Рассмотрены вопросы измерения мощности электромагнитных колебаний как основного параметра, характеризующего интенсивность электромагнитного излучения на сверхвысоких частотах в закрытых передающих трактах. Измерения мощности электромагнитных колебаний в диапазоне миллиметровых длин волн широко применяются в радиосвязи, радионавигации, радиолокации. С целью обеспечения единства измерений мощности электромагнитных колебаний в диапазоне частот 78,33–118,1 ГГц усовершенствован Государственный первичный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах в диапазоне частот от 37,5 до 78,33 ГГц ГЭТ 167-2017. Для увеличения верхней частоты ГЭТ 167-2017 разработан комплект болометрических измерительных преобразователей в волноводных трактах 2,4×1,2 и 2,54×1,27 мм (WR10), калориметрическая и компарирующая установки. Приведены структурная схема, технические характеристики и результаты метрологических исследований Государственного первичного эталона единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах в диапазоне частот 37,5–118,1 ГГц ГЭТ 167-2021. С учётом особенностей, вызванных уменьшением сечения волноводного тракта, уточнены методики оценки составляющих погрешностей воспроизведения и передачи единицы мощности электромагнитных колебаний. Результаты исследований подтвердили высокие показатели точности эталона, который теперь занимает лидирующую позицию среди аналогичных национальных эталонов.

Дана краткая характеристика содержания переведённого на русский язык руководства JCGM GUM-6:2020“Guide to the expression of uncertainty in measurement – Part 6: Developing and using measurement models” по вопросам неадекватности математических моделей объектов измерений. Показано, что несмотря на верную в общих чертах постановку проблемы неадекватности описания «измеряемых величин» в «Руководстве по выражению неопределённости измерения» (перевод 1999 г.) её решение не доведено до конкретизации количественного показателя «врождённой неопределённости». Эту проблему не удалось решить и в руководстве JCGM GUM-6:2020, хотя в его тексте упомянута правильная идея – использовать погрешности экстраполяции модели в качестве критерия её идентификации, и приведён ряд частных и полезных, но известных математических рекомендаций.

Описана задача повышения эффективности технических систем методами функционального диагностирования с применением виртуальных датчиков в случаях, когда имеющихся физических датчиков недостаточно для уменьшения сложности средств диагностирования или для локализации дефектов с требуемой глубиной. Использование дополнительных физических датчиков для достижения необходимого результата может потребовать дополнительных затрат, кроме того, надёжность таких датчиков, как правило, невысокая. Поставлена и решена задача построения робастных виртуальных датчиков для технических систем, описанных нелинейными моделями, в условиях действия внешних возмущений. Предложены два способа решения этой задачи на основе идентификационной и жордановой канонических форм. Приведены соотношения, позволяющие построить датчик минимальной сложности для оценки заданной компоненты вектора состояния технической системы. При этом построенный датчик будет нечувствителен или минимально чувствителен к возмущениям, что достигается путём использования сингулярного разложения матриц, описывающих возмущения и исходную систему. Синтезированный виртуальный датчик может стать дополнительным к имеющимся физическим датчикам или заменить отказавший физический датчик. Теоретические положения проиллюстрированы практическим примером. Полученные результаты можно использовать для решения задач построения отказоустойчивых систем.

Рассмотрено повышение точности измерений в автоматических системах оперативного управления и регулирования путём учёта погрешности, обусловленной временно́й задержкой дискретного отсчёта измеряемой величины в режиме реального времени. Показано, что при динамических измерениях случайных процессов в следящих системах необходимо принимать во внимание субъективный фактор определения динамики измеряемых величин, заключающийся в способе назначения максимальной частоты спектра исходных процессов. При расчёте допустимой временно́й задержки получения результатов дискретных измерений в режиме реального времени в качестве динамической погрешности принята погрешность экстраполяции. Получены аналитические выражения для определения требуемой оперативности дискретных измерений непрерывных величин с учётом допустимой погрешности экстраполяции и субъективного фактора назначения максимальной частоты спектра исходного процесса. Рассмотрены три распространённые модели измеряемой величины, при которых энергетический спектр и корреляционная функция искомой случайной величины представлены в виде реакции на белый шум идеального, RC- и гауссова фильтров нижних частот. Рассчитаны допустимые временны́е задержки дискретных отсчётов в зависимости от допустимой погрешности экстраполяции, метода экстраполяции и максимальной частоты спектра измеряемой величины при измерениях в режиме реального времени. Показано, что при априорной неопределённости относительно модели измеряемой величины и экстраполяции по одному или двум отсчётам в качестве алгоритма предсказания при расчёте допустимой временно́й задержки необходимо использовать экстраполятор нулевого порядка. Полученные в статье научные результаты будут интересны специалистам в области следящих систем, телемеханики, систем наведения, оперативного управления и регулирования при измерениях в режиме реального времени в обратном информационном канале.

Рассмотрено применение методов обработки измерительной информации как части современного менеджмента качества продукции машиностроительного производства. Поставлена и решена задача реализации процедур измерительного контроля в тех случаях, когда отклонение показателя качества от номинального значения описывается распределением Рэлея. Объяснён механизм генерации распределения Рэлея для деталей определённого вида. Построен план измерительного контроля для однопараметрической модели распределения. Проведён сравнительный анализ построенного плана с планом контроля по альтернативному признаку согласно ГОСТ Р ИСО 2859-1-2007 «Статистические методы. Процедуры выборочного контроля по альтернативному признаку. Часть 1. Планы выборочного контроля последовательных партий на основе приемлемого уровня качества». Рассмотрены контрольные статистики, позволяющие создать план контроля для двухпараметрической модели. Полученные результаты могут быть полезны для составления планов контроля выборок по количественному признаку партий деталей, геометрические параметры которых имеют распределение Рэлея, что обусловлено особенностями конструкции и технологии изготовления этих деталей.

Изучено применение оптических методов для измерения параметров трёхмерных объектов. Рассмотрены методы расшифровки фазовых изображений в условиях аддитивных помех и ограниченного динамического диапазона фотоприёмника. Существующие методы расшифровки фазовых изображений вносят нелинейные искажения и систематическую погрешность в результаты измерений в указанных условиях. Предложен исключающий систематические искажения результатов измерений метод фазовой триангуляции со статистической фильтрацией данных для измерения трёхмерного профиля объекта в условиях случайного аддитивного шума и ограниченного динамического диапазона фотоприёмника. Метод основан на адаптивной фильтрации и статистическом анализе распределения интенсивности в зарегистрированных фазовых изображениях. Аналитически исследована погрешность метода расшифровки фазовых изображений с использованием статистической фильтрации данных и пороговой фильтрации. Предложенный метод можно применять для расшифровки данных в системах измерения трёхмерной геометрии, реализующих метод фазовой триангуляции.

Рассмотрены оптические методы и технологии, позволяющие регистрировать, преобразовывать, хранить, передавать и воспроизводить огромные массивы информации. Распространёнными носителями экспериментально зарегистрированной информации являются цифровые голограммы, записанные с применением фотоаппаратуры различного типа. Размеры файлов цифровых голограмм составляют несколько десятков мегабайт, поэтому для хранения и передачи архивов голографических данных по каналам связи возникает необходимость в компрессии голограмм. Одним из возможных вариантов уменьшения размеров голограмм является их бинаризация. Для бинаризации предложен итеративный адаптивный метод подбора весовых коэффициентов операции диффузии ошибки. Метод апробирован на оптически зарегистрированных цифровых голограммах при различных условиях записи. Оценено качество измеренных объектов как численными методами восстановления изображений, так и после отображения цифровых голограмм на микрозеркальном модуляторе света. Предложенный метод можно использовать как для сжатия и хранения голографических данных, так и при измерении характеристик и формы микро- и макрообъектов, а также для оперативного оптического восстановления изображений с использованием микрозеркального модулятора света.

Рассмотрена актуальная задача снижения энергетических затрат и ускорения технологического процесса тепловой обработки листового полимерного композитного материала. Показано, что для решения поставленной задачи целесообразно использовать микроволновое излучение в качестве источника тепловой энергии. Описаны основные преимущества микроволнового метода тепловой обработки листового полимерного композитного материала по сравнению с традиционными методами. Разработана конструкция микроволновой установки непрерывного действия, в которой энергия электромагнитного поля распространяется перпендикулярно направлению движения материала. Предложенная установка формирует равномерное распределение температуры в объёме листового композитного материала, что позволяет получать изделия с более высокими физико-механическими характеристиками. Для расчёта распределения температуры по толщине листового материала использован метод теории электромагнитного поля, а для распределения температуры материала по длине – метод нагруженных длинных линий, учитывающий изменение диэлектрических параметров композитного материала от температуры. Предложена методика измерения распределения температуры листового полимерного материала. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований распределения температуры по ширине и толщине листового полимерного материала шириной 500 мм, толщиной 30 мм и плотностью 2400 кг/м³ на частоте колебаний электромагнитного поля 2450 МГц. Показана высокая эффективность применения микроволнового излучения для технологических процессов тепловой обработки листового полимерного композитного материала. Технологии на основе микроволнового излучения будут полезны при тепловой обработке изделий из бетона, пенобетона, а также полимерных композитных материалов на основе углеродных или базальтовых нитей со связующим – термореактивными эпоксидными смолами.

Обоснована необходимость улучшения первичной очистки (сепарации) нефти в условиях буровой станции или морской платформы и описаны возникающие при этом проблемы. Определены условия повышения эффективности первичной очистки нефтяной смеси. Для измерения расхода и контроля состояния нефтяной смеси, поступающей из скважины, рассмотрены возможности использования оптических приборов и расходомеров различных конструкций, в частности, ядерно-магнитных расходомеров-релаксометров. Описана конструкция промышленного ядерно-магнитного расходомера-релаксометра M-Phase 5000, который применяется для контроля расхода и качества нефти и нефтепродуктов, и установлены проблемы, не позволяющие его использовать в условиях буровой установки или морской платформы. Разработана конструкция ядерно-магнитного расходомера-релаксометра, в которой реализованы различные модуляционные методики для измерения расхода и времён продольной и поперечной релаксаций нефтяной смеси. Использование этих методик и предложенных технических решений позволяет применять данный прибор на буровой станции и морской платформе. Представлены результаты исследований различных сред разработанным прибором.

Рассмотрена задача определения частоты основного тона речевого сигнала в условиях действия белого гауссова шума. Предложен метод измерений данной частоты, который учитывает периодическую структуру спектра мощности вокализованных фреймов речи и основан на принципе накопления энергии гармоник в частотной области. Для этого в алгоритм обработки речевого сигнала введена процедура выравнивания огибающей спектра мощности с использованием двухуровневой авторегрессионной модели наблюдений: в пределах одного периода основного тона и в интервале нескольких таких периодов. При этом предусмотрена адаптация порядка авторегрессии нижнего уровня под наблюдаемый фрейм. Рассмотрен пример практической реализации адаптивного метода на базе метода Берга. Основные достоинства адаптивного метода по сравнению с известными аналогами – высокое быстродействие и повышенная помехоустойчивость – подтверждены результатами проведённого натурного эксперимента. В результате применения адаптивного метода получен выигрыш в пороговых сигналах 5–10 дБ.

Рассмотрено метрологическое обеспечение измерений коэффициента абсолютной газопроницаемости горных пород. Показано, что в ряде случаев невозможно определить абсолютный коэффициент газопроницаемости с требуемой точностью. Разработан алгоритм обработки результатов измерений коэффициента абсолютной газопроницаемости горных пород методом стационарной фильтрации. Алгоритм основан на объединении уравнений, описывающих закон Дарси и эффект Клинкенберга, применение алгоритма позволяет повысить точность измерений указанного коэффициента абсолютной газопроницаемости. Представлены результаты экспериментальных и модельных (теоретических) исследований. Методом Монте-Карло теоретически доказано, что использование предложенного алгоритма обработки первичных данных обеспечивает уменьшение неопределённости измерений коэффициента абсолютной газопроницаемости в 1,5 раза по сравнению с существующим алгоритмом. Теоретические данные согласуются с экспериментальными результатами измерений коэффициента абсолютной газопроницаемости 50 корундовых образцов. Полученные результаты будут полезны специалистам нефтедобывающей и газодобывающей промышленности, геологам при научных и прикладных исследованиях.