Показана необходимость и актуальность прецизионных измерений удельной теплоёмкости существующих и новых синтезируемых веществ и твёрдых материалов при низких температурах. Представлены устройство, принцип работы и результаты метрологических исследований Государственного первичного специального эталона единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 79-2020. В состав ГЭТ 79-2020 включены разработанные базовый дроссельный криостат и ячейка для измерения удельной теплоёмкости, обеспечивающие эффективное и быстрое охлаждение измеряемого образца и уменьшение неконтролируемых потоков теплоты при измерении теплоёмкости. Диапазон воспроизведения единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел ГЭТ 79-2020 составляет 0,03–718 Дж/(кг·К), диапазон температур 2–300 К. Описан метод измерений удельной теплоёмкости с применением разработанной ячейки. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 79-2020, рассчитан бюджет неопределённости измерений при воспроизведении единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел. Полученные результаты расширяют температурный диапазон измерений и позволяют увеличить парк рабочих эталонов (мер) для средств измерений теплоёмкости, поверяемых с помощью ГЭТ 79-2020. 

Рассмотрен центральный в серии статей «Шкала космологических расстояний» вопрос о космическом толчке: позволяют ли данные для параметрической идентификации модели Фридмана-Робертсона-Уокера в виде зависимости фотометрического расстояния от красного смещения сверхновых типа Ia, использованные в работах групп High-Z SN Search Team и Supernovae Cosmology Project, полагать ускорение расширения Вселенной наиболее правдоподобной гипотезой по критерию минимума погрешности неадекватности. Проанализированы обнаруженные ранее разладки (изменения структуры и параметров систематической составляющей модели) и ранговые инверсии фотометрических расстояний сверхновых SN Ia для систематической составляющей этой модели. Показано, что причиной этих метрических нарушений является изотропия модели Фридмана-Робертсона-Уокера. В анизотропной модели шкалы космологических расстояний разладки и ранговые инверсии связаны с ориентацией гравитационного диполя неоднородности крупномасштабной структуры Вселенной. Данные диполи представляют собой диаметрально противоположные на небесной сфере пары «сверхскопление галактик – гигантская пустота». Благодаря размерам только суперпустоты́ (супервойда) в созвездии Эридана, сопоставимым с размерами наблюдаемой части Вселенной, создаётся колоссальная неуравновешенность гравитационного действия массивного сверхскопления галактик. Это приводит к нарушениям в виде разладок и ранговых инверсий в изотропных моделях типа Фридмана-Робертсона-Уокера.

Систематизированы и описаны способы обработки измерительной информации, собранной за последние 30 лет альтиметрическими космическими аппаратами с различными технологиями измерений и характеристиками орбит. Приведено описание и классификация файлов измерительной информации. На основе метода «удаления – восстановления» разработан программный комплекс для определения характеристик гравитационного поля и фигуры Земли методом спутниковой альтиметрии. На примере геологически сложного и сейсмически активного региона (акватории Карибского моря) построена модель гравитационного поля (аномалий силы тяжести) и оценены её точностные характеристики. Вычисленное среднеквадратичное отклонение аномалий силы тяжести от данных глобальной модели EGM2008 не превышает 4 мГал в открытом море и 14 мГал в прибрежной зоне, что соответствует международному уровню. В настоящий момент цифровая интерактивная гравитационная модель акватории Мирового океана используется для решения прикладных задач геофизики и геологии, в частности для прогноза нефтегазовых месторождений.

Рассмотрена возможность усовершенствования технических средств, позволяющих вносить сдвиги фаз в световые пучки в трактах интерферометра. В качестве исходного варианта указанных технических средств принят оптикомеханический фазовый модулятор в виде плоскопараллельной стеклянной пластинки, вращаемой вокруг оси, лежащей в её плоскости. Предложендифференциальныйметод формирования относительных фазовых сдвиговмежду пучками вдвухплечевом интерферометре. Разработан вариант модулятора в виде пары жёстко связанных между собой пластинок, плоскости которых изначально развёрнуты на заданный угол. При этом каждый из параллельных световых пучков в интерферометре проходит через свою пластинку. Показано, что в таком случае обеспечивается практически линейная связь между формируемым относительным фазовым сдвигом и общим углом поворота пластинок. Рассмотрен вариант применения в качестве модулятора единственной пластинки при соблюдении установленных условий падения на неё двух пучков, распространяющихся в разных плечах интерферометра. Работоспособность предложенного дифференциального метода формирования фазового сдвига между световыми пучками подтверждена данными тестового эксперимента. Полученные результаты будут полезны при разработке основанных на методе цифровой спекл-интерферометрии специальных средств измерений полей перемещений деформируемых тел.

Исследованы гониометрические методы измерений показателя преломления оптически прозрачных материалов, основанные на преломлении света треугольной прямой призмой. Рассмотрены модифицированный метод наименьшего отклонения и три модификации метода постоянного отклонения, позволяющие определять показатель преломления треугольных призм с неизвестными преломляющими углами. Согласно модифицированным методам призмы углы отклонения света измеряют с помощью гониометра, а показатель преломления материала и преломляющие углы определяют из решения систем уравнений. Таким образом, отпадает необходимость предварительного измерения углов призмы, требующего применения специальных автоколлимационных гониометров. Кроме того, в модифицированных методах призмы не используется излучение, отражённое от граней призмы, что позволяет расширить спектральный диапазон измерения показателя преломления на инфракрасную и ультрафиолетовую области. Проведена сравнительная оценка погрешностей измерений показателя преломления рассмотренными методами на примере призмы с показателем преломления 1,5 и преломляющим углом 60°. Показано, что модифицированный метод наименьшего отклонения имеет наименьшую погрешность среди всех методов призмы, поэтому его можно рекомендовать для высокоточных измерений показателя преломления в тех случаях, когда преломляющие углы призмы неизвестны или их измерение связано с техническими трудностями. Рассмотренные модифицированные методы можно применять для измерения показателя преломления треугольных призм, изготовленных из оптически прозрачных материалов, а также жидкостей, залитых в полые призмы с плоскопараллельными прозрачными окнами. Практическая реализация подобных методов полезна в оптической, химической и пищевой промышленности для контроля состава и свойств оптически прозрачных веществ.

Рассмотрены вопросы разработки простых и доступных методов контроля подлинности и качества алкогольной продукции на основе спектроскопии комбинационного рассеяния. Исследованы важнейшие характеристики бренди и коньяков – географическое происхождение и срок выдержки, которые в значительной степени определяют стоимость продукции и часто становятся объектами фальсификации. Для классификации образцов коньячной продукции по географическому происхождению и сроку выдержки использован метод спектроскопии комбинационного (рамановского) рассеяния с пространственным смещением, позволяющий контролировать подлинность и качество алкогольной продукции. Преимущества исследованного метода: простота пробоподготовки вплоть до её полного отсутствия, высокая селективность, экспрессность и простота анализа. Исследованный метод даёт возможность разрабатывать на его основе компактные приборы, позволяющие проводить анализ непосредственно на месте взятия пробы. Измерены спектры комбинационного рассеяния 42 различных образцов бренди и коньяков, различающихся по географическому происхождению и сроку выдержки. Показано, что наиболее информативными для решения поставленных задач являются фрагменты спектров, измеренных в диапазоне рамановских сдвигов 800–3000 см^–1. Из исследованных образцов сформированы обучающие и тестовые наборы. Для обработки данных использованы модели, обученные с помощью алгоритма экстремального градиентного бустинга. Правильность распознавания по географическому происхождению и сроку выдержки неразбавленных образцов тестового набора, спектры которых не использовали при обучении модели, составила 100 %. Результаты исследования можно использовать для экспресс-контроля подлинности алкогольной продукции и определения её характеристик с помощью спектров комбинационного рассеяния и их дальнейшей обработки методами машинного обучения.

Освещены вопросы повышения точности датчиков объёма и углового положения зеркала жидкости в топливных баках разгонных блоков космических аппаратов. Показано, что существующие датчики указанного типа не всегда удовлетворяют жёстким требованиям, предъявляемым к их точностным и надёжностным характеристикам, особенно в условиях неопредёленного положения зеркала жидкости. Предложены принцип построения и конструкция датчика для баков с осевой симметрией (сферических, цилиндрических, чечевицеобразных и т. п.), обеспечивающие одновременное измерение количества и углового положения зеркала жидкости с высокой точностью при описанных условиях. Датчик состоит из одного линейного и нескольких кольцевых чувствительных элементов, погружённых в жидкость и предназначенных для первичного преобразования глубины погружения в информативный сигнал. Линейный чувствительный элемент установлен по оси, проходящей через центр бака и заборное отверстие, а кольцевые элементы – в плоскости, перпендикулярной этой оси, на некотором, определяемом заданной погрешностью расстоянии друг от друга. Работа линейных и кольцевых элементов может базироваться на терморезистивном или ёмкостном принципе. В последнем случае чувствительные элементы могут иметь вид резонансных контуров, состоящих из одной линейной и нескольких кольцевых ёмкостей, к которым подключены индуктивности. Разработаны алгоритмы преобразования резонансных частот как минимум двух чувствительных элементов в искомые параметры: объём и угловое положение жидкости в баке. Оценены составляющие общей погрешности датчика, обусловленные различными факторами: дискретностью конструкции датчика, разбросом геометрических размеров бака и чувствительных элементов, а также собственными погрешностями чувствительных элементов. Показано, что основным фактором, ограничивающим точность датчиков, являются собственные погрешности чувствительных элементов: при приведённой погрешности этих элементов 10^–3 аналогичные погрешности датчика составляют не более 2,2∙10^–2 по углу и 3,2∙10^–3 по объёму. Предложенный датчик можно использовать для измерения указанных параметров в объектах, характеризующихся неопределённым положением в пространстве (космические аппараты, морские суда при крене).

Для решения научных и практических задач в области электромагнитных измерений необходима детализированная магнитная характеристика используемых в различных устройствах неоднородных сред. Характеристика получена на примере намагничивания базового элемента среды – цепочки гранул, шаров. Для измерения магнитных потоков в цепочке по её сердцевинам разного радиуса предложено применять круговые датчики-контуры на печатных платах. Размещение круговых датчиков между контактирующими шарами намагничиваемой цепочки позволило определить магнитные свойства не только сердцевин цепочки, но и её квазисплошных трубок-слоёв, ограниченных смежными датчиками. По экспериментально измеренным датчиками-контурами значениям магнитного потока в восьми сердцевинах цепочки с относительными радиусами 0,2–0,9 при напряжённости намагничивающего поля в диапазоне 10–55 кА/м установлены значения магнитного потока в семи трубках-слоях с относительными радиусами 0,25–0,85. Найдены значения магнитной восприимчивости трубок-слоёв, которые уменьшаются согласно обратной степенной зависимости с показателем степени 2,4 с увеличением относительного радиуса. В сравнительно коротких цепочках с числом шаров 2–8 установлены и функционально аппроксимированы значения размагничивающего фактора трубок-слоёв. Полученные результаты можно использовать для изучения условий формирования зон, ответственных за магнитный захват магнитоактивных частиц между гранулами рабочих органов (матричного типа) полиградиентных магнитных сепараторов и анализаторов.

Проанализированы действующие нормативные документы, устанавливающие характеристики калибровочных образцов (мер) в виде стандартных образцов СО-2, СО-1, применяемых в ультразвуковом неразрушающем контроле. Рассмотрены нормируемые метрологические характеристики мер. Показано, что нормируемые метрологические характеристики мер не обеспечивают достоверность неразрушающего контроля в должном объёме. Отмечены отличия нормируемых характеристик мер одного типа, выпускаемых разными организациями, и недостатки нормирования акустических характеристик. При использовании мер одного типа указанные недостатки приводят к разным значениям параметров приборов и существенной погрешности при оценке результатов контроля. Показана необходимость нормирования скорости фактически используемых в мерах типов ультразвуковых волн и уменьшения допускаемой погрешности измерения их скорости до ±(0,2…0,5) %. Отмечено, что затухание ультразвуковых волн в мерах, нормированное только для продольной ультразвуковой волны на одной частоте 2,5 МГц, не обеспечивает заявленную погрешность ±1 дБ при настройке чувствительности приборов ультразвукового контроля и оценке размера выявленного дефекта. Затухание ультразвуковых волн в мерах предложено определять сравнением амплитуд ультразвуковых эхо-сигналов в этих мерах с амплитудой ультразвукового эхо-сигнала в исходной мере. При этом исходная мера должна иметь простую геометрическую форму, позволяющую провести аттестацию меры по абсолютному значению коэффициента затухания. Показано, что действующая Государственная поверочная схема для средств измерений скоростей распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн в твёрдых средах требует доработки, так как не предусматривает передачи единицы коэффициента затухания для сдвиговых волн и в ней не учтено в полной мере реальное положение дел с уже используемыми на практике средствами измерений. Для обеспечения сопоставимости и достоверности результатов измерений с помощью мер в полном объёме предложено разработать единый нормативный документ, содержащий общие требования к нормируемым метрологическим характеристикам мер и методам измерений, а также локальную поверочную схему передачи единиц скорости и затухания ультразвуковых волн.

Рассмотрена задача измерения спектральной плотности мощности речевого сигнала в режиме скользящего окна наблюдений. Исследован параметрический подход к решению этой задачи с использованием авторегрессионной модели данных. Исследована проблема оптимизации порядка авторегрессионной модели в условиях малых выборок. Проблему предложено решать с применением гибридного метода спектрального анализа на основе последовательного перебора конечного числа альтернатив. Критерий оптимизации сформулирован в терминах обратной задачи: от речевого сигнала к голосовому источнику. В роли целевой функции использована масштабно-инвариантная мера спектрального расстояния, а в качестве опорного образца – периодограмма Шустера. Эффективность гибридного метода экспериментально оценена на базе авторского программного обеспечения. Показано, что при длительности окна наблюдений не более 10 мс применение гибридного метода более чем на 30 % повышает точность спектрального анализа по сравнению с общеизвестным методом Берга, порядок которого установлен согласно информационному критерию Акаике.

Описаны двусторонние пилотные сличения амплитудно-фазовых калибровок гидрофонов в частотном диапазоне 10–500 кГц КООМЕТ 786/RU-а/19 между Ханчжоуским научно-исследовательским институтом прикладной акустики (HAARI) и Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (лаборатория-пилот), инициированные ТК 1.2 «Акустика, ультразвук, вибрация» КООМЕТ. Приведены характеристики опорных гидрофонов, сведения об эталонных установках и методах калибровки, результаты калибровок, оценки опорных уровней сличений. Обсуждены результаты сличений. Упомянуты проблемы, повлиявшие на результаты сличений. Подтверждена корректность применённых участниками сличений методик измерений, в том числе метода расчёта частотной зависимости аргумента комплексной чувствительности гидрофона по экспериментальной частотной зависимости модуля его чувствительности. Результаты пилотных сличений признаны удовлетворительными. При обсуждении итогов сличений на совещании ТК 1.2 КООМЕТ предложено провести дополнительные сличения результатов амплитудно-фазовых калибровок в расширенном составе участников. Полученные результаты позволяют проверить правильность принятых новых технических решений, отработать методики выполнения измерений и постобработки полученных данных, выявить и численно оценить источники неопределённости, а также установить ранее не учтённые источники неопределённости при совершенствовании первичных эталонов.