Измерения для глобальной торговли

Показана необходимость разработки дополнительных нормативных документов для повышения экономической эффективности эксплуатации атомных электростанций и снижения трудоёмкости поверки их измерительных каналов. Предложено регламентировать положения о возможности поверять измерительные каналы атомных электростанций покомпонентно или комплектно основным и альтернативными способами в зависимости от требований к достоверности результатов поверки. В качестве альтернативных способов комплектной поверки выделены равноточный, перекрёстный и комбинированный способы. Обозначены основные задачи, которые требуется решить для разработки нормативных документов, представлены требования к их основным положениям. Показано, что в разрабатываемых нормативных документах регламентирование положений об использовании на атомных электростанциях способов комплектной поверки измерительных каналов позволит контролировать погрешность канала как единого средства измерений без демонтажа компонентов, сократить время, выделяемое на поверку в период останова энергоблока и сохранить достоверность результатов поверки измерительного канала на приемлемом уровне. Приведён пример методики оценки достоверности способов комплектной поверки, как одного из важнейших критериев выбора способа поверки.

Рассмотрены проблемы наноизмерений рельефа поверхности при экспериментальных исследованиях её разрушения под действием внешнего физического процесса, например эрозии поверхности твёрдого тела под действием мощных пучков заряженных частиц в различных внешних условиях, либо в условиях трения двух поверхностей. В настоящее время результаты измерений рельефа поверхности образцов в нанометровом диапазоне имеют вероятностный характер и не могут считаться надёжными и достоверными, если не указаны параметры неровностей поверхности образца и зонда, углы при вершине зонда и наклона кантилевера, а также наилучшее разрешение (наименьший шаг) измерений. Для повышения надёжности измерений рельефа поверхности с помощью атомно-силовых микроскопов необходимо в несколько раз повысить точность изготовления зондов, а также использовать зонды с наименьшим возможным углом при вершине. Кроме того, необходимо внести изменения в конструкцию микроскопов, в частности предусмотреть автоматический поворот предметного стола, чтобы направление оси зонда было близким к нормали к средней плоскости образца, а также геометрически увеличить длину консоли микроскопа, чтобы её основание было расположено за пределами образца. Предложено достаточное условие определения надёжности измерений рельефа поверхности образца методом атомно-силовой микроскопии для относительно небольших углов наклона кантилевера. Создана простая геометрическая модель определения нелокального контакта зонда и шероховатой поверхности. Установлена связь между основными геометрическими параметрами шероховатости поверхности, геометрическими отклонениями зонда, углов наклона кантилевера и наклона боковых граней зонда, а также размерами нелокальной точки вероятного контакта его боковых граней с выступами шероховатости. В качестве достаточного условия надёжности указанных измерений методом атомно-силовой микроскопии принято очевидное требование малости отношения размеров нелокальной точки к расстоянию между соседними нелокальными точками. 

Описаны результаты работ 2015–2020 гг. по совершенствованию методов и средств Главного метрологического центра Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли. Модернизация осуществлялась как в части аппаратного обеспечения, так и программного обеспечения. В настоящее время в результате проведённых работ в Главном метрологическом центре Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли имеется программный коррелятор, обновлены средства вычислительной техники, создан Центр обработки и анализа данных Главного метрологического центра Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли. В настоящее время Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений обладает спутниковым лазерным дальномером нового поколения, созданным Научно-производственной корпорацией «Системы прецизионного приборостроения». Разработан новый программный комплекс обработки лазерных измерений, создано программное обеспечение для обработки лунных лазерных дальномерных измерений. Разработан программный комплекс определения и метрологического обеспечения орбит космических аппаратов российской и американской глобальных навигационных спутниковых систем. Модернизировано программное обеспечение для обработки измерений на радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами и программное обеспечение для совместной обработки данных. Развитие средств определения и прогнозирования параметров вращения Земли во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений шло в русле современных международных тенденций, что позволило обеспечить проведение работ, направленных на определение и прогнозирование параметров вращения Земли, на высоком международном уровне.

Рассмотрены проблемы прецизионных измерений интервалов времени, результаты которых необходимы, например, для оценки метрологических характеристик структурных комплексов космических навигационных систем. Спроектирован прецизионный измеритель временны́х интервалов. Установлена зависимость между показаниями измерителя и размером измеряемой величины. Разработана и опробована методика предварительной калибровки фазового интерполятора с неравномерным шагом квантования из состава прецизионного измерителя временны́х интервалов. В процессе создания методики выбрано оптимальное значение опорной частоты и рассчитан оптимальный размер измерительной матрицы, состоящей из последовательно соединённых логических вентилей. Определена степень влияния температуры кристалла (интегральной микросхемы) FPGA на работу фазового интерполятора. Выработаны требования к испытательным сигналам и оценена возможность применения эталонных сигналов вторичных эталонов времени и частоты (например, Государственного вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7) в процессе предварительной калибровки фазового интерполятора. Разработано специальное программное обеспечение для определения границ субквантов фазового интерполятора с разрешением единицы пикосекунд, рассчитаны функции плотности вероятности переходного процесса от одного субкванта к последующему. Приведены требования к спектральному составу частоты опорного сигнала и определена частотная отстройка испытательного сигнала относительно опорного. Верификация разработанной методики предварительной калибровки временно́го положения фазовых переходов интерполятора осуществлена путём повторных калибровок и сопоставления полученных результатов.

Рассмотрена актуальная в эпоху цифровой трансформации технологических процессов в промышленности и науке проблема разработки и создания интеллектуальных датчиков расходов сыпучих и жидких веществ, транспортируемых по трубопроводам. С этой целью в статье предложены новые подходы к повышению точности измерений микроволновых расходомеров. С учётом характеристик распространяющихся по трубопроводу электромагнитных волн проведён анализ волны, рассеянной на неоднородностях контролируемой среды. Выявлены особенности преобразования поляризованной рассеянной волны, ограничивающие геометрические размеры трубопровода и оптимизирующие значения полезного рассеянного сигнала. Обоснована целесообразность съёма информационного сигнала с ортогональной поляризацией рассеянной волны и через направленный ответвитель. Разработана методика оценки точности измерений с привязкой отношения сигнал– шум на входе устройства обработки. Показано, что результаты исследований можно использовать в криогенном машиностроении для измерений объёмного и массового расходов жидких криопродуктов.

Рассмотрены проблемы контроля состояния текущей жидкости при её использовании в различных отраслях промышленности, энергетики и сельском хозяйстве. Представлены средства контроля состояния текущей жидкости, принцип работы которых основан на явлении ядерного магнитного резонанса. Такие средства контроля свободны от недостатков и ограничений по применению, присущих оптическим анализаторам и проточным рефрактометрам. Контролируемыми параметрами при использовании средств контроля на основе явления ядерного магнитного резонанса являются времена релаксации текущей жидкости, в частности, наибольшие сложности возникают при измерении времени продольной релаксации. Предложен метод контроля времени продольной релаксации текущей жидкости во всём диапазоне измерения её расхода. Для реализации нового метода разработана конструкция ядерно-магнитного расходомера-релаксометра. Полученные данные сопоставлены с результатами измерений времён продольной релаксации жидких сред в стационарном состоянии на промышленном ядерно-магнитном релаксометре и установлено их совпадение в пределах погрешности измерений. 

Рассмотрены проблемы выявления дефектных участков поверхности контролируемых объектов и оценивания параметров дефекта. Описано использование магнитоизмерительных преобразователей в качестве средств регистрации и измерения параметров локально распределённых магнитных полей, возникающих над дефектными участками поверхности контролируемого объекта в приложенном постоянном магнитном поле. Предложены алгоритмы для количественной оценки соотношения информативной и фоновой составляющих выходного сигнала магнитоизмерительных преобразователей. Приведена методика разделения информативной и фоновой составляющих. Методика основана на свойстве суммирования и детерминированном характере распределений напряжённости магнитного поля дефекта и фонового магнитного поля вдоль оси координат, параллельной контролируемой поверхности, а также на анализе топографии распределения напряжённости магнитного поля. Обоснован подход к выбору и экспериментальному определению оценочных параметров, характеризующих уровни информативного и фонового сигналов. Приведены формулы для вычисления отношения сигнал–фон по измеренным значениям оценочных параметров применительно к одинарным магнитостатическим, дифференциальным магнитостатическим и дифференцирующим магнитоизмерительным преобразователям с учётом направления ориентации (нормального, тангенциального) их оси чувствительности. Представлены результаты расчёта отношения сигнал–фон на примере анализа выходного сигнала магнитоизмерительного преобразователя при регистрации распределения напряжённости магнитного поля над поверхностью контрольного образца с искусственными дефектами заданных размеров. Выполнен сравнительный анализ рассматриваемых видов магнитоизмерительных преобразователей по отношению сигнал–фон и даны общие рекомендации по повышению значения этого отношения.

Рассмотрены вопросы применения градиентометрии в магниторазведке. Во многих случаях для решения разных геологических задач важна информация о напряжённости геомагнитного поля и его градиентах, измеряемых специальной аппаратурой. Приведены результаты разработки и построения трёхкомпонентного феррозондового магнитометра-градиентометра, предназначенного для измерений на земной поверхности абсолютных значений трёх составляющих вектора напряжённости геомагнитного поля и соответствующих им трёх составляющих градиента. Установка в приборе дополнительных измерительных датчиков – акселерометров, позволяет вычислять ориентацию этих векторов в пространстве. Описано устройство магнитометра-градиентометра, представлена его функциональная схема и принцип работы. Рассмотрена совокупность инструментальных погрешностей, возникающих при изготовлении трёхосевых систем феррозондов и акселерометров, предназначенных для измерения составляющих напряжённости геомагнитного поля и определения ориентации прибора. Представлена методика нахождения инструментальных погрешностей и алгоритмической коррекции информационных сигналов, которые поступают от измерительных датчиков. Показано, что данная методика обеспечивает существенное повышение точности измерений. Приведены примеры полевых испытаний прибора. Представленный магнитометр-градиентометр можно использовать для точной локализации тектонических нарушений, маломощных зон магнитной минерализации, ранее выявленных рудных тел и определения деталей их строения.

Статья написана в развитие идей из предыдущей работы авторов [5]. Рассмотрена задача автоматизированного контроля качества голосовых образцов, зарегистрированных и хранящихся в Единой биометрической системе России. Предложено решение проблемы своевременного обновления собранных образцов, так как с течением времени они утрачивают свои потребительские качества. Исследован новый показатель акустического качества голосовых образцов в информационной метрике Кульбака–Лейблера и предложен метод его измерений в моменты обращений пользователей в систему с запросами на обслуживание. Показан пример практической реализации предложенного метода в режиме реального времени. С применением авторского программного обеспечения проведён натурный эксперимент, получены количественные оценки периода обновления голосовых образцов, даны рекомендации по их практическому применению. Полученные результаты можно использовать при разработке новых и модернизации существующих систем и технологий автоматизированного контроля качества и адаптивного обновления образцов биометрических персональных данных.

Для определения соответствия имплантируемого медицинского изделия требованиям безопасности в магнитно-резонансной томографии необходима экспериментальная оценка нагрева этого изделия за время исследования. Применение традиционных методов, таких как термопарные измерения или радиационная термометрия, затруднительно в условиях кабинета магнитно-резонансной томографии. В работе предложена спектрометрическая система для измерения температуры в условиях кабинета магнитно-резонансной томографии. Разработанная система обладает чувствительностью 0,01 °C и погрешностью 0,1 % в диапазоне 10–50 °C. Используемые в системе датчики температуры представляют собой интерферометры Фабри–Перо. Описана конструкция датчиков и способ их калибровки. Апробация системы проведена при определении нагрева двух пассивных имплантатов за время исследования в магнитно-резонансном томографе с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Продемонстрировано соответствие разработанной системы принятым в магнитно-резонансной томографии рекомендациям по оценке нагрева имплантируемых медицинских изделий. Получено значение температуры, сопоставимое со значением, найденным при испытаниях данного имплантата по методике ASTM F 2182. Представленную измерительную систему можно использовать при оценке магнитно-резонансной совместимости имплантируемых медицинских изделий, при разработке протоколов сканирования пациентов с металлоконструкциями, а также для подтверждения или уточнения математических моделей теплопереноса.