Описаны основные этапы совершенствования Государственного первичного эталона единицы длины – метра. Описаны новые источники излучения и установки. Представлены результаты исследований метрологических характеристик источников эталонного излучения на длинах волн 633 и 532 нм. Исследования проведены с помощью He–Ne/ආ₂-лазера, стабилизированного по линии насыщенного поглощения в молекулярном йоде 127, установки для измерений разности частот источников лазерного излучения и комплекса аппаратуры для измерения частоты (длины волны в вакууме) лазеров в диапазоне длин волн 500–1050 нм на основе оптической частотной гребёнки. В результате исследований определены основные источники и границы составляющих неисключённой систематической погрешности и стандартной неопределённости по типу В, среднее квадратическое отклонение и стандартная неопределённость по типу А. Проведён сравнительный анализ метрологических характеристик ГЭТ 2-2010 и ГЭТ 2-2021, показывающий выполнение в ходе совершенствования эталона поставленных задач. Таким образом, стало возможным воспроизведение единицы длины на длине волны 633 нм со средним квадратическим отклонением 1,6·10^–12 и на длине волны 532 нм со средним квадратическим отклонением 1,3·10^–12, расширен диапазон передачи единицы длины источникам лазерного излучения и другим современным высокоточным средствам измерений. Полученные метрологические характеристики эталона не уступают лучшим мировым аналогам. Государственный эталон единицы длины – метра ГЭТ 2-2021 успешно прошёл испытания и утверждён приказом Росстандарта.

При экспериментальных исследованиях моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах используются высокоточные тензометрические весы, точность показаний которых зависит от температуры. Проанализированы и количественно оценены основные физические факторы, обусловливающие изменение показаний тензометрических весов под воздействием температуры. Рассмотрено влияние статической составляющей температурной погрешности на показания тензометрических весов. Описан метод введения температурных поправок к показаниям тензометрических весов с помощью коэффициента температурной чувствительности. Разработан метод определения коэффициента температурной чувствительности, применяемый в процессе испытаний в аэродинамических трубах в случае отсутствия специализированного калибровочного стенда с термокамерой. Описаны экспериментальное оборудование и процесс исследования шестикомпонентных внутримодельных тензометрических весов и количественно определено влияние статической составляющей температуры на их показания. Характерное значение коэффициента температурной чувствительности составило приблизительно 0,04 %/°C. Изменение показаний тензометрических весов при изменении их температуры на 3–4 °C превышает стандартное отклонение, полученное при калибровке весов. Это изменение показаний является систематической температурной погрешностью тензометрических весов и должно быть исключено из результатов измерений нагрузок весами в виде поправки к коэффициенту чувствительности или электрическому сигналу. Метод определения коэффициента температурной чувствительности компонент силы весов верифицирован результатами взвешивания модели летательного аппарата и метрических частей продольной и нормальной компонент силы весов в аэродинамической трубе.

При разработке средств измерений с учётом многообразия сигналов и влияющих на погрешности факторов актуальной проблемой является выбор метода дискретной вейвлет-фильтрации измерительных сигналов. Приведены результаты разработки алгоритма выбора метода дискретной вейвлет-фильтрации с учётом характера измерительного сигнала. Исследованы три наиболее распространённых метода дискретной вейвлет-фильтрации с последующим сравнительным анализом для двадцати типов измерительных сигналов. Проанализированы следующие методы вейвлет-фильтрации: с общим порогом для всех уровней декомпозиции; без порога с простым обнулением коэффициентов детализации до момента достижения минимальной среднеквадратичной погрешности фильтрации измерительных сигналов; с универсальным порогом для коэффициентов детализации на каждом уровне декомпозиции. Исследованы измерительные сигналы двадцати типов из библиотеки PyWavelets, к которым аддитивно добавлен некоррелированный нормально распределённый шум с нулевым математическим ожиданием и заданным средним квадратическим отклонением. Критерии для сравнения методов определены для зашумлённых сигналов до фильтрации и для отфильтрованных сигналов. В качестве критериев использованы разность отношений сигнал/шум, разность энтропийных погрешностей, среднеквадратичная погрешность фильтрации и функция измерительного сигнала. Для каждого метода фильтрации критерии сравнения определены из условия минимума среднеквадратичной погрешности, вносимой шумами в измерительный сигнал заданного типа. При выборе метода учитывались как энергетические, так и информационные характеристики сигналов. Циклическим перебором определены параметры фильтрации для достижения минимальной среднеквадратичной погрешности фильтрации. Предложенный алгоритм позволяет определять наиболее эффективные методы дискретной вейвлет-фильтрации в зависимости от характера измерительного сигнала. При этом разработчик решает одновременно две задачи: выбор метода фильтрации и определение параметров фильтрации.

Выполнен статистический анализ погрешностей томографических измерений поляризационно-запутанных состояний бифотонов, которые генерируются источниками на основе эффекта спонтанного параметрического рассеяния света. Детально проанализирован уровень квантовых флуктуаций в схеме совпадений, являющихся неустранимым источником погрешности томографических измерений. С помощью квантового томографа измерена матрица плотности квантового поляризационного состояния бифотонов в поляризационном состоянии Белла. Проведено сравнение инструментальных погрешностей с погрешностями, вызванными квантовыми флуктуациями. Показано, что нет никаких препятствий для создания томографического метрологического стенда, предназначенного для характеризации источников спонтанного параметрического рассеяния света, генерирующих поляризационно-запутанные бифотоны.

Описаны состав, принцип работы и основные метрологические характеристики рубидиевого репера частоты фонтанного типа, разработанного во ВНИИФТРИ. По результатам предварительных исследований составлен бюджет неопределённости рубидиевого репера частоты фонтанного типа. Рассмотрены физические эффекты, вызывающие наибольшие сдвиги измеряемой частоты, такие как квадратичный эффект Зеемана, излучение чёрного тела, гравитационный эффект, затягивание резонатора. Показано, что разработанный рубидиевый репер частоты имеет нестабильность неисключённая систематическая погрешность воспроизведения частоты составляет менее 2·10^–16. Представленные характеристики находятся на уровне лучших стандартов частоты фонтанного типа, разработанных к настоящему времени в различных метрологических институтах мира. Полученные результаты актуальны для сферы метрологического обеспечения в области измерений времени, частоты и формирования шкал времени.

Рассмотрена проблема поиска и верификации критериев выбора датчика определённого типа в зависимости от предполагаемого входного воздействия – критериев применимости датчика импульсного (динамического) давления, основанных на его динамических характеристиках. Систематизированы существующие положения в области измерения импульсных давлений. Экспериментально исследованы динамические характеристики датчиков импульсного давления нескольких типов, получены их передаточные функции и смоделированы отклики датчиков на задаваемое входное воздействие. Предложен экспериментальный метод получения передаточной функции с использованием пневматической ударной трубы и прикладных математических программных пакетов. Подтверждено отсутствие единого универсального критерия применимости датчика импульсного давления в зависимости от предполагаемого входного воздействия. Результаты исследования могут быть востребованы при выборе датчика необходимого типа для измерения импульсного (динамического) давления в различных задачах науки и техники.

Исследованы возможности увеличения точности бесконтактных температурных измерений. Предложен метод пирометрии поверхностей, при котором погрешности, обусловленные фоновым излучением сторонних излучателей, уменьшены с помощью перемещаемых отражающих экранов. Измерения температуры проведены серийным узкоугольным пирометром, визированным на поверхность через отверстие в полости экрана из волокнистого жаростойкого материала. Представлены результаты серии экспериментов, обосновывающих содержание и параметры операций метода измерений. В частности, отмечено понижение реальной температуры измеряемой поверхности приблизительно на 20–25 °С при вводе неохлаждаемых экранов в камеру теплового агрегата перед каждым измерением. Качественные результаты измерения температуры поверхности получены в условиях, когда экраны между измерениями оставались в рабочем пространстве печи, и проводились выравнивающие температуру выдержки экранов в течение 1–2 минут в позициях на поверхности сначала рядом, затем непосредственно над местом измерения температуры. Описаны результаты промышленных испытаний метода измерения. Метод измерения можно применять при технологических измерениях непосредственно на высокотемпературных агрегатах или при периодическом тестировании и определении поправок к показаниям стационарных пирометров.

Рассмотрен эффективный способ обнаружения поверхностных дефектов по аномалиям магнитных полей, возникающих над трещинами, сколами и расщелинами угловых элементов сложнопрофильных деталей из ферромагнитных материалов. Способ основан на спектральном анализе сигнала тангенциально ориентированного виброиндукционного преобразователя. Теоретически обоснованы амплитудно-фазовый метод анализа и исследование на основе математического моделирования сигнала виброиндукционного преобразователя в виде тригонометрического ряда. Представлены результаты регистрации и анализа распределения напряжённости магнитного поля, а также амплитудно-фазового спектра сигнала виброиндукционного преобразователя вдоль поверхности с эвольвентным и резьбовым профилями. Результаты получены на контрольных образцах зубчатого колеса, резьбовой шпильки и болта с искусственными дефектами. Сформулированы условия выявляемости дефектов по результатам измерений амплитуды и фазы первых двух гармоник сигнала виброиндукционного преобразователя. Определены параметры схемы контроля эвольвентных профилей и резьб со значениями модуля и шага порядка нескольких миллиметров, обеспечивающие возможность автоматизации процесса контроля при удовлетворительном соотношении сигнал/фон. Предложенный способ предназначен для контроля сплошности деталей, содержащих профилированные участки поверхности (галтельные переходы, эвольвентные, резьбовые и шлицевые профили и т. п.).

Изучено влияние параметров построения матрицы пространственной смежности на текстурные признаки в задачах распознавания клеток костного мозга в информационно-измерительных системах диагностики острых лейкозов. Исследовано по 100 изображений бластных клеток В- и Т-клеточных острых лимфобластных лейкозов. Рассмотрено пять рассчитанных на основе матрицы пространственной смежности текстурных признаков – энергия, момент инерции, локальная однородность, максимальная вероятность, энтропия. При построении матрицы смежности проанализированы варьируемые параметры – тип цветового компонента RGB-модели цветного изображения, расстояние и направление смежности. Для заданной выборки изображений диапазон расстояний смежности, в котором наблюдается наибольшее изменение значений текстурных признаков, составил 1–11 пикселов. Значения признаков разных типов изменяются в диапазоне 20–1700 %. Максимальная информативность получена для G-компонента цветного изображения у текстурного признака «локальная однородность» (коэффициент информативности 0,48) с расстоянием смежности 1 пиксел. Для практического применения рекомендовано использовать четыре направления смежности при построении матриц пространственной смежности. Полученные результаты важны специалистам, работающим в области проектирования информационно-измерительных систем онкогематологии (диагностика опасных онкологических заболеваний – острых лейкозов).

Изучена проблема стандартизации изображений, получаемых при микроскопических исследованиях с использованием систем цифровой микроскопии. Актуальность обеспечения воспроизводимости цвета на изображениях, получаемых различными системами цифровой микроскопии, обусловлена тем, что искажение цветов может приводить к терапевтическим ошибкам при интерпретации полученной информации. При различной аппаратной реализации систем цифровой микроскопии данная воспроизводимость может быть обеспечена цветовой калибровкой с использованием специальной меры. На основании анализа литературных источников сформулированы требования к разработке цветовой меры. Разработан и изготовлен прототип цветовой меры, состоящий из 97 полей цветного стекла. Координаты цвета и координаты цветности в пространстве CIE XYZ прототипа цветовой меры рассчитаны из экспериментально определённых спектральных распределений интенсивности прошедшего излучения. Проведено сравнительное исследование цветовых охватов предложенного прототипа цветовой меры и существующих мер для цветовой калибровки с учётом координат цветности наиболее часто используемых гистологических красителей.

Рассмотрены основные достоинства и недостатки газовых сенсоров, используемых при измерениях содержания ряда вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Перечислены основные стандарты и нормативные документы, устанавливающие требования к средствам измерений содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Описана экспериментальная установка для исследования характеристик амперометрических сенсоров, методика проведения и результаты эксперимента. Представлены результаты сравнительного анализа характеристик амперометрических сенсоров вредных газов, выпускаемых различными производителями. Даны рекомендации по практическому использованию полученных данных при разработке средств измерений содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны, соответствующих требованиям отечественных нормативных документов.