Исследован один из ключевых узлов лазерной системы атомного гравиметра на холодных атомах. Для реализации лазерно-оптической схемы атомного гравиметра необходима стабилизация лазера с отстройкой от атомного перехода. Разработан и представлен метод стабилизации частоты волоконного лазера с частотным удвоением с отстройкой от атомного перехода. Разработанный метод основан на спектроскопии с переносом модуляции и применении широкополосного электрооптического модулятора. Описана экспериментальная схема реализации предложенного метода. Получены сигналы ошибки, позволяющие стабилизировать частоту волоконного лазера с частотным удвоением с отстройкой от атомного перехода. Для достижения максимальной амплитуды сигнала ошибки оптимизированы параметры экспериментальной установки, такие как температура ячейки, интенсивность пробного и насыщающего лучей, амплитуды сигналов, подаваемых на электрооптические модуляторы. Также исследовано влияние поляризации излучения на амплитуду сигнала. Показано, что выбор круговой поляризации позволяет получить сигнал ошибки с большей амплитудой. Полученные результаты применимы при разработке квантового гравиметра, квантовых стандартов частоты, а также при проведении экспериментов по лазерному охлаждению атомов.

Разработана типовая методика измерений скорости воздушного потока с целью унификации и стандартизации применяемых средств измерений и алгоритмов обработки данных, сокращения времени разработки и аттестации таких типовых методик. Исследованы источники погрешности косвенных измерений скорости воздушного потока в диапазоне 3–105 м/с. Проанализированы источники инструментальной погрешности косвенных измерений – преобразователи давления с цифровым и аналоговым выходным сигналом, приёмники воздушного давления, измерители температуры и относительной влажности воздуха, преобразователи атмосферного давления. Показано, что наибольший вклад в инструментальную погрешность вносит измерение разности давлений и атмосферного давления. Рассмотрена методическая погрешность, которая зависит от принятой модели измерений. Предложена математическая модель измерений, включающая оптимальные выражения для определения плотности влажного воздуха и поправки на сжимаемость и позволяющая уменьшить методическую погрешность. Разработаны требования к метрологическим характеристикам применяемых средств измерений, соблюдение которых обеспечивает соответствие суммарной погрешности косвенных измерений скорости воздушного потока допускаемым пределам Даны рекомендации по применению средств измерений и алгоритмов обработки результатов измерений, которые позволяют уменьшить погрешность измерений на 39 % и создать типовую методику измерений скорости воздушного потока. Типовую методику можно использовать на предприятиях авиационной отрасли при измерениях скорости воздушного потока пневмометрическим методом.

Рассмотрена проблема очистки от грубых измерений (выбросов) временны ́ х рядов зашумлённых данных измерительных устройств. Решение данной проблемы необходимо для повышения точности современного измерительного оборудования с новейшим математическим и программным обеспечением. Для минимизации количества отбракованных данных автором настоящей статьи ранее сформулирована задача по поиску оптимального решения и предложен устойчивый алгоритм её решения. Полученное решение представляет собой приближение к оптимальному решению и не всегда обеспечивает искомую минимизацию. Предложен усовершенствованный метод очистки данных от выбросов, основанный на поиске оптимального решения с минимальным количеством отбракованных результатов измерений. Для реализации метода поставлена задача, в которой неизвестное среднее исходного числового ряда рассмотрено как параметр, подлежащий определению. Приведён алгоритм, позволяющий гарантированно находить оптимальное решение не более чем за N шагов, на каждом из которых затрачивается порядка N арифметических операций, где N – число исходных данных. Усовершенстованный метод можно применять для автоматического обнаружения и устранения выбросов из временны ́ х рядов измерительных данных на стадии их предварительной обработки в информационно-измерительных системах, а также при решении научных, прикладных, управленческих и других задач в различных областях деятельности.

При создании и эксплуатации видеоизмерительных систем, входящих в состав технического зрения роботов, телевизионных прицелов, триангуляционных измерительных систем и 3D-сканеров, используют тест-объекты различного типа. Для каждого типа устройства разрабатывается индивидуальный тест-объект. Исследована возможность разработки и создания универсальных тест-объектов для применения их в качестве мер калибровки (поверки) 2D и 3D видеоизмерительных систем, предназначенных для измерений геометрических параметров соответственно дву- и трёхмерных объектов. Для калибровки 2D-систем предложено использовать тест-объект (меру) на базе жидкокристаллического монитора. Такая мера калибруется с помощью высокоточного устройства измерения перемещения с лазерным интерферометром и алгоритмов субпиксельного разрешения изображения. Разработанная мера соответствует эталону 3-го разряда согласно Государственной поверочной схеме для средств измерений длины в диапазоне 1·10^–9–100 м и длин волн в диапазоне 0,2–50 мкм. Меру можно использовать для измерений функции передачи модуляции видеосистемы и функции рассеяния точки. Для калибровки (поверки) 3D-систем предложен набор концевых мер длины, перемещение которых в пространстве происходит по заданной программе с помощью транслятора и внешнего линейного энкодера. Приведены технические характеристики разработанных мер. Меры можно применять в качестве рабочих эталонов для калибровки (поверки) широкого класса видеоизмерительных систем.

Приведены сведения о совместных усилиях, предпринимаемых национальными метрологическими институтами для поэтапного распространения единицы массы, прослеживаемой к фундаментальной физической константе – постоянной Планка. Решение о фиксации численного значения постоянной Планка принято на 26 Генеральной конференции по мерам и весам в Париже 20 мая 2019 года. Отражена необходимость работ по поддержанию эквивалентности отечественного эталона единицы массы национальным эталонам других стран, поскольку это является обязательным условием для международного признания измерительных возможностей метрологических институтов Российской Федерации. Представлен макет ватт-весов, созданный во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева. Описан состав и принцип действия весоизмерительного блока макета ватт-весов, работающих по принципу электромагнитной силовой компенсации с монолитным весоизмерительным преобразователем и нижним подвесом. Приведены результаты исследований метрологических характеристик макета ватт-весов. Исследования проведены с применением эталонов, прослеживаемых к Государственному первичному эталону единицы массы – килограмма ГЭТ 3-2020. Полученные результаты показали потенциальную возможность применения конструкторских решений, использованных в разработанном и исследованном макете ватт-весов, для создания в Российской Федерации эталонной установки, реализующей  новое определение килограмма.

Дан краткий обзор методов измерения температуро- и теплопроводности твёрдых материалов и показано, что применение большинства методов требует вырезки из исследуемых материалов образцов определённой геометрии, поэтому данные методы малопригодны для контроля готовой продукции. Предложен экспресс-метод определения температуро- и теплопроводности полупрозрачных материалов (элементов оптики), не требующий вырезки образца из контролируемого объекта. Суть метода заключается в регистрации и анализе нестационарного температурного поля на поверхности объекта контроля с помощью скоростной тепловизионной камеры. В качестве регистратора динамического температурного поля применён тепловизор – бесконтактный и быстродействующий прибор, обрабатывающий большой объём информации (каждый из сотен тысяч пикселов матрицы профессионального тепловизора является датчиком температуры в малой области поверхности). Пятно нестационарного нагрева создано сфокусированным пучком лазера. Предложен ступенчатый режим работы лазера – скачкообразное включение и работа в режиме непрерывного облучения с постоянной интенсивностью в течение всего времени измерений. Информация о температуро- и теплопроводности получена при изучении нестационарного температурного поля, образованного путём распространения тепловой энергии из пятна на периферию. Коэффициент температуропроводности определён по первичным данным тепловизора с использованием оригинальных алгоритма и программного обеспечения. Установлена специфика измерений температуро- и теплопроводности полупрозрачных материалов (элементов оптики): малый коэффициент поглощения излучения и возможная кривизна поверхности (например, линз), которая требует принятия специальных мер. Вследствие большого объёма информации, содержащейся в динамических картинах теплового поля, и возможности усреднения по большому массиву данных, среднее квадратическое отклонение результата измерения коэффициента температуропроводности не превышает 2 %. Учёт особенностей предложенного метода даёт возможность создавать портативные средства измерений теплофизических характеристик и контроля качества оптических материалов и изделий в производственных условиях, а также оценивать степень деградации свойств материалов и изделий в полевых условиях.

Рассмотрены методы измерения параметров электромагнитного излучения, определяющих поглощаемую телом человека долю электромагнитной энергии при использовании малогабаритных носимых и нательных электронных устройств. Один из важнейших рассматриваемых параметров – удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Предложен метод определения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии для жидкого фантома. Метод исследован с помощью компьютерного моделирования и экспериментального измерения параметров микрополосковой патч-антенны, расположенной на эллиптическом цилиндре и работающей в системе беспроводной медицинской нательной компьютерной сети.  Суть метода заключается в измерении повышения температуры жидкости фантома, подвергшегося воздействию электромагнитных волн, создаваемых микрополосковой патч-антенной за заданное время. Однородный (гомогенный) жидкий фантом создан в результате изменения процентного содержания соли и сахара в 250 г воды, кожный фантом – процентного содержания воды в 200 г глицерина. Предложенный метод измерения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии позволяет исключить необходимость приобретения дорогостоящего комплекта диэлектрических зондов, что демонстрирует экономическую эффективность рассмотренного метода. Результаты экспериментальных измерений соответствуют результатам компьютерного моделирования.

Рассмотрены способы уменьшения погрешности методов измерений девиации частоты и расширения диапазонов измерений девиации частоты. Исследованы возможности уменьшения погрешности метода электронно-счётного частотомера с помощью алгоритмов цифровой обработки сигналов. Алгоритмы цифровой обработки сигналов реализованы в разработанном авторами программном обеспечении современного анализатора спектра. Описан алгоритм цифровой обработки сигналов анализатора спектра. С применением математической модели, заложенной в алгоритме вычислений разработанного программного обеспечения, оценена погрешность измерений девиации частоты. Экспериментально исследована возможность применения метода электронно-счётного частотомера с помощью алгоритмов цифровой обработки сигналов анализатора спектра. Рассмотрены источники погрешности классического метода электронно-счётного частотомера и возможные пути их устранения. Проведены сличения предложенной реализации метода электронно-счётного частотомера с классическим методом, который реализован в Государственном первичном эталоне единицы девиации частоты ГЭТ 166-2020. Предложенная реализация метода расширила диапазон измерений девиации частоты в сторону малых значений по сравнению с классическим методом электронно-счётного частотомера. Рассмотрены ограничения и перспективы применения исследованного метода в эталонных средствах измерений девиации частоты на основе аналогово-цифровых преобразователей.

Дан краткий обзор методов анализа и аналитических параметров идентификации компонентов сложных смесей. Рассмотрены параметры идентификации веществ при хроматографическом анализе сложных многокомпонентных смесей – линейные индексы удерживания, и показано, что для обеспечения необходимого уровня надёжности результатов анализа требуется оценивать неопределённости измерения указанных индексов. Выведено общее уравнение определения дисперсии результата косвенных измерений линейных индексов удерживания. Для анализа смесей, содержащих и аналиты, и н-алканы, а также смесей с раздельным содержанием этих компонентов получены частные формулировки общего уравнения. Представлена формула определения эффективного числа степеней свободы стандартной неопределённости, учитывающая корреляцию входных переменных уравнения измерения. Выведены математические выражения для расчёта расширенных неопределённостей оценки линейных индексов удерживания, в которых учтена корреляции времён удерживания соседних хроматографических пиков. Методами интервальной математики найдена оценка сверху стандартной неопределённости линейных индексов удерживания в случае совместного присутствия аналитов и н-алканов в анализируемой смеси и показано существенное уменьшение этого значения по сравнению со стандартной неопределённостью при анализе смесей с раздельным содержанием этих компонентов. Установлено соответствие теоретических и экспериментальных результатов. Полученные результаты можно использовать для идентификации компонентов анализируемой смеси при стандартизации хроматографических методик анализа.

Рассмотрена проблема нехватки приборов для оперативного измерения покомпонентных продуктов добычи газоконденсатных скважин – многофазных расходомеров. Описаны актуальные задачи, решаемые с применением многофазных расходомеров, и основное требование к этим приборам – измерение компонентов газоконденсатного потока без его разделения на газовую и жидкую фазы с помощью сепаратора. Предложен способ определения объёмных содержаний компонентов продукции газоконденсатных и нефтегазоконденсатных скважин с использованием бессепарационной техники регистрации компонентов. Описано зондирование газожидкостного потока радиоволнами дециметрового диапазона в момент прохождения потока через сверхвысокочастотный резонатор и предложен вариант конструкции бессепарационного анализатора объёмных долей газа, конденсата и воды в продуктах добычи газоконденсатных скважин. По результатам измерений сдвига частоты и добротности резонатора определены объёмные доли газа, воды и конденсата. При этом обеспечена приемлемая погрешность (менее 5 %) определения количества конденсата только при высоких конденсатогазовых факторах (300–1000 см³/м³) и низких водогазовых факторах (30–100 см³/м³). С увеличением доли воды или уменьшением доли конденсата погрешность определения конденсатогазового фактора становится недопустимо высокой (более 10 %). Показано, что данную погрешность можно уменьшить путём введения в расходомер байпасной линии, содержащей фильтр для отделения жидкой фазы и опорный резонатор. Опорный резонатор регистрирует сдвиг частоты, обусловленный газовой фазой. Фильтр зондируется радиолучом восьмимиллимитрового диапазона, реагирующим на содержание только водного компонента. Данные, получаемые с резонатора и фильтра, значительно расширяют диапазон регистрируемых конденсатогазовых и водогазовых факторов. Предложенные технические решения, реализуемые в многофазных расходомерах для газоконденсатных месторождений, позволяют определять объёмные доли компонентов в продуктах добычи газоконденсатных скважин и контролировать качество работы сепараторов, отделяющих жидкость перед дальнейшей подачей газа (при установке техники как перед сепаратором, так и после него). Резонаторы с большим проходным сечением можно использовать для контроля газожидкостного потока, протекающего по трубопроводам больших диаметров, таких как коллекторные трубопроводы.

Предложено метрологическое обеспечение процесса молекулярно-генетической идентификации. Основная задача при анализе дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых кислот – установление нуклеотидной последовательности, дающей представление о роли и функционировании нуклеиновых кислот в живых системах, а также происхождении биологических объектов при молекулярно-генетической идентификации. Молекулярно-генетическая идентификация основана на современных методах исследования последовательностей дезоксирибонуклеиновых кислот, наследуемых живыми организмами из поколения в поколение. Сопоставление последовательности дезоксирибонуклеиновых кислот в ряде случаев необходимо для установления аутентичности биологических объектов, определения биологической принадлежности, либо определения степени родственной близости с другими объектами. Рассмотрены задачи метрологического обеспечения молекулярно-генетической идентификации методом секвенирования дезоксирибонуклеиновых кислот по Сенгеру с использованием флуоресцентно-меченных терминаторов реакции и капиллярного электрофореза.

Разработаны методы и средства метрологического обеспечения анализа дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых кислот, которое включает в себя определение нуклеотида как мономера нуклеиновой кислоты, использование последовательности нуклеотидов нуклеиновых кислот, применяемых в аттестованных методиках методов и процедур, генетического анализатора как измерительного средства и соответствующей вспомогательной аппаратуры, а также применение стандартного образца известной последовательности дезоксирибонуклеиновой кислоты. Испытан и утверждён тип стандартного образца фрагмента митохондриальной дезоксирибонуклеиновой кислоты человека. Проведены испытания отечественного геномного анализатора Нанофор 05. Разработаны и аттестованы две методики: измерений последовательности нуклеотидов участка контрольного региона митохондриальной дезоксирибонуклеиновой кислоты рыб семейств осетровые и веслоносые секвенированием по Сенгеру и измерений последовательности нуклеотидов 5’ участка гена COI митохондриальной дезоксирибонуклеиновой кислоты водных биологических ресурсов секвенированием по Сенгеру. Обе методики измерений основаны на использовании флуоресцентно-меченных терминаторов реакции и капиллярного электрофореза. Результаты актуальны для применения в исследованиях дезоксирибонуклеиновой кислоты в области биологических наук, пищевой промышленности, биотехнологии и ДНК-криминалистике.