложено разложение функции перемещения по собственным формам. Коэффициенты разложения определяются с помощью метода Гринберга. В случае точечного дефекта их подстановка в исходное разложение позволяет получить характеристическое уравнение, определяющее влияние включения на собственные частоты струны и балки. Основные результаты. Представлено аналитическое решение задачи о малых поперечных колебаниях струны и балки Бернулли–Эйлера с точечным включением. Предложен метод нахождения частотных уравнений, полностью определяющих его влияние на спектр колебаний. На основе предложенного метода выведены соотношения, позволяющие идентифицировать параметры включения, получены зависимости этих параметров от сдвига резонансной частоты. Показана возможность независимого определения массы и местоположения дефекта по измерению сдвига двух собственных частот. Обсуждение. Работа направлена на развитие аналитических методов моделирования динамики континуальных механических систем с неоднородной структурой. Описание их динамического отклика представляет значительный практический интерес при создании различного типа датчиков, таких как акселерометры, датчики скорости, давления и другие. Полученные результаты могут быть использованы при разработке детекторов массы, работа которых основана на изменении собственной частоты колебаний.

Введение. Рассмотрена задача восстановления нестационарного теплового потока от хладоносителя к теплоаккумулирующему веществу отдельного элемента теплового аккумулятора. Решение задачи позволяет избежать ошибок, связанных с усреднением теплового потока по всем аккумуляторным элементам, и предоставляет возможность находить оптимальные размеры и состав наполнителя для каждого элемента аккумулятора. Задача особенно актуальна для каскадных аккумуляторов, где одновременно применяются элементы с различными наполнителями. Метод. Проведено сравнение двух методов решения задачи. Первый метод основан на численном моделировании процесса разрядки аккумулятора тепловой энергии с использованием программного пакета Computational Fluid Dynamics. Второй метод, представленный в настоящей работе, основан на параметрической идентификации дифференциально-разностной модели переноса тепла с решением обратной задачи теплопроводности совместно со сквозным счетом. Предлагаемый метод позволяет сглаживать скачкообразно изменяющиеся теплофизические характеристики и учитывать подвижную границу раздела фаз вещества. Основные результаты. Метод решения обратной задачи теплопроводности дает возможность существенно уменьшить время восстановления нестационарных граничных условий теплообмена для всего аккумулятора. В результате снижаются требования к вычислительным ресурсам при проектировании и оптимизации аккумулятора за счет облегчения экспериментального перебора. Впервые рассмотрено и предложено применение метода параметрической идентификации и сквозного счета при решении задачи Стефана. Обсуждение. Полученные результаты могут быть использованы для вычисления теплового потока от отдельного элемента аккумулятора тепловой энергии.

Введение. Современные радиолокационные станции (РЛС) мониторинга космического пространства одновременно решают по несколько разноплановых задач обнаружения и сопровождения большого числа объектов. Данное обстоятельство обуславливает актуальность оптимизации распределения временного ресурса между задачами в условиях большого потока объектов мониторинга. Анализ потенциальных возможностей существующих методов распределения временного ресурса между текущими задачами РЛС показал, что распределение ресурса, основанное на статически заданной системе приоритетов целей, не позволяет оптимально управлять временным ресурсом. В работе представлен оригинальный способ решения задачи динамического распределения временного ресурса между задачами РЛС, основанный на использовании теории нечетких множеств. Показано, что использование математического аппарата нечеткой логики позволяет учитывать влияние на функционирование РЛС особенностей режимов работы РЛС, в том числе для высокоточного измерения координат космического объекта. Также теория нечетких множеств учитывает текущие значения характеристик РЛС и деструктивное влияние ряда внешних параметров в реальном масштабе времени. Метод. Задача управления временным ресурсом РЛС формализуется как поиск оптимального расписания работы станции в эфире (распределения ресурса между задачами) с целью минимизации количества пропусков целей. Для решения этой задачи применяется теория нечетких множеств, что позволяет учесть неопределенность и динамику изменения количества космических объектов в секторе обзора РЛС. Основные результаты. Приведено описание основных операций алгоритма управления ресурсом РЛС, продемонстрированы результаты работы алгоритма, обеспечивающие оптимальное распределение между текущими задачами. Обсуждение. В отличие от известных методов распределения временного ресурса между текущими задачами РЛС, использование теории нечетких множеств применительно к задаче управления временным ресурсом РЛС позволяет гибко реагировать на изменения внешних условий выполнения задач в условиях временных ограничений. В перспективе данный подход может быть адаптирован и применен в других областях, где существует необходимость оптимизации ресурсов при условии их ограниченности и неопределенности внешних факторов.

Введение. Рассмотрена методика расчета биомеханических характеристик голеностопного сустава: жесткости сустава и моментов инерции стопы. В основу исследований положены экспериментальные данные сгибанияразгибания-ротации голеностопного сустава и реакций стопы при ходьбе, полученные в лаборатории кинезиологии и биомеханики Тартуского университета Эстонии. Метод. При расчете моментов инерции стопы применен закон сохранения кинетического момента с использованием данных о реакции стопы и последующей оценки импульса реактивной силы. Для оценки жесткости голеностопного сустава использованы данные эксперимента в фазе переноса стопы. Основные результаты. На основании экспериментальных данных реакций ступни и данных маркеров по угловым перемещениям рассчитаны моменты инерции стопы относительно двух осей голеностопного сустава. Для оценки жесткости сустава использованы данные эксперимента в фазе переноса стопы с последующим моделированием ее движения в этой фазе. Обсуждение. Результаты исследования могут помочь в разработке роботов с нижними конечностями. Кроме того, линейку данных по жесткостям голеностопного сустава можно использовать в качестве основы при разработке протоколов реабилитации сустава для конкретного пациента.