Представлены состав, принцип работы и основные метрологические характеристики Государственного первичного эталона единицы показателя преломления ГЭТ 138-2021. Эталон обеспечивает единство измерений спектральной зависимости и пространственного распределения показателя преломления твёрдых и жидких веществ в расширенном диапазоне длин волн 0,4–1,55 мкм за счёт использования 12 сменных источников излучения, динамического гониометра-спектрометра с кольцевым лазером и автоколлимационного нуль-индикатора. Выполнение высокоточных и достоверных рефрактометрических измерений является важным научным направлением, необходимым для повышения разрешающей способности объективов и других оптических приборов в оптической промышленности, а также для контроля качества и определения состава веществ в пищевой, химической и фармакологической промышленности.

Приведены результаты исследований и усовершенствования Государственного первичного специального эталона твёрдости по шкалам Бринелля ГЭТ 33-85. Эталон был усовершенствован во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) с 2018 по 2020 гг. с целью обеспечения единства измерений твёрдости по шкалам Бринелля. Расширен диапазон воспроизведения чисел твёрдости Бринелля, увеличено количество воспроизводимых эталоном шкал. Разработаны и созданы узлы эталона, обеспечивающие воспроизведение чисел твёрдости Бринелля в соответствии с современным и международными требованиями. Утверждён Государственный первичный эталон твёрдости по шкалам Бринелля ГЭТ 33-2020. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 33-2020, составлен бюджет неопределённости измерений при воспроизведении чисел твёрдости по шкалам Бринелля. Средства измерений, прослеживаемые к ГЭТ 33-2020, применяются в металлургии, энергетике, аэрокосмической отрасли, станкостроении.

Рассмотрена проблема синонимии измерений и вычислений, длительное время препятствовавшая должной нормативно-методической проработке вопросов неадекватности для математических моделей объектов измерений – одной из важнейших проблем метрологии. Концептуально решение проблемы неадекватности при идентификации математических моделей по данным совместных измерений связано с переходом от синонимии измерений и вычислений к принципу единства результатов измерений и результатов вычислений. Дана краткая характеристика тематики Всесоюзной дискуссии по проблемам применимости вероятностно-статистических методов 1970–1990 гг., инициированной вопросом А. Н. Колмогорова об объективном смысле вероятности. Обращено внимание на то, что в ходе дискуссии критике подверглись математические результаты, составившие впоследствии основу «Руководства по выражению неопределённости измерения» и его приложений. Проанализированы основные результаты математики как универсального языка науки, связанные с решением измерительных задач, расширяющих представление о предмете метрологии. Показано, что с этой точки зрения современная метрология представляет собой фундаментальную науку о методах и средствах отображения свойств объектов измерений математическими моделями. Простейшими моделями являются величины и распределения значений, а более сложными – случайные функции, функционалы и операторы. К средствам отображения, кроме средств измерений, отнесены средства вычислений с математическим, алгоритмическим и программным обеспечением для решения измерительных задач. Отмечена связь с проблемой неадекватности сложностей, возникающих в подготовке и повышении квалификации специалистов-метрологов.

Рассмотрено использование в низкотемпературной технике экологически безопасных хладагентов, например R1233zd(E), в качестве альтернативы применяемым в настоящее время хладагентам R245fa, R134а, R123. Вещество R1233zd(E) – транс-1-хлор-3,3,3-трифтор-1-пропен – относится к фторированным углеводородным соединениям. Для расчёта равновесных характеристик (плотности, энтропии и др.) этого вещества предложено единое фундаментальное уравнение состояния, которое удовлетворяет ряду требований: учитывается асимметричный характер поведения реальной жидкости относительно критической изохоры в соответствии с современной физикой критических явлений; реализуется переход данного уравнения в вириальное уравнение состояния в области разряженного газа; в широкой окрестности критической точки согласуется с масштабным уравнением Берестова. На основе предложенного уравнения состояния в диапазонах температуры 195,15–450 К и давления 0,1–100 МПа для R1233zd(E) рассчитаны термодинамические таблицы стандартных справочных данных в однофазной области и на линии насыщения, включающие плотность, энтропию и энтальпию, скорость звука, изохорную и изобарную теплоёмкости, а также теплоту парообразования. В соответствии с ГОСТ 34100.3-2017/ISO/IEC Guide 98-3:2008 и международной методикой, рекомендуемой для оценки неопределённости табулированных данных, оценены неопределённости значений характеристик в указанных стандартных таблицах. Выполнен сравнительный анализ характеристик R1233zd(E), рассчитанных по предложенному уравнению состояния, с экспериментальными и литературными данными.

Рассмотрена проблема обнаружения грубых измерений (выбросов) при автоматизированной обработке рядов измерительных данных, полученных от технических устройств. Предложена модификация разработанной ранее первым из авторов стратегии детектирования выбросов во временных рядах зашумлённых данных, содержащих неизвестный тренд. Ранее разработанная стратегия состоит из двух этапов: построения тренда и применения к остаткам, полученным после вычитания найденного тренда из данных измерений, алгоритма поиска оптимального решения. Поиск тренда осуществляется в классе степенных полиномов с помощью метода наименьших квадратов по наборам опорных значений, количество которых задаётся заранее. Алгоритм поиска тренда осуществляется с помощью абсолютно сходящегося итерационного процесса и основан на методе минимизирующих последовательностей (наборов). При реализации ранее разработанной стратегии необходимо задать общее количество опорных значений, по которым строится тренд, что может исказить определение тренда и детектирование выбросов. В предложенной стратегии исправлен указанный недостаток: число опорных значений выбирается из условия минимизации количества обнаруженных выбросов с одной стороны, и из условия максимизации числа опорных значений – с другой. Приведены результаты численного тестирования на реальных данных для спутниковых лазерных дальномерных измерений. Разработанную стратегию можно применять для обнаружения и устранения выбросов из временных рядов измерительных данных на стадии их предварительной обработки.

Рассмотрены особенности четырёхкружных дифрактометров, применяемых для идентификации состава веществ и материалов, а также для определения многих механических, физико-химических и биологических функционально значимых характеристик веществ на арбитражном уровне. При контроле работы и аттестации дифрактометров используется система стандартных образцов дифракционных свойств, включая стандартные образцы параметра кристаллической решётки. В связи с учётом новой квантовой реальности современных технологий уточнены характеристики указанных стандартных образцов. По результатам прецизионных измерений размера элементарной ячейки стандартных образцов дифракционных свойств кремния обнаружено изменение структурных характеристик кремния при изменении диаметра сфер образцов. Этот размерный эффект, найденный впервые в миллиметровом диапазоне, аналогичен эффекту, наблюдаемому при изменении размеров наночастиц кремния и других веществ с различным типом химической связи атомов. Показано, что размерный эффект необходимо учитывать при аттестации стандартных образцов, используемых при испытаниях четырёхкружных дифрактометров. Полученные результаты имеют значение для понимания наносостояния вещества и будут полезны в различных отраслях промышленности – робототехнике, солнечной энергетике, а также при фокусировке лазерных пучков и разработке систем навигации.

Освещены вопросы повышения надёжности координатных систем лазерных установок в составе станков с числовым программным управлением. Согласно ГОСТ 27803-91 «Электроприводы регулируемые для металлообрабатывающего оборудования и промышленных роботов. Технические требования» выполнена теоретическая оценка работоспособности регулируемого электропривода с повышенными показателями надёжности в составе координатной системы лазерной установки. Приведены методика расчёта параметров регулятора положения лазерного инструмента и обобщённая математическая модель электромеханической схемы лазерной установки. Кинематическая схема выполнена на базе бесколлекторного двигателя постоянного тока и шариковинтовой пары. Представленные результаты моделирования соответствуют требованиям п. 2.5.7 ГОСТ 27803-91 и могут быть полезны специалистам-разработчикам информационно-измерительных и управляющих систем лазерных установок.

Предложена модель рамочного микрооптоэлектромеханического преобразователя угловой скорости с электростатическим возбуждением первичных колебаний. В состав преобразователя входят узлы оптического считывания на основе оптического туннельного эффекта, в которых реализовано прецизионное оптическое считывание субмикрометровых перемещений чувствительного элемента. Экспериментально исследован узел оптического считывания и определена линейная область функции преобразования рабочего зазора в оптическую мощность. Для измерения амплитуды вторичных колебаний чувствительного элемента (несколько сотен нанометров) использовано два канала считывания оптических сигналов. Найдены значения параметров упругих подвесов для обеспечения вторичного движения чувствительного элемента в диапазоне высокой чувствительности узлов оптического считывания. Оценены параметры предложенного преобразователя и нелинейность функции преобразования в диапазоне измеряемых угловых скоростей. Предложенный микрооптоэлектромеханический преобразователь может быть эффективно использован для высокочувствительного измерения угловых скоростей подвижных объектов.

Исследована возможность создания калибратора параметров сигналов с цифровой модуляцией, основанного на генераторе сигналов произвольной формы. Разработан метод воспроизведения калибровочных сигналов с заданным значением модуля вектора ошибки (error vector magnitude, EVM) путём добавления нормированной помехи. Рассмотрен частный случай метода, где в качестве нормированной помехи используется амплитудная и фазовая модуляции. Экспериментально подтверждена возможность передачи единиц коэффициента амплитудной модуляции и девиации фазы соответственно от Государственного первичного эталона единицы девиации частоты ГЭТ 166-2020 и Государственного первичного эталона единицы коэффициента амплитудной модуляции высокочастотных колебаний ГЭТ 180-2010 калибратору параметров сигналов с цифровой модуляцией.

Предложен способ измерения волнового сопротивления микрополосковой линии передачи векторным анализатором цепей. Проблема определения частотной зависимости волнового сопротивления микрополосковой линии актуальна для создания схемных моделей электронных компонентов и touchstone-файлов в виртуальном полосковом канале со стандартным волновым сопротивлением 50 Ом. Схемные модели компонентов и файлы используются в системах автоматизированного проектирования интегральных микроволновых устройств. Задачу измерения векторным анализатором цепей во всём частотном диапазоне работы предложено решить LTR-методом. По результатам измерений анализатором цепей в коаксиальном канале S-параметров и коэффициентов отражения двух отрезков короткой и электрически длинной микрополосковой линий передачи определены фазовая скорость и коэффициент затухания электромагнитной волны, распространяющейся в полосковой линии передачи, а также трансформированные s-параметры двух искажающих адаптеров, моделирующие области контакта коаксиальных и полосковых линий. В диапазоне 0,02–2,00 ГГц волновое сопротивление найдено по коэффициентам отражения со стороны коаксиальных портов искажающих адаптеров в двух фиксированных частотных точках, в которых реактивная ёмкостная составляющая комплексного волнового сопротивления компенсируется индуктивностью областей контакта коаксиальной и полосковой линий. Частотная зависимость действительной части волнового сопротивления, проходящая через эти частотные точки, в диапазоне частот работы анализатора цепей определена с помощью схемной модели микрополоскового стандарта Битти в системе автоматизированного проектирования NI AWR Design Environment. Модель этого стандарта линии с воздушным участком между двумя отрезками полосковых линий с изоляционным основанием получена с помощью схемного аналога MLIN, адекватного физическому прототипу линии. Актуальность измерения волнового сопротивления микрополосковой линии векторным анализатором цепей показана на примере идентификации собственных параметров чип-резисторов.

Изучены проблемы недостаточной оперативности и точности методов неразрушающего контроля коэффициента диффузии в тонких пористых материалах. Производительность исследований коэффициента диффузии традиционными методами низка из-за необходимости длительной градуировки преобразователей концентрации диффузанта в пористом материале. Рассмотрены два метода, позволяющие определять коэффициент диффузии в отсутствие реальной статической характеристики применяемого преобразователя концентрации диффузанта. Метод I жёстко привязан к необходимости фиксирования момента времени, соответствовавшего максимуму концентрации диффузанта после нанесения импульсного воздействия. При определении искомого коэффициента методом II возможен выбор двух одинаковых значений выходной характеристики преобразователя после импульсного воздействия с фиксированием соответствующих им моментов времени. Проведено сравнение указанных методов. Исследованы погрешности определения искомого коэффициента в сопоставимых условиях двумя методами. Проанализирована возможность снижения результирующей погрешности метода II за счёт выбора величин, входящих в расчётное выражение. Результаты исследования будут полезны при производстве и эксплуатации изделий из пористых материалов.