Представлено метрологическое обеспечение единства измерений параметров высокоинтенсивного лазерного излучения технологического и специального оборудования. Разработана и исследована система стабилизации по мощности лазера с выходной мощностью 2–1·104 Вт. Представленная система стабилизации позволяет снизить погрешность передачи единицы средней мощности лазерного излучения при применении технологического лазера с нестабильной выходной мощностью в составе эталона. Утверждён Государственный первичный эталон единицы средней мощности лазерного излучения ГЭТ 28-2022, в состав которого включены стабилизированный по мощности излучения лазер, а также эталонный измерительный преобразователь термоэлектриеского типа и измерительный светоделитель. Исследованы средства передачи единицы средней мощности лазерного излучения из диапазона 1·10–9–2 Вт в диапазон 2–1·104 Вт, а также система воспроизведения и передачи единицы средней мощности в диапазоне 2–1·104 Вт, в совокупности с использованием разработанной системы стабилизации промышленного лазера мощность лазерного излучения эталона увеличена от 2 до 1·104 Вт. В обеспечиваемом ГЭТ 28-2022 диапазоне мощности лазерного излучения суммарная стандартная неопределённость воспроизведения и передачи единицы средней мощности лазерного излучения составляет не более 0,636 %. ГЭТ 28-2022 позволяет решать задачи метрологического обеспечения лазерных систем различного назначения, работающих в диапазоне мощностей лазерного излучения 2–1·104 Вт, а именно систем, предназначенных для лазерного упрочнения и резки, сварки и т. д.

Для повышения вычислительной эффективности решения задачи проверки гипотезы о распределениях случайных величин предложена модифицированная методика проверки. Методика основана на определении максимального расхождения между оценками функций распределения сравниваемых случайных величин и дальнейших вычислении и анализе доверительных интервалов для найденных значений функций распределения. Гипотеза о тождественности законов распределения подтверждается, если полученные доверительные интервалы при заданном уровне значимости пересекаются. По результатам вычислительных экспериментов сравнены критерии Колмогорова-Смирнова, Пирсона при использовании формул дискретизации интервалов значений случайных величин Старджесса, Хайнхольда-Гаеде и модифицированного метода. Рассмотрены парные сочетания законов распределения случайных величин: равномерного, нормального, логнормального и степенного. Установлены условия компетенций сравниваемых критериев проверки гипотез о распределениях случайных величин. Показано, что модифицированный метод можно обобщить на случай проверки гипотезы о распределениях многомерных случайных величин. В отличие от критерия согласия Пирсона предложенная модифицированная методика позволяет обойти проблему декомпозиции области значений случайных величин на многомерные интервалы.

Описана задача построения виртуальных датчиков для заданной технической системы, снабжённой датчиками для измерения компонент её вектора состояния. Такие датчики полезны в случаях, когда имеющихся физических датчиков недостаточно или требуется заменить отказавший датчик. Использование дополнительных физических датчиков для достижения необходимого результата может потребовать дополнительных затрат, кроме того, надёжность таких датчиков, как правило, невысока. Поставлена и решена задача построения виртуальных датчиков для технических систем, описанных динамическими моделями с негладкими нелинейностями (сухое трение, люфт, гистерезис, насыщение), в условиях действия внешних возмущающих воздействий. Приведены соотношения, позволяющие построить датчик минимальной сложности для оценки заданных компонент вектора состояния системы. Синтезированный таким образом датчик будет нечувствителен или минимально чувствителен к внешним возмущениям и может стать дополнительным к имеющимся физическим датчикам или заменить отказавший физический датчик. Теоретические положения проиллюстрированы примером построения виртуальных датчиков для известной трёхтанковой системы. Проведённое моделирование на основе пакета Matlab подтвердило правильность вычислений и построений. Полученные результаты можно применять при построении отказоустойчивых систем.

Рассмотрены актуальные в настоящее время вопросы комплексной автоматизации различных объектов переработки и хранения зерна и зернопродуктов. Описана автоматизированная система управления технологическими процессами хранения и переработки зерна на соответствующих предприятиях. Показано, что система позволяет не только оценивать соответствие параметров указанных процессов технологическим регламентам, но и контролировать деятельность технического персонала, а также снижать финансовые и энергетические затраты предприятий. Рассмотрен основной элемент автоматизированной системы – информационно-измерительная система контроля температуры и влажности зернопродуктов. Проанализированы косвенные неразрушающие методы контроля параметров (влажности и температуры) зернопродуктов. Обсуждены построение функциональной схемы измерительных преобразователей и дальнейшая разработка на их основе электронных устройств информационно-измерительных систем. Оценена эффективность информационно-измерительной системы контроля температуры и влажности зернопродуктов. Показано, что применение таких информационно-измерительных систем позволяет ужесточить контроль технологических процессов и тем самым повысить степень управления техническими устройствами влагометрии и термометрии.

Рассмотрена задача уменьшения влияния внешних дестабилизирующих факторов на микроэлектромеханические преобразователи угловой скорости. Показано, что для измерений малых угловых скоростей порядка единиц-десятков микрорадиан в секунду предпочтительнее использовать микрооптоэлектромеханические преобразователи, содержащие узлы оптического считывания. Исследовано влияние линейного ускорения на характеристики рамочного микрооптоэлектромеханического преобразователя угловой скорости с двумя каналами считывания оптических сигналов. Рассмотрено два метода компенсации погрешности при воздействии на рамочный микрооптоэлектромеханический преобразователь линейного ускорения. Методы компенсации реализуют управление коэффициентом усиления и силовую обратную связь. Экспериментально исследован узел считывания информации, основанный на оптическом туннельном эффекте и используемый для прецизионного измерения амплитуды колебаний чувствительного элемента, получена функция преобразования амплитуды колебаний чувствительного элемента в напряжение. Показана возможность формирования выходных сигналов преобразователя, пропорциональных угловой скорости и линейному ускорению. Для различных диапазонов угловых скоростей представлены зависимости изменения коэффициента усиления от напряжения смещения нуля, пропорционального действующему линейному ускорению. Предложена система компенсации силового воздействия дестабилизирующего линейного ускорения, состоящая из фильтра низких частот, пропорционально-интегрирующего регулятора и дополнительной пары электростатических приводов гребёнчатого типа. Дополнительные приводы расположены перпендикулярно приводам, возбуждающим первичные колебания. Оценена погрешность измерений угловой скорости при использовании двух методов компенсации. Предложенные технические решения позволяют повысить точность измерения угловой скорости микрооптоэлектромеханическими преобразователями, применяемыми в системах навигации и ориентации беспилотных летательных аппаратов различных типов.

Рассмотрена актуальная задача расширения области применения лидаров упругого рассеяния для определения микроструктуры приземного слоя атмосферы, содержащего полидисперсные и несферические частицы различной природы. Предложено интерпретировать микроструктуру слоя атмосферы как эквивалентную рассеивающую среду, состоящую из монодисперсных частиц. Проведён сравнительный анализ двух методов определения концентраций частиц в рассеивающем приземном слое атмосферы по лидарным сигналам обратного рассеяния с одновременной регистрацией угловых характеристик ореола рассеяния зондирующего пучка и по результатам контактных измерений с применением нефелометра. В рамках модели эквивалентной среды рассмотрена микрофизическая интерпретация измеряемых лидаром коэффициентов обратного рассеяния и экстинкции. Сравнены способы определения концентрации эквивалентных частиц модельной рассеивающей среды нефелометром по рассеянию на отдельных частицах в прямом и обратном направлениях. Концентрация эквивалентных частиц определена по результатам относительных измерений сигналов, образующихся при рассеянии светового излучения отдельными частицами, и показано, что она пропорциональна отношению квадрата ненормализованного момента первого порядка к ненормализованному моменту второго порядка. Отмечено, что найденные по обратному рассеянию ненормализованные моменты зависят от альбедо частицы, а найденные по прямому рассеянию – практически не зависят. Показано, что одновременные измерения сигналов, образованных рассеянием излучения отдельными частицами в прямом и обратном направлениях, позволяют определять необходимую для решения лидарного уравнения связь между коэффициентами обратного рассеяния и экстинкции, а затем использовать коэффициент обратного рассеяния для определения концентраций эквивалентных частиц. Результаты выполненного анализа позволяют однозначно сопоставить концентрацию эквивалентных частиц измеряемому сигналу обратного рассеяния. Полученные результаты можно применить при разработке дистанционных методов контроля аэрозольного загрязнения приземного слоя атмосферы.

Для отработки методики измерения фоновой концентрации метана методом пассивной локации с использованием солнечного излучения в качестве источника исследованы погрешности указанного метода. Фоновая концентрация метана измерена вдоль трёх разнесённых трасс на северо-востоке Московской области. Первая трасса проходила по урбанизированной местности с развитой инфраструктурой, промышленностью и большой плотностью населения, а вторая и третья трассы охватывали местности с меньшей плотностью населения и застройки, множеством лесных массивов и водоёмов. При обработке результатов измерений установлено, что наряду со случайными погрешностями необходимо учитывать систематическую погрешность, обусловленную влиянием внешних факторов на измерения концентрации фона метана при зондировании под малыми углами к горизонту, когда длина трассы заметно увеличивается. Показано, что к таким влияющим факторам можно отнести рассеяние света на аэрозолях и других примесных частицах в атмосфере. Введены компенсационные поправки, позволившие уменьшить систематическую погрешность практически до нуля. Предложена методика мониторинга, которая позволяет получить относительную погрешность в единицы процентов при измерениях фоновой концентрации метана в течение длительного времени. Результаты выполненных измерений согласуются с результатами глобальных измерений и подтверждают тенденцию роста фоновой концентрации метана в атмосфере Земли в последние годы.

Предложен и экспериментально исследован метод релятивистской синтонизации, предназначенный для передачи точного значения частоты удалённым квантовым часам. Предложенный метод учитывает релятивистские эффекты, обусловленные разностью потенциалов гравитационного поля и эффектом Допплера 2-го порядка. Реализован метод релятивистской синтонизации с применением перебазируемых высокостабильных водородных квантовых часов. В результате экспериментального исследования оценена точность передачи значения частоты от Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022 удалённому потребителю, расположенному в г. Евпатория. В эксперименте учтено начальное расхождение частот задающих генераторов стационарных и перебазируемых квантовых часов и их температурные уходы в пути следования. Относительная погрешность синтонизации с учётом всех мешающих факторов составила 4,6∙10–16, что в 37 раз меньше, чем в результате кодовых измерений по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем, и в 25 раз меньше, чем при использовании спутниковых дуплексных сличений. Исследованный метод релятивистской синтонизации предложено применять при создании измерительных сетей высокостабильных квантовых часов.

Рассмотрены существующие способы уменьшения погрешностей измерения температуры объектов и сред термометрами сопротивления. Данные погрешности вызваны влиянием сопротивления соединительных линий. Показано, что применяемые в промышленности способы уменьшения этого влияния и соответствующих погрешностей основаны на трёх- и четырёхпроводных схемах подключения термометров сопротивления, что усложняет измерительные схемы и повышает стоимость соединительных линий. Описана двухпроводная схема подключения, которая позволяет существенно ослабить влияние соединительной линии на точность измерения температуры. Данная схема отличается простотой конструкции и меньшей стоимостью по сравнению с трёх- и четырёхпроводными схемами подключения. Для уменьшения чувствительности к помехам и шумам квантования при одновременном сокращении времени измерения в двухпроводную схему предложено включить цифровой интегратор напряжения переходного процесса разряда конденсатора, шунтирующего термометр сопротивления. Практически реализован способ двухпроводного измерения температуры термометрами сопротивления с использованием разработанного алгоритма измерения и обработки результатов цифрового интегрирования напряжения переходного процесса. Выполнены многократные измерения эталонного сопротивления номиналом 1 кОм способом двухпроводного измерения температуры с использованием цифрового интегрирования и способом на основе оценки падения напряжения на термометре сопротивления по результатам измерения в двух точках кривой переходного процесса. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили эффективность способа двухпроводного измерения температуры с применением цифрового интегрирования. Способ можно применять в системах контроля параметров воздушной среды и технологических процессов.

Представлены результаты пилотных сличений КООМЕТ 706/RU-а/16 национальных эталонов единицы скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твёрдых средах. Сличения выполнены в 2018–2021 гг. с участием национальных метрологических институтов России, Беларуси, Украины и Китая. Основная цель данных сличений – проверка измерительных возможностей лабораторий-участников, анализ составляющих неопределённости измерений, оценка воспроизводимости результатов измерений, а также опробование транспортируемых эталонов сравнения, схем и способов их транспортировки. Впервые в метрологии акустических измерений в твёрдых средах проведены сличения шести эталонов, в которых реализованы различные методы возбуждения и регистрации ультразвука (бесконтактные оптический и ёмкостный методы, иммерсионный пьезоэлектрический метод) и различные методы измерений скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твёрдых средах (эхо-импульсный, резонансный, метод прохождения). С учётом стабильности характеристик транспортируемых эталонов сравнения применена комбинированная схема сличений. В качестве эталонов сравнения использовали образцы (меры скорости), изготовленные из кварцевого стекла, оптического стекла БК8 и стали марки 40Х13. Скорости распространения продольных ультразвуковых волн в образцах измеряли на частотах 2,25–2,5; 5; 10 МГц в соответствии с методикой измерений, принятой на данном эталоне. Сличения показали согласованность большинства результатов измерений, полученных в лабораториях-участниках. Отдельные расхождения результатов сличений можно связать с возможной недооценкой заявленных неопределённостей измерений участниками сличений, а также неучтёнными влияющими факторами, что требует дополнительных исследований для определения причин.