Описаны результаты работ по созданию комплекса аппаратных средств высшей точности для воспроизведения и передачи единицы длины. Описан состав комплекса. Создание комплекса направлено на повышение научного и технологического уровня Российской Федерации и обеспечение единства измерений длины. Данный комплекс станет основой для дальнейшего развития эталонной базы Российской Федерации в области измерений длины и позволит осуществлять воспроизведение единицы длины на двух длинах волн – 633 и 532 нм, а также измерять длину волны в вакууме лазерных источников излучения в диапазоне 500–1050 нм. 

Приведены результаты исследований и усовершенствования Государственного первичного эталона твёрдости металлов по шкале Шора D ГЭТ 161-2001. Совершенствование эталона происходило во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) с 2016 по 2018 гг. с целью обеспечения единства измерений твёрдости по шкалам Либа. Разработаны и созданы новые узлы эталона – установки для воспроизведения чисел твёрдости по шкалам Либа. Утверждён Государственный первичный эталон твёрдости металлов по шкале Шора D и шкалам Либа ГЭТ 161-2019. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 161-2019, составлен бюджет неопределённости измерений при воспроизведении чисел твёрдости по шкалам Либа.

Рассмотрена задача высокоточного определения пространственной ориентации антенн радиотехнических комплексов, размещённых на высотных мачтах различных конструкций. Установлено, что применяемые в настоящее время методы, основанные на измерениях спутниковых навигационных систем и автономных измерениях бесплатформенных инерциальных систем ориентации, не обеспечивают требуемой точности решения поставленной задачи. Показано, что низкая точность существующих методов обусловлена как слабой помехоустойчивостью алгоритмов обработки информации, так и отсутствием возможности учёта динамических свойств параметров ориентации, измеряемых в условиях помех высокой интенсивности, свойства которых, как правило, не учитываются. Предложен динамический алгоритм оценки стохастических параметров ориентации антенны радиотехнического комплекса, инвариантный к характеру движения основания мачты и обеспечивающий устойчивость и требуемую точность оценивания при общих предположениях о характере помех чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной системы ориентации. В качестве наблюдаемого вектора состояния – вектора параметров ориентации антенны, использован вектор параметров Родрига–Гамильтона, а в качестве вектора наблюдения за ним – вектор измерений датчиков угловой скорости бесплатформенной инерциальной системы. В приборный состав бесплатформенной инерциальной системы входят три акселерометра и три датчика угловой скорости, расположенные ортогонально в центре масс антенны. На основании полученных нелинейных стохастических уравнений динамики изменения вектора параметров текущей ориентации бесплатформенной инерциальной системы ориентации на подвижном основании и уравнений их наблюдения – стохастической модели сигналов измерения чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной системы ориентации, построен нелинейный (обобщённый) фильтр Калмана, обеспечивающий искомое решение задачи оценки параметров текущей ориентации антенны на возмущённом основании. Приведены результаты проведённого численного эксперимента, сделан вывод о возможности применения фильтра для решения задачи оперативной ориентации антенн радиотехнических комплексов с использованием средне- и высокоточных бесплатформенных инерциальных систем ориентации и без коррекции в течение длительного времени.

Рассмотрена конструкция и принцип действия мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические. Данный преобразователь выполнен на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, состоящего из набора оптических аттенюаторов и волоконно-оптического сумматора. Разработана обобщённая математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя, объединяющая в себе частные математические модели функционирования волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, фотоусилителя и преобразователя напряжения в код с двойным интегрированием. Модель представлена в виде аналитических выражений для определения выходного электрического кода в зависимости от значений разрядных цифр входного механического кода с учётом комплекса конструктивных, схемотехнических и энергетических параметров преобразователя. Предложено аналитическое описание преобразованных сигналов частоты в код. Разработан алгоритм численного анализа математической модели функционирования исследуемого устройства, обеспечивающий получение значений предельно допустимых инструментальных погрешностей изготовления элементов преобразователя, при которых реализуется полная достоверность работы устройства. Представленные результаты могут быть использованы для разработки мультисенсорных преобразователей бинарных перемещений систем управления, контроля и мониторинга энергонасыщенных объектов, для которых высокая помехозащищённость, электрическая нейтральность, низкая химическая активность и информационная безопасность имеют первостепенное значение.

Предложена методика исследования погрешности лазерного динамического гониометра методом кросс-калибровки с использованием созданного расчётного алгоритма. Алгоритм основан на методе последовательных разворотов многогранной призмы относительно кольцевого лазера из состава гониометра. Представлены результаты применения указанного расчётного алгоритма для оценивания погрешности лазерного динамического гониометра. Определён доминирующий источник погрешности данного гониометра – неравномерность угловой шкалы кольцевого лазера, которая обусловлена наклоном шкалы к оси вращения шпинделя гониометра. Вычислены и введены в расчётный алгоритм корректирующие поправки, что позволило уменьшить систематическую погрешность гониометра до 0,03″.

Описано высокочувствительное устройство измерения параметров поперечного распределения энергии в пучке инфракрасного излучения, входящее в состав автоматизированной системы синтеза динамических и статических инфракрасных изображений. Система предназначена для контроля характеристик матричных фотоприёмных устройств в области спектра 2,5–4,6 мкм при уровнях облучённости в диапазоне 10–9–10–5 Вт/см2. Устройство подлежит периодической градуировке и проверке точности перемещений линейных подвижек ножа Фуко по двум координатам. Измерения с применением устройства выполняют в соответствии с государственным и отраслевым стандартами РФ. Погрешность сканирования по каждой координате не превышает 1 мкм. Устройство выполняет измерения функции концентрации энергии, коэффициента концентрации энергии в плоскости сформированного изображения в рабочих спектральном и динамическом диапазонах системы.

Оптические технологии измерения электрических величин в высоковольтной электроэнергетике обладают уникальными свойствами и значительными достоинствами: использование оптических волокон обеспечивает высокую устойчивость измерительного оборудования к электромагнитным помехам и гальваническую развязку высоковольтных датчиков; на передаваемые от оптических датчиков по волоконно-оптическим линиям связи данные не оказывают влияние внешние электромагнитные поля; исключаются проблемы, связанные с контурами заземления, отсутствуют побочные электромагнитные излучения и перекрёстные помехи между каналами. Представлена структура и принцип действия квазираспределённой рециркуляционной оптоволоконной системы мониторинга высоковольтных напряжений. Чувствительный элемент системы – комбинация пьезокерамической трубки с волоконным световодом, в котором происходит обратный поперечный пьезоэффект. Принцип измерения электрического напряжения основан на регистрации изменения частоты рециркуляции под воздействием приложенного напряжения. При расположении измерительных секций в порядке возрастания измеряемых действующих напряжений относительно приёмопередающего блока достигается относительная разрешающая способность 0,30–0,45 % для PZT-5Н и 0,8–1,2 % для PZT-4 в диапазоне напряжений 20–150 кВ.

В последние годы широко распространён оптический метод исследования тонкого пограничного слоя сред, основанный на явлении поверхностного плазмонного резонанса. Одно из достоинств этого метода – экспериментально установленная высокая чувствительность. Согласно теоретическим расчётам большей чувствительностью обладает другой схожий оптический метод исследования на основе явления нарушенного полного внутреннего отражения. Выполнено сравнение чувствительностей к изменению показателя преломления тонкого пограничного слоя исследуемой среды двух указанных оптических рефрактометрических методов – поверхностного плазмонного резонанса и нарушенного полного внутреннего отражения. Показано, что в одинаковых экспериментальных условиях оба метода имеют схожие чувствительности к изменению показателя преломления тонкого пограничного слоя изучаемой среды и поэтому каждый из них достоин внимания при выборе метода исследования в каждом конкретном случае.

Для современного материаловедения актуален вопрос о возможности визуализации многомасштабных явлений, развивающихся на поверхности  ерамического материала, который характеризуется высокой дисперсностью структурных элементов. Показана целесообразность применения вейвлет-анализа для визуализации и измерения структурных элементов поверхности керамических образцов. Приведены экспериментальные результаты обработки изображений поверхности образцов с использованием вейвлет-анализа. Рассмотрены примеры применения вейвлет-преобразования для исследования модельных изображений типа «шахматная доска» с простой геометрией и точно известными размерами структурных элементов. Выведено соотношение, связывающее размер частиц с параметром масштаба вейвлет-спектра. Предложен простой метод для регистрации и количественной оценки структурных изменений, происходящих в высокодисперсных керамических образцах под воздействием сверхвысокочастотного поля. Получен эффект уменьшения в среднем на 20 % размеров структурных элементов (частиц) поверхности таких керамических образцов, обработанных микроволновым излучением. Поверхность обработанных образцов становится более однородной, что чрезвычайно перспективно для разработки технологии получения мелкодисперсных керамических материалов.

Показано, что точность передачи эталонных сигналов по длинному коаксиальному кабелю зависит от перепадов температуры отдельных сегментов кабеля. Температурные воздействия на нестабильность частоты передаваемых эталонных сигналов частоты и времени оценены по интегральной температуре кабеля. Для повышения точности передачи эталонных сигналов по коаксиальному кабелю предложено использовать метод определения интегральной температуры длинного кабеля, метод компенсации интегральной температуры длинного коаксиального кабеля, а также метод термостабилизации с применением пропорционально-интегрально-дифференцирующего алгоритма и распределённого нагревателя.

Представлен экспериментальный способ определения минимального интервала времени заполнения накопительной ёмкости рабочей жидкостью при воспроизведении единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости установкой поверочной с весовым устройством. Экспериментальные исследования выполнены в широком диапазоне массового расхода 11,10–83,26 кг/с (40–300 т/ч) при многократном статическом взвешивании рабочей жидкости. Переключатель потока выполнен с фиксированной геометрией проточной части среза сопла, что характерно для большого количества находящихся в эксплуатации в нашей стране установок поверочных с весовыми устройствами. Полученные по результатам исследований графические зависимости массового расхода от времени заполнения накопительной ёмкости являются базисом оптимизации процесса воспроизведения единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости установок поверочных с весовыми устройствами. Данные графические зависимости позволили сформировать рекомендации по обоснованному выбору минимального интервала времени заполнения рабочей жидкостью накопительной ёмкости в исследованном диапазоне массового расхода. Оптимизация апробирована и может быть распространена на установки поверочные с весовыми устройствами от различных изготовителей с индивидуальными конструктивными и режимными параметрами.

Рассмотрены принципы построения современных эталонов в области единиц электрических величин, основанные на квантовых эффектах и фундаментальных константах в соответствии с новыми определениями Международной системы единиц. Исследованы используемые методы построения квантовых измерительных преобразователей, а также режимы работы экспериментальной установки. Создан экспериментальный образец эталонного комплекса. Описано разработанное под данную задачу программное обеспечение. Приведена методика измерений. Показано, что результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований, хорошо согласуются с теоретическими исследованиями. Сформулированы выводы о возможном использовании результатов исследований в построении новых эталонных комплексов и определены задачи для будущих исследований. Показано, что эталоны единиц электрических величин на основе квантовых эффектов и фундаментальных констант находят применение в метрологии средств измерений электрических величин.