Accepted abstracts


Н.Т. Авласевич (Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Беларусь)
С.С. Ануфрик (Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Беларусь)
А.М. Ляликов (Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Беларусь)
Муаровый метод визуализации макродефектов динамических периодических структур

В докладе сообщается о разработке метода визуализации макродефектов динамических периодической структур, основанного на эффекте муара. Приведено теоретическое обоснование метода и представлены экспериментальные результаты, подтверждающие визуализацию макродефектов динамических периодической структур, основанную на муаровом эффекте. Сущность разработанного метода основана на регистрации серии снимков исследуемой динамической периодической структуры и последующей с последующем формированием муаровых картин при совмещении пары соответствующих снимков.
Показано, что для реализации данного метода возможно использование как когерентного, так и некогерентного света. Для подтверждения работоспособности данного способа исследования динамических периодических структур в качестве исследуемого объекта была выбрана периодическая металлическая маска, поверхность которой подвергалась механической деформации. Описаны макеты устройств регистрации серии снимков исследуемой маски и формирования муаровых картин. Представлена серия муаровых картин, полученных при использовании соответствующих пар снимков исследуемой металлической маски, поверхность которой подвергалась механической деформации. Муаровые картины отображают изменения профиля поверхности металлической маски, произошедшие из-за деформации ее поверхности за промежутки времени, соответствующие регистрации пары выбранных снимков.
Отмечено, что данный метод визуализации макродефектов периодических структур не требует сложных в технической реализации оптических схем записи и оптической обработки. Использование фоточувствительных материалов при регистрации изображения периодической структуры, пространственное разрешение которых превышает разрешающую способность у существующих приемных светочувствительных матриц, позволяет значительно расширить перечень исследуемых объектов, чем при цифровой регистрации. Получаемые муаровые картины могут быть обработаны по известным алгоритмам цифровой обработки интерферограмм.

И.С. Войтков (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
Р.С. Волков (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
О.В. Высокоморная (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
С.С. Кралинова (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
Экспериментальное исследование температуры и скорости парогазовой смеси за испаряющимися каплями воды

С применением оптических методов Particle Image Velocimetry, Laser Induced Phosphorescence и Planar Laser Induced Fluorescence выделены особенности процесса формирования существенно нестационарных и неоднородных полей температуры и скорости формирующейся парогазовой смеси в непосредственной близости от поверхности интенсивно испаряющихся капель воды. Эксперименты проведены с разными схемами расположения нескольких (две, три, пять) капель воды относительно друг друга в потоке нагретого до высоких температур воздуха. Установлены зависимости перепадов температуры и скорости парогазовой смеси в следе каждой из капель от времени нагрева, скорости и температуры воздушного потока, начальных размеров и схемы расположения капель. Выделены характерные особенности совместного влияния группы капель на их температурные и аэродинамические следы. Определены геометрические (продольные и поперечные) размеры аэродинамических и температурных следов группы испаряющихся капель. Показано, что протяженность температурного следа одной капли достигает 5–7 радиусов, а ширина температурного и аэродинамического следа капли не больше ее диаметра. Получены аппроксимационные выражения для всех установленных зависимостей с целью использования при математическом моделировании высокотемпературного испарения капель воды в газовой среде. Результаты исследований представляют интерес для оптимизации высокотемпературных технологий, эффективность которых зависит от скоростей прогрева и испарения аэрозольных жидкостных потоков в газовой среде, например: термическая или огневая очистка воды от нерегламентированных твердых и жидких примесей, получение водорода или синтез-газа с требуемым компонентным составом при специализированном нагреве увлажненных конденсированных веществ, создание теплоносителей на основе воды, дымовых газов и водяного пара (утилизация тепла уходящих газов), обработка с целью очистки теплонагруженных поверхностей энергетического оборудования, размораживание сыпучих сред газопарокапельными потоками, тушение пожаров водными аэрозолями и полидисперсными потоками водных суспензий и эмульсий.

Н.Т. Авласевич (Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Беларусь)
А.М. Ляликов (Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Беларусь)
Экспериментальная установка на основе интерферометра бокового сдвига для исследования динамических периодических структур

Сообщается о создании экспериментальной установки, предназначенной для исследования динамических периодических структур. Экспериментальная установка создана на основе простого в технической реализации интерферометра бокового сдвига, содержащего только пару зеркал, установленных параллельно друг другу, и дополнительного оптической системой пространственной фильтрации. Регулирование величины бокового сдвига интерферометра осуществляется перемещением одного из зеркал посредством шагового двигателя. При работе интерферометра оптической системой пространственной фильтрации выделяется волна, дифрагированная на исследуемой периодической структуре, а интерференционные картины регистрируются цифровой камерой и выводятся на монитор персонального компьютера.
Особенностью двузеркального интерферометра является возможность формирования сдвиговых интерферограмм с регулированием величины бокового сдвига, что позволяет использовать данное устройство для измерительного контроля параметров динамической периодической структуры с изменением чувствительности измерений.
Рассмотрены два варианта работы экспериментальной установки: в режиме формирования сдвиговым интерферометром интерферограмм малого и большого бокового сдвига. Приведено теоретическое обоснование реализации способа измерительного контроля параметров динамических периодических структур при формировании интерферограмм бокового сдвига.
Приведены экспериментальные результаты по визуализации макродефектов исследуемой динамической пространственно-периодической структуры, в качестве которой была использована крестообразная металлическая сетка, поверхность которой подвергалась переменной деформации. Представлены сдвиговые интерферограммы исследуемой сетки, зарегистрированные в различные моменты времени после начала деформации поверхности сетки.
В докладе отмечено, что предложенное устройство для формирования сдвиговых интерферограмм может быть использовано для измерительного контроля различного рода объектов, характеризующихся пространственной структурой, изменяющейся во времени.

В.Л. Козлов (Белорусский государственный университет)
Н.В. Згировская (Белорусский государственный университет)
Идентификация принтеров с использованием корреляционной обработки цифровых изображений

Применение корреляционной обработки оптических изображений объектов экспертного исследования является перспективным направлением повышения качества и достоверности проводимых исследований. Для решения задачи экспертизы и анализа документов, напечатанных на лазерных и струйных принтерах, было разработано программное приложение на основе корреляционной обработки цифровых изображений, позволяющее анализировать искажения печати и осуществлять идентификацию принтеров, т.е. определять напечатаны ли два разных документа на одном и том же принтере. Интерфейс приложения имеет два синхронизированных рабочих окна. В левое окно загружается эталонное изображение документа, в правое загружается изображение исследуемого документа. Приложение осуществляет поиск выделенного фрагмента на исследуемом изображении, путем вычисления значения двухмерной нормированной кросс-корреляционной функции между выделенными фрагментами изображений. Значение корреляционной функции характеризует степень совпадения фрагментов изображений, а разность координат выделенного фрагмента на первом и втором изображениях характеризует растяжение или сжатие второго изображения относительно первого. Также программное приложение обеспечивает возможность построения трехмерного графика корреляционной функции для всех точек изображения.
Экспериментальные исследования показали, что одинаковые буквы, напечатанные на одном и том же принтере, имеют значение корреляционной функции 0.97–0.99, а одинаковые буквы, напечатанные на разных принтерах, имеют значение корреляционной функции 0.87–0.94, что свидетельствует о возможности использования приложения для идентификации принтеров. Разрешение при анализе искажений печати (растяжение или сжатие строки, или растяжение страницы по вертикали) составляет 1 пиксель, что соответствует 0.01–0.03 мм в зависимости от разрешения при сканировании.

Е.Ф. Шмигирёв (Белорусский государственный университет)
В.Л. Козлов (Белорусский государственный университет)
Использование цифровой фильтрации для повышения качества изображений объектов экспертных исследований

В последние годы всё больше внимания уделяется методам идентификации объектов на основании анализа биометрических данных, таких как отпечаток пальца, радужная оболочка глаза, голос, почерк и т. п. Однако, при снятии биометрических данных зачастую приходится сталкиваться с наличием различных шумов на изображениях, что значительно снижает эффективность и достоверность экспертных исследований, поэтому улучшение качества и уточнение полезного сигнала на изображениях является актуальной и перспективной областью исследований. Для решения этой задачи предлагается использовать настраиваемые частотные фильтры, которые подавляют или минимизируют те составляющие, которые представляют собой шум для экспертных исследований. Зачастую, приходится сталкиваться с апериодическими или квазипериодическими видами сигналов, поэтому для выяснения вида необходимого фильтра для автоматической обработки требуется априорная информация о том, какие колебания в данном случае являются полезным сигналом, а какие представляют собой шум. Если требуется автоматизировать процесс анализа спектра изображения, то целесообразно использовать корреляционную обработку или нейронную сеть, чтобы получить область полезного сигнала.
Была разработана методика повышения качества изображений объектов экспертных исследований, основанная на использовании прямого преобразования Фурье с последующей частотной фильтрацией и обратным преобразованием Фурье, что позволило значительно повысить качество изображения. Параметры фильтра для каждого конкретного изображения выбираются в зависимости от спектра преобразованного сигнала. Также были проведены исследования возможности использования фильтрации с помощью фильтра Габора, при этом параметры фильтрации, такие как окно сканирования; стандартные отклонения гауссова ядра, по осям x и y, определяющие растянутость фильтра по осям; частотная модуляция фильтра; пространственная направленность фильтра, определяющая его ориентацию относительно главных осей, подбираются в зависимости от объекта экспертных исследований, зашумлённости изображения, параметров линий и разрешения изображения. Разработаны методики определения параметров фильтра в зависимости из вида объекта исследования. Экспериментальные исследования показали хорошую эффективность использования фильтра Габора для повышения качества изображений объектов экспертных исследований.

Комбинационное рассеяния света (КРС) позволяет непосредственно измерять частоту колебаний кристаллической решетки твердого тела. Изменение частоты колебаний решетки в зависимости от изменения объема определяется параметром Грюнайзена, значения которого для большинства веществ известны. В этом смысле, измерение частоты КРС позволяет напрямую определять значения деформаций всестороннего сжатия.
Сдвиговые деформации в твердом теле в явлении КРС проявляются в изменении частоты и интенсивности поляризованных компонент. В частности, в [1] таким методом были определены величины остаточных деформации эпитаксиальных слоев кремния (толщиной порядка 1 мкм) на сапфировой подложке. Суть метода заключается в измерении частоты КРС для разных кристаллографических направлений слоя кремния. Такая возможность существует если использовать определенные ориентации плоскостей поляризации падающего лазерного излучения и определенные поляризации рассеянного излучения. В результате деформации, симметрия кристаллической решетки кремния изменялась с кубической до тетрагональной, и одна трехкратно вырожденная частота колебания решетки расщеплялась на три отдельных значения. Величина расщепления прямо связана с величиной сдвиговых деформаций, которые и были измерены.
Измерения интенсивности поляризованных компонент КРС тоже может быть использовано для определения величины сдвиговых деформаций. В работе [2] проведены экспериментальные и теоретические исследования влияния понижения симметрии кристаллической решетки на угловые зависимости интенсивностей поляризованных компонент КРС. В работе, в аналитическом виде установлена связь между интенсивностью поляризованных компонент и значениями компонент тензора КРС деформированного образца. Измерения проведены для двух образцов эпитаксиальных слоев кремния. Теория учитывает ситуацию, когда исследуемый слой является дефектным или поликристаллическим, но с наличием определенной текстуры. Параметром текстуры является дисперсия направлений кристаллических доменов слоя, которая также определялась в эксперименте.
Метод был применен к исследованиям образцов кремния, подвергнутого интенсивной сдвиговой деформации в условиях сильного гидростатического сжатия [3].

1. Anastassakis E., Pinczuk A., Burstein E., Pollak F. H. and Cardona M.// Solid State Commun. 1970, V.8 P. 133
2. Иго А.В.// Оптика и Спектроскопия. 2018, т. 125 с.25.
3. Иго А.В.// Физическая мезомеханика. 2018, т. 21, с.107.

И.А. Мизева (Институт механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН))
А.В. Шмыров (Институт механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН))
А.И. Мизев (Институт механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН))
А.И. Шмырова (Институт механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН))
Анализ свойств межфазных поверхностей методами компьютерной интерферометрии

Анализ формы межфазной поверхности является актуальной задачей для физической химии, биофизики и межфазной гидродинамики. На сегодняшний день велик спрос на прецизионное определение коэффициентов поверхностного натяжения и реологических характеристик межфазной границы. Классические тензиометрические методы, такие как, метод капиллярных волн и методы стационарных менисков хорошо изучены теоретически и основаны на определении геометрических параметров поверхности жидкости находящейся в поле внешних сил. В нашей работе мы впервые применили методы компьютерной интерферометрии для регистрации профиля поверхности и полевой метод обработки полученного изображения. В случае метода капиллярных волн, при обработке 3D изображения поверхности мы интерполируем профиль аналитическим решением уравнений [1], что помогло не проигрывая в точности определяемых параметров [2] отфильтровать паразитный вибрационный фон. Оригинальным является и способ возбуждения капиллярных волн, основанный на взаимодействии поверхности с акустической волной. В случае стационарных менисков регистрация и реконструкция сегмента профиля интерференционными методами позволяет с хорошей точностью измерять динамическое межфазное натяжение в задачах характеризующихся малыми числами Бонда. В частности, это позволяет существенно расширить диапазон вариации площади межфазной границы в методе PAT (profile analysis tensiometry), за счёт расширения применимости метода на линзообразные капли, а не только капли с ярко выраженным экватором.
Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ (грант 17-41-590095).
1. E.H. Lucassen-Reynders and J. Lucassen, “Properties of capillary waves,” Adv. Colloid Interface Sci. 2, 347 (1970).
2. Shmyrov A., Mizev A., Shmyrova A., Mizeva I. Capillary wave method: An alternative approach to wave excitation and to wave profile reconstruction// Physics of Fluids 2019 10.1063/1.5060666 SP - 012101,- 31 .1

В.Е. Привалов (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
В.Г. Шеманин (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
Лидарная диагностика сероводорода в воздушном потоке

В середине прошлого века в учебниках географии можно было прочитать, что Черное море имеет глубину до 2000 м, причём морская вода занимает поверхностный слой толщиной примерно 200 м. Все остальное- жидкий сероводород, несовместимый с жизнью. Сегодня ситуация изменилась: сероводород находится на глубине около 150-75 м. Поскольку его уровень пульсирует, возможно повышение концентрации в верхних слоях моря и даже в атмосфере. Сероводород токсичен и взрывоопасен. Необходимо понять, это естественные флуктуации или неуклонная тенденция. Имеются сторонники обеих точек зрения. Вспоминают, что в 1927 году во время землетрясения море около Ялты горело. В любом случае необходим постоянный мониторинг. Наиболее подходящим инструментом для решения данной задачи является лидар. Авторами были выполнены соответствующие оценки для сероводорода в воздушном потоке. Ранее было показано, что лидар комбинационного рассеяния света (КРС) может использоваться для дистанционного измерения концентрации молекул на уровне сотен и тысяч ПДК. Может использоваться и лидар дифференциального поглощения и рассеяния (ДПР). В докладе представлены результаты численного решения лидарного уравнения для КРС и ДПР молекулами сероводорода при зондировании в атмосфере и воде с платформы, летающей на различных высотах. Исследована зависимость времени измерения лидаром, необходимое для измерения уровня концентраций исследуемых молекул сероводорода на глубинах до 70 м на различных длинах волн лазерного излучения. Получено, что оптимальной для воздушного потока будет длина волны третьей гармоники YAG-Nd лазера 355 нм, а под водой - второй гармоники 532 нм.

Е.В. Колпакова (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
Э.Р. Пипит (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
В.Г. Шеманин (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
Лазерная система мониторинга молекул углеводородов в технологических потоках

В нефтегазовой отрасли каждый технологический процесс в той или иной степени выделяет химические компоненты, и в сумме они вносят ощутимый вклад в загрязнение атмосферного воздуха. Основным источником воздушных выбросов на таких предприятиях являются испарения нефти и нефтепродуктов во время хранения и сливно- наливных операций. Целью настоящей работы является разработка лидарной системы мониторинга молекул углеводородов в воздушных выбросах при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов на территории морского порта. Лазерная система для измерения концентрации молекул загрязняющих веществ методом комбинационного рассеяния света на расстояниях до 500 м включает оптический модуль, электронный модуль и специальное программное обеспечение. Оптический модуль лазерной системы состоит из импульсного твеpдотельного лазерного излyчателя, приемного телескопа и микро спектрометра. Электронный модуль включает контроллер для управления режимами работы лазера и для обработки сигналов микро спектрометра в ПК. Для оценки потенциальных возможностей такой системы и выбора параметров лазерного излучения был выполнен вычислительный эксперимент для зондирования методом комбинационного рассеяния света молекул предельных углеводородов с концентрациями на уровне предельно- допустимых. Лидарное уравнение для комбинационного рассеяния света в предположении однократного рассеяния в направлении назад на атмосферной трассе длиной до 500 м численно решалось для следующих параметров лидара: площадь приемного телескопа равна A0 = 0,037 м2 ; шаг по расстоянию ∆R = 7,5м для времени измерения 50 нс и концентрация молекул гексана N=1016 см-3 . Значения дифференциального сечения комбинационного рассеяния света молекул гексана для валентного колебания СН - (dσ/dΩ) = 4,0•10 -30 см2 /ср. В результате получено, что для этой полосы комбинационного рассеяния света молекулами гексана оптимальной длиной волны лазерного излучения для всей трассы зондирования является 355 нм – излучение третьей гармоники YAG-Nd лазера.
Работа выполнена при поддержке основной части Госзадания Министерства образования и науки РФ, задание № 5.7721.2017/БЧ.

Е.И. Веденин (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
В.С. Каунов (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
В.Г. Шеманин (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
Лидарное зондирование аэрозольных потоков

Одним из основных параметров выброса аэрозоля, которым управляют в реальном производстве, является распределение частиц по размерам или дисперсный состав. Числовым параметром, характеризующим функцию распределения частиц по размерам, является средний объемно-поверхностный размер частиц - диаметр d32, который хорошо коррелирует с другими средними параметрами распределения, такими как, средний геометрический диаметр и стандартное геометрическое отклонение логарифмически нормального распределения.
Этот же параметр измеряется по дифференциальному поглощению, что позволяет восстанавливать функцию распределения частиц по размерам с достаточной степенью точности.
Лидарный сигнал рассеяния Ми частицами аэрозоля так же будет зависеть от этой функции. Поэтому в работе выполнено исследование зависимости сигнала аэрозольного лидара от диаметра d32 частиц цементного аэрозоля. Сигнал аэрозольного лидара в направлении назад из измерительного объема, сформированного лабораторным генератором частиц цементных аэрозоля в воздушном потоке [4], регистрировался приемным телескопом типа Ньютона диаметром 120 мм и через волоконный ввод подавался на вход микро спектрометра типа FSD-8. Через воздушный поток, сформированный на выходе газохода, пропускались четыре лазерных луча, один на 532 нм – лидара и три луча на 405, 650 и 1064 нм в схеме дифференциального ослабления направлялись на один фотоприемник со своей схемой обработки сигнала. Результаты лабораторных измерений позволили определить по известным оптическим константам и заданной геометрии мощность сигнала лидара на длине волны 532 нм, приходящуюся на единицу размера частиц около d32 диаметра, которое равно (6,7 ±1,6) Вт/м. Проверка этих данных была выполнена численным решением лидарного уравнение для упругого рассеяния Ми для частиц цементного аэрозоля, в котором коэффициент рассеяния был представлен как линейная функция диаметра частиц d32. Результаты моделирования для реальных цементных частиц дали значение мощности сигнала лидара, приходящуюся на единицу размера частиц около d32 диаметра, равное (5,6 ±0,9) Вт/м. Результат моделирования подтверждает результаты экспериментов с хорошей точностью.
Работа выполнена при поддержке основной части Госзадания Министерства образования и науки РФ, задание № 5.7721.2017/БЧ.

А.М. Шагиянова (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
Е.Ю. Коротеева (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
И.А. Знаменская (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
П.А. Рязанов (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
Количественный анализ динамических термограмм пограничных слоев жидкости

Инфракрасная (ИК) термографическая съемка с высоким пространственным и временным разрешением через ИК-прозрачные стенки сосудов открывает широкие возможности исследования динамики пограничных слоев ИК-поглощающих жидкостей. В данной работе рассмотрены два дополняющих друг друга метода пост-обработки динамических термограмм, которые позволяют проводить количественный анализ течений в пограничных слоях воды. Регистрация термограмм проводится с помощью тепловизионной камеры FLIR SC7700, работающей с средневолновом ИК-диапазоне (3.7-4.8 мкм) и позволяющей проводить съемку на частоте до 115 Гц (полный кадр, 640х512 пикселей) и до 450 Гц (с ограниченным разрешением). Исследуемые пограничные течения возникают на стенках резервуаров с окнами, изготовленными из ИК-прозрачных материалов (селенид цинка, фторид кальция).
Оба представленных метода основаны на эффекте поглощения теплового излучения в воде на субмиллиметровой длине оптического пути в рабочем диапазоне тепловизионной камеры. Ключевым является термографическая регистрация динамики т.н. “тепловых точек” - элементов в потоке жидкости, которые в процессе вихревого перемешивая сохраняют свои начальные температуры. Первый метод позволяет исследовать спектральные характеристики турбулентных пульсаций в пристеночных слоях. Второй метод позволяет в результате кросс-корреляционного анализа динамических термограмм получать векторные поля скоростей в пограничном слое. Таким образом достигается беззасевное трассирование потоков, при котором роль трассеров играют «тепловые точки». В работе представлены результаты применения методов на ряде модельных струйных течений. Обсуждаются основные требования, возможности и ограничения представленных методов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 16-38-60186).

Интерес к плазме, образующейся на поверхности металлических мишеней при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью 10^16-10^17 Вт/см^2, обусловлен тем фактом, что она является источником излучения рентгеновского диапазона спектра субпикосекундной длительности имеющим большое практическое значение. Генерация рассматриваемого рентгеновского характеристического излучения сверхмалой длительности связана с образованием в плазме быстрых электронов с энергиями порядка нескольких десятков кэВ. Теоретические исследования процесса взаимодействия лазерного излучения с мишенью показали, что ключевым вопросом при определении механизма создания быстрых электронов является величина характерного масштаба неоднородности плазмы. Подобные эксперименты проводились и ранее, однако, отличительной особенностью представленных исследований является применение нового источника лазерного излучения, отличающейся высоким контрастом (10^7) и длиной волны излучения в инфракрасной области спектра. Для формирования плазмы и ее диагностики в экспериментах использована тераваттная хром:форстерит лазерная система, обеспечивающая генерацию лазерных импульсов на длине волны излучения 1240 нм, длительностью 80-120 фс, энергией до 80 мДж, следующих с частотой 10 Гц.
Вопрос о механизме генерации быстрых электронов (это резонансное поглощение или вакуумный нагрев) неразрывно связан с вопросом о градиенте электронной плотности плазмы. Разлет плазмы до воздействия максимальной интенсивности лазерного импульса может приводить к размытости границы плазма-вакуум и снижать значение градиента.
Целью проведения исследований являлось измерение характерного размера неоднородности предплазмы на поверхности мишени в момент воздействия максимума интенсивности нагревающего лазерного импульса. Для этого была использована экспериментальная схема интерференционной микроскопии с временным разрешением (pump-probe интерферометрия), собранная в вакуумной камере. В результате исследований была получена зависимость изменения фазы комплексного коэффициента отражения плазмы от величины временной задержки между нагревающим и зондирующим импульсом. В момент воздействия максимума интенсивности нагревающего импульса изменение фазы составило ~0.6 рад, что соответствует смещению на ~ 30 нм (в следствие разлета) слоя плазмы с критической плотностью n_cr = 2,9·10^21 см^(-3) для зондирующего излучения на длине волны λ = 620 нм.

А.Б. Бурлаков (МГУ им. М.В.Ломоновова)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.Д. Хохлов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.И. Кузьмин (Российский технологический университет (МИРЭА), Московский технологический институт)
А.Ф. Гадзаов (Российский технологический университет (МИРЭА), Московский технологический институт)
Применение гиперспектральной визуализации для анализа эмбрионального развития низших позвоночных

Рассмотрена задача анализа особенностей эмбрионального развития низших позвоночных с применением неинвазивных оптических методов исследования биологических объектов. Для сегментации пространственных областей эмбрионов с различными физико-химическими свойствами предложено применять гиперспектральную визуализацию. Такой подход позволяет получать информацию о пространственном распределении оптических спектральных свойств наблюдаемого объекта. Для реализации данного подхода создан экспериментальный стенд на основе микроскопа, сопряженного с видеоспектрометром с перестраиваемым акустооптическим фильтром, позволяющий осуществлять одновременную регистрацию широкополосного (цветного) и узкополосного (спектрального) изображений. На основании серий спектральных изображений, полученных при последовательной перестройке перестройке акустооптического фильтра в рамках рабочего спектрального диапазона, формировались гиперспектральные массивы данных. Проведена серия экспериментов, в ходе которых на протяжении 1 часа велось наблюдение процесса развития эмбрионов вьюна Misgurnus fossilis при его переходе с 32-й на 33-ю стадию развития с использованием описанного экспериментального стенда. Для дальнейшего исследования были выделены характерные пространственные области, соответствующие определенным участкам эмбриона вьюна. Для выделенных областей получены временные зависимости, характеризующие изменение спектральных свойств в процессе наблюдения. На примере результов анализа данных, полученных в ходе часового наблюдения развития эмбриона, показано, что совместная обработка серий спектральных изображений, полученных в различных спектральных интервалах в пределах рабочего спектрального диапазона акустооптического видеоспектрометра от 450 до 750 нм, позволяет эффективно выявить различия в кинетике спектральной плотности поглощения оптического излучения для различных областей осевой мезодермы.

А.Н. Кравцов (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
А.Р. Горбушин (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
С.А. Глазков (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
Д.С. Ступак (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
А.В. Тенина (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
В.М. Фомин (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
Н.Н. Хозяенко (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
Комплексные весовые и оптические исследования особенностей обтекания моделей с местными сверхзвуковыми зонами в промышленной АДТ Т-128

В работе рассматриваются результаты эффективного применения физических методов исследования особенностей обтекания аэродинамической модели в промышленной АДТ Т-128 совмещенные со стандартными весовыми испытаниями. Представлены результаты согласованного стандартного весового эксперимента и физического исследования особенностей обтекания аэродинамической модели в промышленной АДТ Т-128. Исследование особенностей обтекания аэродинамической компоновки проводилось при помощи видеокамеры Sanyo VCC-6572P (скорость сьёмки 25 кадров/сек, разрешение: по горизонтали – 520, по вертикали – 400 телевизионных линий). Это позволило провести интерпретацию измеряемых аэродинамических сил и моментов, связав их изменения со структурой течения возле ЛА. В стандартных весовых испытаниях методами скоростной видеосъемки исследована сложная структура течения, возникающая при обтекании аэродинамической модели при дозвуковых и трансзвуковых скоростях. Основное внимание уделено исследованию особенностей обтекания аэродинамической компоновки, визуализации физической картины обтекания крыла модели, образованию газодинамических особенностей и деформации консоли крыла.
Результаты согласованного весового эксперимента и визуализация особенностей обтекания аэродинамической модели в промышленной АДТ Т-128 позволили получить физическую информацию о структуре течения (возникновение ударно-волновой структуры, отрывы потока, «тряску» крыла, деформацию консоли крыла) одновременно с измерением аэродинамических сил и моментов на весах в стандартном темпе их проведения. Это в значительной мере расширяет информативность экспериментальных исследований, повышает их надежность и дает возможность проводить правильную интерпретацию получаемых результатов.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант №19-01-00671 а).


И.В. Мурсенкова (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
А.С. Сазонов (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
Ю. Ляо (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
Визуализация зоны отрыва в пограничном слое сверхзвукового потока воздуха свечением импульсного поверхностного скользящего разряда

Представлены результаты исследования поверхностного распределенного скользящего разряда длительностью ~ 300 нс (плазменного листа) протяженностью 100 мм в неоднородных сверхзвуковых потоках воздуха в ударной трубе с разрядной камерой. Потоки создавались за плоскими ударными волнами с числами Маха 3.0-3.8; числа Маха потоков составляли 1.36-1.52. Пограничный слой сверхзвукового потока за плоской ударной волной является ламинарным на расстоянии около 6-10 см от фронта ударной волны, затем турбулентным после ламинарно-турбулентного перехода.
Течение в разрядной камере включало косую ударную волну, генерируемую за счет взаимодействия сверхзвукового потока с малым препятствием, и затем отражающуюся от верхней стенки разрядной камеры. При этом ударная волна взаимодействовала с пристеночным слоем течения, сформировавшимся вблизи обтекаемой плоской поверхности, на которой в определенный момент времени инициировался скользящий разряд. Проанализированы ток разряда, эмиссионные спектры, пространственные характеристики излучения при различных условиях инициирования разряда. Проведена цифровая обработка изображений свечения, полученных на различных стадиях взаимодействия скачка уплотнения с ламинарным и турбулентным пограничным слоем. Показано, что пространственное распределение излучения скользящего поверхностного разряда визуализирует зону отрыва, образующуюся при взаимодействии косого скачка уплотнения с пограничным слоем. Приводятся результаты сканирования излучения разряда для анализа пограничного слоя, модифицированного взаимодействием с косым скачком уплотнения.
Работа связана с проблемой управления взаимодействием ударных волн с пограничным слоем; с динамикой сверхзвукового течения после воздействия импульсного поверхностного электрического разряда.

Е.Д. Бирюков (Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН)
М.С. Копылов (Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН)
А.Е. Кувшинников (Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН)
Численное моделирование сверхзвукового обтекания конуса в трехмерной постановке в программном пакете OpenFOAM

В настоящий момент существует множество программных пакетов, решающих задачу обтекания удлиненных тел вращения (УТВ). Трудно понять, в каком пакете какой метод лучше использовать. Необходимо построить вычислительную технологию, которая стала бы эталоном для решения подобных задач. Было решено воссоздать технологию, разработанную в конце 80-х – начале 90-х в ИМП им. М. В. Келдыша. В данной технологии коэффициент аэродинамического сопротивления рассматривался как сумма трех составляющих. Одной из составляющих является коэффициент сопротивления УТВ при невязком обтекании. Необходимо было выбрать задачу обтекания с существующим аналитическим или табличным решением. Поэтому, в качестве эталонной была выбрана задача обтекания конуса. Было решено использовать открытый программный пакет OpenFOAM, имеющий в своем составе несколько солверов, а также позволяющий создавать собственные солверы. Для расчета невязкого обтекания конуса были выбраны 3 солвера программного пакета OpenFOAM: rhoCentralFoam, pisoCentralFoam, sonicFoam. Расчеты проводились при следующих параметрах набегающего потока: число Маха М = 3, давление P = 101325 Па, температура T = 300 К. Угол полураствора конуса изменялся от 15° до 25° с шагом 5°. В качестве точного решения использовалась интерполяция табличного решения из [1]. Для сравнения точности численных решений использовались разностные аналоги норм L1 и L2. Также проведено исследование осцилляций в окрестности вершины конуса. Полученные результаты будут в дальнейшем использованы для вычисления коэффициента аэродинамического сопротивления УТВ.
Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ (грант 18-31-00320-мол_а).
1. Пространственное обтекание гладких тел идеальным газом. / Бабенко К.И., Воскресенский Г.П., Любимов А.Н., Русанов В.В., М: Наука, 1964.

В. Тху (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.В. Ильин (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Исследование обтекания шероховатых поверхностей в аэродинамической трубе

В настоящее время проводятся исследования, цель которых состоит в определении влияния структуры поверхности на обтекающий ее поток воздуха. Результаты подобных исследований могут быть использованы при создании транспортных средств для улучшения их аэродинамических характеристик, которые влияют на максимальную скорость, расход топлива и т.д., путем создания поверхности, имеющей определенные параметры.
Представлена схема метода анемометрии по изображениям частиц (АИЧ) [1] для применения в лабораторной аэродинамической трубе и разработанная экспериментальная установка, позволяющая реализовать данный оптический метод исследований.
Проводятся экспериментальные исследования обтекания шероховатых поверхностей потоком воздуха путем физического моделирования данного процесса. Образцы исследуемых поверхностей с различными характеристиками шероховатости помещаются в рабочую часть лабораторной аэродинамической трубы. С помощью метода АИЧ получены векторные поля скорости потока воздуха, обтекающего образцы шероховатых поверхностей, что позволяет визуализировать данный процесс. Векторные поля скорости потока получены для поверхностей с различными размерами неровностей, которые соответствуют разным классам шероховатости, при различных значениях скорости потока воздуха в рабочей части аэродинамической трубы. Путем сравнения картин обтекания наблюдается зависимость характера обтекания от степени шероховатости поверхности, а также от скорости потока.
Производится оптимизация характеристик созданной экспериментальной установки, целью которой является получение картин обтекания с заданной точностью.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 19-07-00921).
1. Particle Image Velocimetry. A Practical Guide / M. Raffel [et. al.]. – 3rd edition. – Springer International Publishing, 2018. – 669 p.

Ш.Ш. Усманова (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
О.А. Евтихиева (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Н.М. Скорнякова (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Исследование вихревых потоков методом мультицветной анемометрии по изображениям частиц

Существующие на данный момент модификации метода анемометрии по изображению частиц (АИЧ) для исследования потока, такие как стерео или томографические измерения позволяют получать наиболее полную информацию о его структуре по сравнению со стандартным плоскостным методом исследования АИЧ [1]. Но, тем не менее, применение данных методов на практике требует сложной предварительной подготовки.
В данной работе рассмотрен перспективный метод диагностики и визуализации потоков – метод мультицветной анемометрии по изображению частиц [2]. Оптико-электронный комплекс состоит из блока генерации параллельных лазерных плоскостей с разными длинами волн; приемной оптической системы, включающей цветную КМОП матрицу; компьютер со специализированным программным обеспечением. Главным преимуществом метода является возможность фиксировать векторные поля скоростей одновременно в нескольких плоскостях. Изложены преимущества применения мультицветной анемометрии по изображению частиц на практике для исследования различных потоков.
В работе на тестовом объекте, в качестве которого выступает вихревая структура, созданная с помощью химической мешалки в жидкости, одновременно получены векторные поля в трех параллельных плоскостях. Произведена визуализация возникающих вихрей, выполнено сравнение результатов с полученными путем компьютерного моделирования и другими экспериментальными методами.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 19-07-00921 а).
1. Particle Image Velocimetry. A Practical Guide / M. Raffel [et. al.]. – 3rd edition. – Springer International Publishing, 2018. – 669 p.
2. Баюн С.В., Скорнякова Н.М., Ермаков Б.В. Возможности мультицветной анемометрии по изображениям частиц // Оптические методы исследования потоков: Труды XIII Международной научно-технической конференции. [Электронный ресурс] — М. Издательство Перо, 2015. – 595 с. 1 CD-ROM (163 Мб). С. 477-485.


Е.Б. Бутаков (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
С.С. Абдуракипов (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Применение компьютерного зрения и глубинного обучения для мониторинга пламени и обнаружения аномалий горения

Для повышения энергетической безопасности, расширения сферы применения угля и повышения его доли в энергетике России, необходимы исследования по развитию новых экономически выгодных и экологически чистых угольных технологий. Развитие современных алгоритмов анализа данных и машинного обучения обеспечило исследователей новыми эффективными инструментами для обработки больших массивов и обобщения содержащейся в них информации с помощью построения моделей процессов [1]. Система позволяет производить мониторинг режимов горения в режиме реального времени. Эксперименты проводились на полупромышленном стенде тепловой мощностью до 5 МВт. В экспериментах использовался бурый уголь, измельченный в мельнице дезинтегратор. Воспламенение угля осуществлялось высоковольтным плазмотроном переменного тока. В процессе всего эксперимента проводился температурный и газовый анализ в камере сгорания. С торца улиточного завихрителя установлено кварцевое стекло диаметром 0,08 м, через которое велась видео съемка воспламенения и горения пылеугольного топлива при различных стехиометрических значениях топливо-воздух.
Применение сверточных и рекуррентных нейронных сетей позволяет идентифицировать близкие режимы горения, не различимые визуально, с точностью около 80%. Средняя точность классификации режимов горения составляет около 95%.
Целью настоящей работы является применения алгоритма сверточной нейронной сети для идентификации пламени и его состояния (характерных режимов) в горелочном устройстве.
1. Hao, Zhou, Cen Kefa, and Mao Jianbo. ""Combining neural network and genetic algorithms to optimize low NOx pulverized coal combustion."" Fuel 80.15 (2001): 2163-2169. «Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-48-543015»

В.В. Никулин (ФГБУН Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН)
Р.А. Паненко (ФГБУН Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН)
Экспериментальное наблюдение турбулентного обмена между неоднородным вихревым кольцом и окружающей средой теневым методом

Исследование турбулентности в вихревых кольцах существенно осложняется нестационарным и вихревым характером течения, поэтому нахождение каких-либо турбулентных характеристик является важным достижением. В настоящей работе методом теневой визуализации выполнено экспериментальное наблюдение движения вихревого кольца, плотность жидкости в котором на начальном этапе отличается от окружающей. Оказалось, что теневое изображение вихря ведет себя неожиданным образом, ранее не наблюдавшемся. Сразу после попадания вихря в среду другой плотности, он прозрачен, визуализируется только внешняя граница его атмосферы. Если вихрь ламинарный, то он остается прозрачным на протяжении всего движения, прозрачность нарушается тогда, когда происходит его разрушение, сопровождающееся турбулизацией течения. Если вихрь турбулентный, то по мере движения сначала происходит резкое потемнение изображения, затем, после достижения некоторого максимума, изображение светлеет, вплоть до практически полного исчезновения. Это связано с тем, что вначале жидкости внутри и вне вихря однородны и поэтому прозрачны. В процессе движения, однородность сред нарушается, в них попадают турбулентные объемы другой жидкости, в результате чего возникают градиенты плотности и происходит теневая визуализация. Поскольку потемнение изображения вызвано турбулентным обменом, то время, проходимое вихрем от границы раздела сред до места, где потемнение достигает максимума, можно принять за характерное время турбулентного обмена, а расстояние до этого момента - за характерный путь. На основе анализа динамики потемнения установлены характерное время и путь турбулентного обмена в зависимости от параметров вихревого кольца при различных разностях плотностей сред внутри и вне вихря.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-08-00824.

А.Е. Бондарев (Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН)
О построении обобщенного вычислительного эксперимента в задачах газовой динамики

Рассматриваются вопросы построения обобщенного вычислительного эксперимента в задачах механики жидкости и газа. Обобщенный вычислительный эксперимент строится на основе параметрических исследований, проводящихся путем вариации определяющих параметров задачи в выбранных диапазонах [1]. С вычислительной точки зрения организация такого эксперимента предполагает параллельное решение задачи в многозадачном режиме с изменяющимся набором входных параметров. Исходная задача должна решаться многократно, и реализовать подобную процедуру можно только с помощью параллельных вычислений на высокопроизводительных кластерах. Для практической реализации параметрических исследований такого рода строятся интерфейсы на основе вычислительных технологий MPI и DVM/DVMH [2]. Результатом эксперимента являются многомерные массивы, к исследованию которых применяются средства визуальной аналитики. Построение обобщенного эксперимента позволяет получать зависимости для ценных функционалов от определяющих параметров задачи. Реализация обобщенного эксперимента позволяет получать решение для класса задач в рассматриваемых диапазонах, а не только для одной, отдельно взятой задачи.
Работа выполнена за счет гранта РНФ (проект 18-11-00215).
1. Bondarev A.E. On the Construction of the Generalized Numerical Experiment in Fluid Dynamics // Mathematica Montisnigri, Vol. XLII, 2018, p. 52-64.
2. Alexander Bondarev, Vladimir Galaktionov, Artem Kuvshinnikov (2018) Analysis of the effectiveness of the DVM / DVMH technology for the parallel solution of the Burgers parametric equation // Proceedings 2018 Ivannikov Memorial Workshop (IVMEM 2018), IEEE, p.52-55 DOI: 10.1109/ IVMEM.2018.00018.

И.И. Коротких (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Ю.И. Малахов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.В. Кучменко (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Исследование искрового разряда при атмосферном давлении теневым фоновым методом

В работе представлено применение теневого фонового метода для исследования поля температуры искрового источника низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении как внутри плазменного факела, так и вокруг него. Данные по температуре плазменного факела могут быть использованы при анализе тепловых нагрузок. Преимуществом теневого фонового метода для диагностики плазменных потоков является то, что этот метод является бесконтактным, т.е. не вносит искажений в исследуемые параметры сред. Кроме того, в работе показано, что данный метод является простым и универсальным, может применяться при диагностике как высокотемпературной плазмы в высокомощных плазмотронах, так и для низкотемпературной плазмы, в том числе и холодной плазмы. В работе также представлены результаты определения поля температуры внутри плазменного потока и вокруг него. Проведено также моделирование поля температуры, результаты которого подтверждают достоверность полученных экспериментальных данных. Приведённый метод может быть использован действующими предприятиями и организациями, практикующими плазменные технологии, где необходим контроль параметров плазменных сред.

Литература
1. Скорнякова Н.М. Теневой фоновый метод и его применение // Современные оптические методы исследования потов / Под ред. Б.С. Ринкевичюса. – М.: Оверлей, 2011. – С.93–106.
2. Коротких И.И., Малахов Ю.И., Скорнякова Н.М. Высокоскоростная регистрация формирования разряда в индуктивно-связанной плазме // Научная визуализация – М.: июль 2017.
3. Евтихиева О.А., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Лазерная рефрактография / Физматлит, 2008 – 176 с.

А.А. Логинова (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
Б.И. Минеев (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
А.Ю. Васильев (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
О.Г. Челебян (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
The experimental investigation of water spray disperse parameters behind the water injecting system at the aircraft engine inlet by applying PSV technique

To provide the aircraft engine certification tests for water ingestion, it is necessary to accurately control the parameters of the water drops generated by the water injecting device simulating rain at the engine inlet. The paper presents the results of autonomous tests of a single-channel centrifugal nozzle for the water injecting device. The tests purpose is to investigate the disperse parameters of the water spray for the typical operation modes of the nozzle as a part of the water injecting system. Tests were carried out at the experimental setup for two-phase flows diagnostics using the PSV (Particle Shadow Velocimetry) technique. For the water spray parameters measurements the PSV optical scheme has been adjusted and the measuring volume has been calibrated by depth of field for a range of droplet sizes from 20 to 1500 microns. The size of the measuring volume was 6.1×4.6×11 mm. The measurements have been carried out in cross section along the spray pattern radius, from the axis of the spray jet (R = 0) to the distance R = 170 mm in increments of 10 mm. In each measurement point 300 images have been shot. Measurements of the spray characteristics have been carried out at a distance of 300 mm from the nozzle at three typical nozzle operation modes. As a result of the tests, the distribution plots of the D10, D32 and Dv50 diameters, axial velocity (U) and mass flow (Mabs) of water droplets over the radius of the spray pattern have been obtained. To assess Dv50 mean median diameter of spray droplets the cumulative distribution functions of the droplets mass fraction depending on the size for each of the operation modes of the nozzle have been plotted. On the basis of these functions, the mean median diameters of water spray droplets have been calculated.

О.Г. Челебян (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
А.Ю. Васильев (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
А.А. Свириденков (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
А.А. Логинова (Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова)
Researches of two-phase streams by methods of registration of fluorescence of drops of a liquid and Shadowgraph

The quickest and most informative method for determining the parameters of spray guns produced by nozzles is currently the method based on the fluorescence of a laser-excited dye added to a liquid or the natural fluorescence of fuel (kerosene). This method is mainly used to determine averaged values of fuel concentration. In this paper, the fluorescent method is used in conjunction with the Shadowgraph method to obtain the concentration distributions and droplet sizes in the spray. A beam of light from a pulsed laser, passing through a longitudinal or cross-section of a jet of atomized fuel, tinted with a fluorescent additive, oxyquinoline, partially scatters on droplets (Mi-scattering), while blue light with a wavelength 488 nm excites fluorescence in the green range of the wavelength spectrum . A color image of the cross section of the fuel spray by a laser beam is recorded during scanning by a digital camera, the optical axis of which is directed at a right angle to the axis of the laser beam. Thus, at each point of the image of the spray cross section, fluorescence intensities are recorded, proportional to the volume concentration of the droplets and vertically polarized by the component scattered on the light drops with respect to the scattering plane (measurement). The ratio of fluorescence intensity to Mie scattering intensity is proportional to the diameter of the fuel droplets averaged over the Sauter.
To calibrate the fluorescent method, measurements of the size distribution and the flux of fuel droplets over the spray section were simultaneously carried out using the Shadowgraph method. The average values of these parameters in the cross section of the spray, are determined by the values of the constants necessary for the quantitative determination of the size and concentration of the fluorescent method.

Н.М. Скорнякова (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.В. Аникеев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.А. Паршин ( Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Исследование концентрации и распределения по размерам частиц октадециламина в воде оптическими методами

Октадециламин – это химическое соединение, используемое для поверхностной консервации металлов. Применяется в энергетике и других областях. Производные и соли октадециламина токсичны по отношению к бактериям и микроорганизмам. Для реализации процесса сорбирования молекул октадециламина на функциональные поверхности конструкционных материалов необходимо провести подготовительные операции по приготовлению высококонцентрированной водной эмульсии и по транспортировке ее в контур. При этом предполагается, что способ приготовления эмульсии влияет на размер частиц и, соответственно, на свойства эмульсии.
Задача данного исследования заключалась в определении размера и концентрации исследуемых частиц, находящихся в воде. Исследуемыми частицами являлись включения октадециламина. Основная сложность заключалась в том, что визуально данных включений не наблюдалось, так как частицы октадециламина являются прозрачными.
Для повышения точности получаемых результатов исследование проводилось с помощью двух оптических методов: прямого видеонаблюдения в цифровом стереомикроскопе со специальным светодиодным освещением и лазерного дифракционного метода.
Так как в данном случае предполагалось не одиночное измерение диаметра частицы, а набор статистической информации для получения распределения включений по размерам и определения концентрации, то производилась одновременная регистрация получаемых изображений каждым из методов и передача их в компьютер.
В процессе исследования было получено, что в эмульсии присутствуют как типичные частицы, форма которых близка к сферической или эллиптической, так и «атипичные», форма которых близка к нитевидной.
В результате исследования получены гистограммы распределения исследуемых частиц по размерам и определена концентрация их включения в жидкость.

П.Т. Кхант (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Диагностика низкоскоростных потоков методом теневой анемометрии по изображениям частиц

В настоящее время оптические методы широко применяются в эксперименте для измерения параметров однофазных и двухфазных потоков. Они не вносят возмущений в поток и имеют высокую временную и пространственную разрешающую способность. Измерение малых скоростей является неотъемлемой частью изменений, например, аэродинамических.
Метод теневой анемометрии по изображениям частиц (ТАИЧ) является перспективным в области измерения скоростей, благодаря своей простоте и дешевизне относительно лазерных методов. При симметричности частиц метод не требует высокоточной юстировки, что позволяет быстрее и проще получить результат измерения. Этот метод может быть реализован со светодиодом одной длины волны и черно-белой камерой, однако временной динамический диапазон может быть увеличен при применении многоцветных светодиодов (белых) и цветной камеры.
В установке, основанной на методе ТАИЧ, глубина резкости, поле зрения и рабочее расстояние должны быть скорректированы с помощью распорки или гофрированной трубки вставленной между корпусом камеры и объективом. В этом качестве может выступать адаптер Шаймпфлюга.
Проводилось исследование возможности диагностики потоков с помощью полистероловых частиц диаметром 40 мкм. В качестве источника излучения применялся светодиодный прожектор. Применяемая для регистрации цифровая видеокамера Fastec HiSpec 1 позволяет выполнять съемку при полном разрешении 1280×512 пикс с максимальной скоростью 300 кадр/с. Затем была произведена обработка полученных экспериментально изображений с помощью кросс-корреляционного метода в программе PIVView компании PIVTEC GmbH. В результате получены векторные поля скорости потока.

О.В. Шакин (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Ю.М. Мокрушин (АО Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) )
Акустооптические методы формирования телевизионного изображения.

Устройства, способные отображать большой объем информации при высоком качестве воспроизводимого изображения представляет практический интерес в таких областях науки и техники, как оптическая обработка информации, запись информации на различные виды носителей, воспроизведение телевизионных изображений, связь и других, где мы имеем дело с большими потоками информации в реальном масштабе времени.
В настоящее время большие усилия ведущих электронных компаний мира направлены на создание телевизионных систем отображения информации с использованием лазерных источников света. Лазеры обеспечивают высокую яркость и недостижимый для ламп и люминофоров цветовой контраст в изображении. Среди лазерных источников выделяются импульсные лазеры, позволяющие осуществлять эффективное нелинейное преобразование излучения в другие участки видимого спектра и, таким образом, охватить весь существующий для зрительного восприятия диапазон длин волн. Одним из перспективных методов формирования изображения в реальном масштабе времени для этих лазеров является метод импульсной проекции изображения амплитудно-модулированной ультразвуковой строки, которая заполняет апертуру акустооптического модулятора.
В докладе рассмотрены вопросы акустооптического взаимодействия в анизотропных средах, обладающих гиротропными свойствами.
Исследованы методы формирования светового излучения на проекционном экране при дифракции импульсного лазерного излучения на амплитудно-модулированном ультразвуковом сигнале в кристалле парателлурита (ТеО2).
Показана возможность отображения и записи информации с использованием лазеров на парах меди акустооптической системой с импульсным методом формирования строки
Исследование характеристик акустооптической системы с импульсным методом формирования строки для отображения и записи информации с использованием лазеров на парах меди позволяет применить результаты, полученные авторами, на многоцветные системы с импульсными твердотельными лазерами.

И.Н. Павлов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.В. Ведяшкина (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Г.М. Янина (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Выбор алгоритма обработки изображений для повышения чувствительности метода поверхностного плазмонного резонанса

Как известно, чувствительность оптоэлектронных сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса (ППР) зависит от конструкции сенсоров (от конфигурации, в которой происходит возбуждение поверхностных плазмонов, и от способа детектирования условий резонанса), от качества оптической системы, от чувствительности камеры, с помощью которой регистрируются изображения отраженного от исследуемой среды пучка излучения, а также от алгоритма их обработки. Этому последнему аспекту и посвящена данная работа. Особенность получаемых в экспериментах с ППР изображений заключается в том, что из-за спекл-структуры и неравномерности интенсивности по сечению пучка они получаются существенно зашумленными. Таким образом, первым этапом обработки должна быть подготовка (кадрирование, выравнивание и т.д.) и фильтрация изображений. Выбору наиболее подходящего алгоритма фильтрации посвящена первая часть работы. Вторым этапом должна быть обработка, позволяющая повысить чувствительность метода, т.е. возможность определения наименьшей разницы показателей преломления исследуемой среды. Поэтому во второй части работы выбирается соответствующий алгоритм преобразования яркости пикселей изображения. В частности, рассматривается возможность динамического управляемого увеличения контраста изображения. И, наконец, в третьей части работы приводится описание непосредственно определения показателя преломления из распределения яркости пикселей. Также в работе приводится описание принципов метода визуализации физических процессов в пристеночном слое жидкости с помощью ППР и схема экспериментальной установки, созданной для реализации этого метода.
Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ МК-6361.2018.8 для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук по теме «Разработка высокочувствительных оптоэлектронных сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса».

А.К. Никитин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
О.В. Хитров (ФГБУН Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
В.В. Герасимов (Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН)
Интерференционная рефрактометрия терагерцовых поверхностных плазмон-поляритонов

Доклад посвящён разработке интерферометрических методов определения показателя преломления поверхностных плазмон-поляритонов (ППП) терагерцового (ТГц) диапазона.
ППП представляют собой разновидность поверхностных электромагнитных волн, направляемых границей раздела «металл-диэлектрик» и имеющих длину распространения достигающую нескольких дециметров на ТГц частотах; поле ППП сосредоточено в приповерхностной области металла, что обуславливает высокую чувствительность показателя преломления ППП к состоянию поверхности и её переходного слоя.
В докладе рассмотрены две возможности интерферометрического определения комплексного показателя преломления ТГц ППП, вещественная часть которого определяет фазовую скорость ППП, а мнимая – их затухание: 1) в первом случае регистрируют интерферограмму, полученную в результате взаимодействия двух объёмных волн, одна из которых порождена ППП; 2) во втором – интерферограмма формируется самими ППП, прошедшими по образцу различное расстояние. Первый вид измерений предполагает регистрацию результирующей интенсивности неподвижным приёмником при изменении пробегаемого ППП расстояния; такие измерения позволяют с высокой точностью определять вещественную часть показателя преломления, но являются времязатратными. При интерференции же пучков самих ППП возможно создание как динамических, так и статических интерферометров; первые могут быть использованы для создания плазмонных фурье-спектрометров ТГц диапазона, вторые – для исследования быстропротекающих процессов на поверхности металлов.
Предложены схемы плазмонных интерферометров обоих классов, а также – аналитические модели получаемых в них интерферограмм, формируемых генерируемыми излучением лазера на свободных электронах монохроматическими ТГц ППП.
Представлены результаты экспериментов по исследованию взаимодействия ТГц ППП с плоскими зеркалами и светоделительными пластинками – ключевыми элементами плазмонных интерферометров ТГц диапазона.

С.И. Иншаков (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
И.С. Иншаков (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
А.Ф. Рожков (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
Сравнение различных источников света при теневой визуализации обтекания моделей на аэродинамических стендах

В работе представлены сравнительные результаты использования различных непрерывных источников света в осветительной части теневого прибора ИАБ-455 при визуализации тестовой модели – электрической искры. В качестве источников света использовались лампа накаливания, точечный и протяжённый светодиодный источник и непрерывный лазер Регистрация изображения осуществлялась с помощью цифровой монохромной видеокамеры Photron FASTCAM SA1.1. Найдены границы применимости каждого источника света при визуализации оптических неоднородностей.

В.И. Батшев (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский университет 'МЭИ', Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Длиннофокусный объектив гиперспектрального устройства для исследования микрообъектов

В докладе представлен пример применения композиционного метода для расчета оптической системы объектива, предназначенного для фокусирования изображения, сформированного микрообъективом, на широкоформатный (22.5х16.9 мм2) приемник гиперспектральной камеры, которая работает в видимом диапазоне спектра. Большой формат приемника и малое угловое поле микрообъектива (7 градусов) определяют фокусное расстояния объектива f = 200 мм. Относительное отверстие определяется диаметром светового пучка, сформированного микрообъективом, и составляет 1:20. При такой малой светосиле аберрации широких пучков лучей (сферическая аберрация, меридиональная кома и сферохороматизм) на качестве изображения не сказываются. Дисторсия и хроматизм увеличения при малых полях зрения пренебрежимо малы. По этим причинам качество изображения ограничено в первую очередь дифракцией, а также аберрациями узких пучков лучей: астигматизмом, кривизной поверхности изображения и хроматизмом положения. Для устранения указанных аберраций объектив составлен из двух компонентов. Базовым является двухлинзовый склеенный компонент, в котором исправлен хроматизм положения и пренебрежимо мал астигматизм. Корректор в виде одиночной плосковогнутой линзы Смита предназначен исправления аберрации кривизна поверхности изображения, присутствующей в базовом компоненте. Будучи расположенной вблизи плоскости изображения, линза Смита лишь слегка увеличивает фокусное расстояние базового компонента и не вносит хроматизм положения. Такая компоновка объектива позволила выбрать компоненты их списка стандартных, коммерчески доступных оптических элементов с известными конструктивными параметрами, которые существенно дешевле, чем элементы, изготавливаемые на заказ. Кроме того, допустимые значения погрешностей положения линзы Смита относительно базового компонента достаточно велики, что делает конструкцию оправы объектива достаточно простой и технологичной.

К.Г. Добросельский (Институт теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН)
Применение метода PIV для исследования течения жидкости вблизи обтекаемого круглого цилиндра

Экспериментально исследовано обтекание круглого цилиндра турбулентным потоком воды в гидродинамической трубе. Исследования проведены для цилиндра из нержавеющей стали, который устанавливался по центру рабочего прозрачного участка перпендикулярно потоку, в начальной области критических чисел Рейнольдса по диаметру. С применением оптического метода PIV (Particle Image Velocimetry) получены осредненные поля скорости около цилиндра, и, на их основе, рассчитаны геометрические характеристики вихревой зоны ближнего следа для бескавитационных и начального кавитационного режимов обтекания при разных скоростях потока. Использование двух зеркал, поставленных под определенным углом друг к другу, позволило получить картину полей скорости вокруг всего цилиндра, а не половины, как это приводится в большинстве подобных работ.
Используя векторные картины осредненных полей скорости, были определены средние углы отрыва пограничного слоя от поверхности цилиндра по обратному течению в рассмотренных режимах обтекания. Установлен несимметричный отрыв от верхней и нижней поверхности цилиндра. Определены средние геометрические (продольные и поперечные) размеры вихревых следов за цилиндром. Показано, что увеличение числа Рейнольдса для бескавитационных режимов обтекания приводит к уменьшению вихревой зоны за цилиндром, и соответственно, смещению углов отрыва вниз по потоку. Было получено, что при увеличении числа Рейнольдса в рассмотренном диапазоне длина обратного тока и расстояние между центрами вихрей уменьшились более чем в два раза. Кавитация приводит к увеличению вихревой зоны за цилиндром, смещению углов отрыва вверх по потоку.
Актуальность исследования обусловлена важностью определения условий обтекания и размеров вихревой зоны за телами для проектирования размещения как одиночных, так и групп обтекаемых элементов в гидравлических и технических конструкциях. Для построения и верификации современных математических моделей получение экспериментальной информации для различных режимов обтекания, в том числе и кавитационного, модельных объектов крайне важно.

А.Н. Быханов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.Б. Козлов (АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха»)
Моделирование распределения звукового поля, создаваемого в жидкостях цилиндрическим преобразователем

Тенденцией современной оптоэлектроники и фотоники является создание компактных устройств для электронного управления характеристиками оптического излучения. Одними из наиболее эффективных среди них являются акустооптические (АО). За счет дифракции световых пучков на решетках, созданных акустическим полем, возможно управление их направлением распространения, интенсивностью, поляризацией и спектральным составом. Имеющиеся технологические препятствия и ограниченный выбор кристаллов приводит к неполному использованию всех возможностей АО взаимодействия и достаточно высокой стоимости АО устройств. Даже при производстве в больших количествах изготовление АО ячеек на основе таких кристаллов требует применения высокотехнологичных и трудоемких процедур. Имеющиеся технологические препятствия и ограниченный выбор кристаллов приводит к неполному использованию всех возможностей АО взаимодействия и достаточно высокой стоимости АО устройств. Одним из направлений дальнейшего развития АО технологий является использование жидкостей в качестве рабочей среды АО взаимодействия. Несмотря на изотропность среды и, как следствие, невозможность реализации многих распространенный геометрий АО взаимодействия, АО дифракция в жидкости имеет существенные достоинства. К ним можно отнести возможность изготовления различной формы излучающей поверхности, что позволяет создавать акустические поля сложной структуры. Технологичность и низкая стоимость изготовления АО ячеек на основе жидкостей позволяет создавать компактные и эффективные устройства для управления оптическим излучением. В настоящей работе проведено моделирование акустических полей, создаваемых цилиндрической поверхностью, при подаче различных частотных сигналов. Исследовано влияние изменения параметров среды и геометрии линзы на распределение акустического поля.



А.Ю. Поройков (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.С. Фланден (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.А. Голенцов (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова)
Д.Б. Бураков (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова)
Измерение локальных температур газовых потоков с помощью томографической системы на основе пирометра спектрального отношения

Измерение температур элементов авиадвигателей и температур газового потока является важной задачей при доводке разрабатываемого оборудования и эксплуатации промышленно выпускаемых агрегатов. Такие измерения позволяют получить информацию о состоянии элементов двигателя и его важной характеристике – тяге. Эта задача может быть решена при помощи контактных методов измерения с использованием термопарных зондов. Однако контактные методы измерения вносят возмущения в исследуемую среду, что может повлиять на достоверность проведенных измерений. Помимо этого, применение термопар затруднительно при достаточно высоких температурах (выше 2000 К) в связи с ограничением по рабочему диапазону. Для решения этой задачи широко применяются методы оптической пирометрии, так как они имеют такие достоинства, как бесконтактность и быстродействие.
В работе описаны метод измерения локальных температур пламени при помощи пирометра спектрального отношения и томографическая система, построенная на этом методе. Дано теоретическое обоснование используемого метода измерения. Для построения системы измерений локальных температур пламени с помощью пирометра спектрального отношения был выбран томографический подход. Это обусловлено принципом работы пирометра – измерением интегральной интенсивности излучения по лучу зрения. Приведена блок-схема системы с использованием сканирующих зеркал для получения измерений исследуемого потока с различных ракурсов. Приведены результаты экспериментального исследования с использованием томографической системы по измерению поля локальных температур пламени газовой горелки. Измеренные температуры пламени лежат в диапазоне 1500 – 2300 K, что согласуется с теоретическими температурами горения изобутан-пропановой смеси. Полученные результаты показали работоспособность разработанной системы.

Экспериментальное исследование излучения звука каплями, падающими в невозмущенную жидкость выполнено с помощью широкополосных гидрофонов (0.002 – 800 кГц, микрофонов (20 – 40000 Гц)) и высокоскоростной видеокамеры (до 20000 кадров/с). Эксперименты проводились с одновременной регистрацией звука на воздухе и под водой и сопровождались синхронной видеосъемкой картины течений в области удара капли. Радиус капли – несколько миллиметров, скорость соударения менялась в диапазоне 0.1 – 5 м/с. Последовательность излучаемых сигналов содержит ударный импульс и несколько звуковых пакетов, генерируемых резонансными пузырями, отрывающимися от подводных каверн. Природа ударного импульса связана со сверхзвуковым расширением контура контакта между каплей и подстилающей жидкостью. На малых скоростях соударения включается конкурентный механизм – молекулярное слияние капли с поверхностью, препятствующее сверхзвуковому расширению. Существует пороговое значение скорости соударения, с которого начинается ударное акустическое излучение. Ниже пороговой скорости молекулярное слияние подавляет расширения контактного контура, что делает излучение невозможным.
Обработка данных видео- и акустической регистрации показывает, что источниками звуковых пакетов являются газовые полости (пузыри) неправильной формы в момент их отрыва от подводной каверны. При отрыве силы поверхностного натяжения развивают экстремальные ускорения (неск. тыс. м/с^2), что приводит к ударному воздействию на пузырь, в результате чего возникает резонансное излучение. Излучение имеет вид радиоимпульса с частотой заполнения от сотен Гц до неск. десятков кГц и длительностью, которая определяется временем релаксации пузыря к правильной (эллиптической) форме.

Ю.В. Иванова (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.Ю. Поройков (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Автоматизированный комплекс оценки погрешности измерения деформации поверхности фотограмметрическими системами

Фотограмметрические методы предназначены для измерения физических размеров различных предметов по их изображениям. Эти методы широко применяются в современной науке и технике, однако оценке погрешности проводимых с их применением экспериментов не уделяется должное внимание. В основном для этого применяют или оптогеометрические построения, или цифровое моделирование изображений с их последующей обработкой и сравнением полученных результатов с заложенными при моделировании параметрами. В некоторых работах указывается только оценка погрешности, без объяснений ее получения.
Определение погрешности измерений фотограмметрическими методами является сложной задачей, решить которую предлагается путем сравнения полученных результатов измерений с результатами измерений датчиком с малой погрешностью. Основная идея состоит в использовании поверхности, деформация которой происходит заданным образом (имитатора деформируемой поверхности), и высокоточного оптического датчика, с помощью которого можно измерить форму этой поверхности. Сравнивая результаты, полученные с помощью датчика и с помощью исследуемой системы или метода, становится возможным определить абсолютную погрешность измерений в пределах погрешности датчика.
В работе будет представлен разработанный и построенный авторами комплекс определения погрешности измерения фотограмметрических методов. Представлена функциональная схема комплекса, подробно рассмотрены его составляющие и описаны их технические характеристики. Представлен алгоритм работы комплекса и пример результатов его измерений. Комплекс позволяет определять погрешность измерения деформаций амплитудой 20 мм на поверхности площадью 380×380 мм^2 с дискретностью 0,5 мм по горизонтали и вертикали и 0,001 мм по высоте, и погрешностью не более 75 мкм.

А.С. Гузеев (ФГУП Крыловский государственный научный центр)
Вихреобразование вблизи палуб морских судов и инженерных конструкций

Представлен обзор результатов экспериментальных исследований вихревых структур и отрывных течений, возникающих над палубами морских судов и вблизи инженерных конструкций. Большая часть исследований выполнена на моделях в вертикальной гидродинамической трубе с использованием методов визуализации течений. Отрывное обтекание конструкций сопровождается образованием вихревых течений в зоне отрыва потока и в следе за ней.
На морских судах дым часто начинает циркулировать в отрывных зонах и попадает через воздухозаборные шахты в жилые помещения и энергетические установки. В районе взлетно-посадочных площадок судов ледового плавания вихревые потоки создают неблагоприятные условия для эксплуатации авиационной техники.
За отрывной зоной часто возникает вихревая дорожка с периодическими вихрями противоположного направления вращения, что вызывает переменные силы и вибрацию, как самой конструкции, так и объектов попавших в зону следа. Периодические вихри могут вызвать выход из строя палубных конструкций и выступающих частей корпуса судна. Для наземных сооружений разрушение высотных зданий, мостов и других объектов.
Предложены технические решения позволяющие управлять течениями в отрывных зонах и следе, улучшающие обитаемость и условия эксплуатации морской техники.
В докладе представлен обзор результатов экспериментальных исследований вихревых структур и отрывных течений возникающих над палубами морских судов и вблизи инженерных конструкций. Большая часть исследований выполнена на моделях в вертикальной гидродинамической трубе с использованием методов визуализации течений. Рабочий участок сечением 150х150 мм и длиной 600 мм.
Отрывное обтекание конструкций сопровождается образованием вихревых течений в зоне отрыва потока и в следе за ней. Вихри, возникающие в отрывной зоне, создают возвратные течения, неблагоприятно влияющие на человека и технические средства. На морских судах дым часто начинает циркулировать в отрывных зонах и попадает через воздухозаборные шахты в жилые помещения и энергетические установки.
За отрывной зоной часто возникает вихревая дорожка с периодическими вихрями противоположного направления вращения, что вызывает переменные силы и вибрацию, как самой конструкции, так и объектов попавших в зону следа. Периодические вихри могут вызвать выход из строя палубных конструкций и выступающих частей корпуса судна.

И.В. Мурсенкова (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
И.А. Знаменская (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
И.А. Дорощенко (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
Высокоскоростная регистрация импульсных плазмодинамических процессов в течениях с разрывами

Экспериментально исследована динамика оптического излучения и газодинамика процессов, реализующихся при локализации импульсного объемного высоковольтного разряда в прямоугольном канале. Панорамная визуализация процесса проведена с с высоким временным разрешением - в наносекундном диапазоне - на основе высокоскоростной регистрации электронно оптическими камерами. Исследуются кадры и развертки оптического свечения разряда при локализованном протекании электрического тока разряда и в режиме послесвечения до 5-6 микросекунд после его инициирования. Экспозиция кадров – от 20 нс до 100 нс; время регистрации разверток свечения – до 10 мкс.
Анализируется процесс формирования взрывных (ударных) волн и контактных взрывов цилиндрической и плоской конфигурации при импульсном энерговкладе на основе импульсного объемного разряда с предионизацией ультрафиолетовым излучением от плазменных листов (электродов). Динамика возникающих при локализованном импульсном энерговкладе плоских и цилиндрических разрывов визуализирована на основе высокоскоростной теневой съемкой со скоростью съемки от 100 до 500 кадров в секунду. Проведена цифровая обработка и анализ изображений потока. Собраны и проанализированы цифровые видеофильмы процесса и построены пространственно-временные диаграммы плазмодинамических и газодинамических параметров разрывного течения вплоть до 20 микросекунд. Исследованы также осциллограммы тока разряда при различных режимах энерговклада. Результаты экспериментов сравниваются с результатами численного моделирования на основе уравнений нестационарной газодинамики в одномерной и двумерной постановке.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда РНФ № 18-19-00672.

М.В. Сапронов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Н.М. Скорнякова (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Перспективы использования эффекта упругого рассеяния света для разработки оптического метода диагностики коллоидных растворов

В докладе представлена возможность создания нового дистанционного бесконтактного и практически безинерционного оптического метода диагностики коллоидных сред на основе эффекта упругого рассеяния света. Теоретической основой принципа работы метода является зависимость углового распределения интенсивности света (индикатрисы рассеяния), рассеянного диспергированной фазой, от длины волны падающего излучения.
Прямой задачей данного метода является определение индикатрисы рассеяния монохроматического света коллоидным раствором на основе информации о показателях преломления диспергирующей среды и диспергированной фазы, размерах и концентрации диспергированных частиц.
Обратной задачей метода является извлечение информации о рассеивающей среде на основе набора индикатрис рассеяния света нескольких длин волн.
Метод потенциально эффективен для диагностики именно коллоидных растворов, поскольку размер взвешенных частиц в среде меньше или сопоставим с длиной волны видимого излучения. В таком случае упругое рассеяние света на диспергированной фазе раствора можно рассматривать в приближении Рэлея или в приближении Рэлея-Ганса. В обоих случаях характер индикатрисы рассеяния сильно зависит от длины волны, также в угловом распределение интенсивности рассеянного света отсутствуют резкие максимумы и минимумы, а число осцилляций, обоснованных интерференционными явлениями, достаточно мало.
Приведена схема экспериментальной установки для регистрации углового распределения интенсивности рассеянного света. Описана методика определения индикатрис рассеяния на основе получения изображений сосуда с рассеивающей средой при различных углах и их последующей цифровой обработке. Представлены экспериментальные индикатрисы рассеяния света в коллоидных растворах различных веществ.
Работа выполнена при поддержке Министерства Образования и Науки Российской Федерации (проект 3.8009.2017/БЧ).

А.С. Мацюк (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
О.В. Печинская (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Моделирование оптической системы пирометра спектрального отношения в САПР Zemax

В работе представлены результаты моделирования оптической системы пирометра в пакете прикладных программ Zemax с использованием режима мульти-конфигурации и непоследовательного режима. Отличительной особенностью пирометра является наличие системы сканирующих зеркал, что позволяет реализовать пять каналов, каждый из которых передает в основную оптическую систему пирометра излучение от локальной области газового пламени. Применение качающихся зеркал позволяет сканировать газовое пламеня в окрестностях выделенной локальной области. Моделирование выполнено для трёх длин волн ИК-диапазона: 0,98 мкм; 1,38 мкм; 1,48 мкм. Линейный размер поля зрения в пространстве предметов 2 мм. Расстояние между зеркалами подобрано таким образом, чтобы система зеркал была симметричной. Диапазон расстояний наведения варьируется при переключении каналов в пределах от 1 до 1,5 м. Основная оптическая система состоит из объектива, формирующего промежуточное изображение, и микрообъектива с увеличением 8х, с помощью которого засвечивается приемная апертура пирометра – торец волоконного жгута. Диаметр поперечного сечения волоконного жгута 3 мм. Переключение между зеркалами пирометра смоделировано как с помощью режима мульти-конфигурации, так и в непоследовательном режиме. Анализ передачи излучения по всему тракту пирометра с учётом свойств источника излучения и потерь на отражение выполнен в непоследовательном режиме, который также более подходит для создания неизображающих систем и пространственных систем с наличием нескольких каналов [1]. На полученных моделях исследованы: качество оптической системы пирометра с точки зрения передачи энергии, а также возможности усовершенствования основной оптической системы пирометра.
1. А.В. Правдивцев Примеры применения непоследовательного режима в САПР Zemax. Научно-технический семинар Кафедра РЛ-3 МГТУ им. Н.Э. Баумана 4 февраля 2010 г., Москва, Россия. Режим доступа: http://www.rdcn.ru/theory/workshop/2010/index.shtml

С.С. Абдуракипов (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
М.П. Токарев (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Е.Б. Бутаков (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
В.М. Дулин (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Применение компьютерного зрения и глубоких нейронных сетей для исследования структуры и динамики турбулентных струй

Общеизвестно, что крупномасштабные вихревые структуры (КВС) играют важную роль в процессах тепло- и массопереноса в струйных течениях. В связи с этим, исследование их характеристик является важной задачей как с фундаментальной, так и с практической точки зрения. Применение бесконтактного оптического метода PIV (Particle Image Velocimetry) и метода прямого численного моделирования DNS (Direct Numerical Simulation) позволяет получать детальную информацию о распределениях мгновенной скорости в турбулентных потоках. Однако, зачастую, большой объем данных затрудняет их анализ и интерпретацию результатов. Таким образом, полученная первичная информация требует детального анализа с использованием автоматических процедур идентификации характерных особенностей потока. Развитие интеллектуальных методов анализа данных и рост вычислительных мощностей сделал возможным применение нейросетевых алгоритмов для исследования структуры и динамики турбулентных потоков. В данной работе решалась задача обнаружения и детального анализа характеристик КВС в прямоточных и закрученных турбулентных струях из базы данных PIV эксперимента и моделирования методом DNS. Для решения задачи применены интеллектуальные подходы компьютерного зрения на основе глубоких нейронных сетей. Показано, что с применением генеративной состязательной нейронной сети можно реконструировать структуру и динамику турбулентного потока с увеличенным пространственным разрешением, что важно для анализа и интерпретации. Подход основывается на модификации функции потерь, которая минимизирует остаточную часть уравнений гидродинамики (уравнения неразрывности и уравнения Пуассона) для реконструированных данных. С помощью полностью сверточной нейронной сети проведена автоматическая сегментация области турбулентного потока струи и внешней окружающей среды из полей мгновенной скорости и давления. Для закрученной струи идентифицирована область возвратного течения. Показано, что комплекс разработанных алгоритмов машинного обучения успешно справляется с локализацией КВС и других особенностей потока на полях мгновенной скорости, определением их траектории, характерных размеров и фазовой скорости распространения. Полученная новая фундаментальная информация важна для более глубокого понимания роли вихревых структур в процессах перемешивания в струйных течениях. Разработанный комплекс алгоритмов идентификации и анализа свойств КВС может быть применен к базе данных измерений и численного моделирования широкого класса течений.

И.В. Суровцева (ФГБОУ ВО "МИРЭА – Российский технологический университет")
И.Б. Калошин (ФГБОУ ВО "МИРЭА – Российский технологический университет")
В.В. Кузнецов (ФГБОУ ВО "МИРЭА – Российский технологический университет")
В.О. Скрипачев (ФГБОУ ВО "МИРЭА – Российский технологический университет")
Обработка гиперспектральных изображений в интересах экологического мониторинга Земли

Мониторинг окружающей среды – это комплексная система наблюдений за состоянием среды, оценка и прогноз изменений, происходящих под воздействием природных и антропогенных факторов. Наблюдения проводят с помощью сети стационарных пунктов, которые не отражают пространственные изменения. Поэтому использование аэрокосмических снимков (данных дистанционного зондирования Земли) является необходимым условием проведения регулярных масштабных наблюдений за состоянием экосистем.
Актуальность предлагаемого исследования обусловлена использованием аэрокосмических систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в интересах экологического мониторинга, изучения природной среды в глобальном масштабе, в том числе параметров водной поверхности Мирового океана.
Отметим, что количественные изменения фитопланктона связаны с продуктивностью океанов и обеспечивают межокеаническую связь для глобального мониторинга изменения климата. Концентрацию хлорофилла (характеризующего распределение биомассы фитопланктона) используют для моделирования биогеохимических циклов Земли. На коротких временных интервалах с помощью хлорофилла отслеживают океанографические течения, струи и плюмы.
Одним из перспективных направлений исследования объектов земной поверхности является технология гиперспектральной съемки.
Программные продукты, ориентированные на работу с данными ДЗЗ, обеспечивают их первичную и тематическую обработку. Набор алгоритмов может быть различен, но результаты дешифрирования должны являться основой качественного анализа данных, поддерживать экспорт конечных продуктов обработки в геоинформационные системы. В связи с этим, новизна результатов исследования заключается в объединении и автоматизации программных возможностей определения концентрации хлорофилла на основе двухканального и трехканального алгоритмов.
Авторами исследования апробирована методика определения концентрации хлорофилла по данным прибора Hyperion КА EO-1 на базе двухканального и трехканального алгоритмов обработки изображений. Получены значения изучаемого параметра по результатам обработки снимков гиперспектрального прибора Hyperion.
Для валидации использованы данные спектрорадиометра MODIS КА Aqua, обработка которых проведена посредством разработки специального алгоритма и его программной реализации.
Прикладное значение результатов работы заключается в перспективе их применимости при запусках новых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли природоресурсного назначения "Ресурс-П" в рамках Федеральной космической программы.

Г.В. Кулак (УО Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Беларусь)
В.Н. Белый (УН Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси)
П.И. Ропот (УН Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси)
Г.В. Крох (УО Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина)
О.В. Шакин (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Peculiarities of the acoustooptical interactions of Bessel light beams in crystals

In this work using the method of overlap integrals the noncollinear acoustooptical (AO) filtration of polychromatic vortex Bessel light beams (BLB) at passing spreading in the uniaxial crystals is considered. As an example the AO interaction of azimuthally uniform BLB of zero order (m=0) and the azimuthaly non-uniform different orders (m0) in a paratellurit crystal (TeO2) is considered. Using the method of overlap integrals it is shown that independently on the order of vortex Bessel light beams in the conditions of transverse phase-matching of diffracted waves in the range of optical spectrum 0.4-1.1 nm in TeO2 crystals the bandwidth of transmission of ~0.52 nm is reached due to detuning from Bragg synchronism.
It is shown that in TeO2, quartz (-SiO2) and tellurium (Te) crystals polarization-independent diffraction of BLB is possible, i. e. Bragg diffraction efficiency is independent of the polarization state of the incident beam. It has been stated theoretically and experimentally in TeO2 and -SiO2 crystals that the physical reason of such a diffraction dye to simultaneous realization of two processes of anisotropic scattering under which the Bragg synchronism conditions is realized for the orthogonally polarized elliptical Bessel beams. At diffraction of BLB with azimuthal and non-uniform distribution of amplitude (m=1) diffraction of left- elliptically polarized light wave in right- elliptically polarized is of greatest interest. At the same time the width of bandwidth of the AO modulation and deflection is equal to 36 MHz.


В. Тху (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Моделирование картин обтекания шероховатых поверхностей в программе Comsol Multiphysics

При применении оптических методов диагностики потоков к конкретным задачам часто встает вопрос о подтверждении правильности полученных результатов. Целью данной работы было получить смоделированные картины обтекания шероховатых поверхностей аэродинамическим потоком с различными скоростями для сравнения с результатами, полученными методом анемометрии по изображениям частиц в лабораторной аэродинамической трубе.
Решение поставленной задачи получено с помощью программного пакета Comsol Multiphysics, использующий метод конечных элементов для численного решения систем дифференциальных уравнений в частных производных [1].
Для решения в Comsol Multiphysics поставленной связанной задачи о течении воздушного потока вдоль шероховатой поверхности (Rz = 160 мкм) использовался физический интерфейс (модуль) турбулентного потока, учитывающий свойства вязкого пограничного слоя вблизи твёрдой стенки. Из множества предлагаемых Comsol Multiphysics моделей турбулентного течения была выбрана модель v2-f. Данная модель является низкорейнольдсовой и может использоваться для расчета течения по всей толщине погранслоя, в том числе в вязком подслое и буферном слое.
Уравнения, решенные интерфейсом Turbulent Flow, v2-f, представляют собой усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса (RANS) для сохранения импульса и уравнения непрерывности для сохранения массы [2].
В работе приведен общий вид геометрии расчетной области. Движение потока воздуха происходит слева направо. Скорость потока изменяется ступенчато от 0,1 до 5,6 м/с с шагом 0,5 м/с. Нижняя граница расчетной области представлена в виде искривлённой периодической структуры, повторяющей неровности исследуемого образца шероховатой поверхности.
В результате проведения расчета получена картина распределения скорости течения потока воздуха вдоль исследуемой искривленной поверхности. С увеличением скорости входного потока наблюдается уменьшение ширины переходной зоны между нижней областью с минимальной скоростью течения вблизи искривленной поверхностью и верхней областью с максимальной скоростью течения и развитым регионом турбулентного течения. Очевидно, что данные эффект обусловлен ростом давления в верхней области течения.
1. Красников Г.Е., Нагорнов О.В., Старостин Н.В. Моделирование физических процессов с использованием пакета COMSOL Multiphysics: учеб. пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2012. 184 с.
2. Харитонов В.П. Фундаментальные уравнения механики жидкости и газа. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 65 с.

Одним из основных методов оценки формы поверхности являются фотограмметрические методы, которые обладают следующими достоинствами: высокой точностью измерений, высокой степенью автоматизации процесса, быстродействием и возможностью производить измерения дистанционно. Для определения точности таких измерений предлагается проводить сравнение результатов, полученных фотограмметрическим методом, с результатами измерений, полученным другими методами.
В качестве такого метода была выбрана лазерная интерферометрия. К достоинствам такого метода относится то, что проводятся высокоточные измерения с инструментальной погрешностью в нанометром диапазоне. Однако имеются и недостатки - большая часть интерферометров предназначена для измерения оптических деталей, а не для поверхностей с большим перепадом высот и диффузно отражающей поверхностью. С целью решения данной проблемы было принято несколько решений: усовершенствовать схему интерферометра Майкельсона применить методы дополнительной цифровой обработки. В качестве них были выбраны алгоритмы: развертывания фазового поля, основанный на прибавлении или вычитании 2π к значению фазы в соседней точке, если перепад между ними превышает некоторое пороговое значение, и использования допущения о непрерывности производных - подбор математического уравнения с дополнительными требованиями, отвечающими за изменение профиля поверхности, которое описывает поверхность, близкую исследуемой.
В работе будет представлена модель лазерного интерферометра по схеме Майкельсона, проведен расчет геометрии каустики лазерного пучка в интерферометре. Представлен энергетический расчет интерферометра, в том числе определен необходимый коэффициент деления лазерного пучка в случае диффузно отражающей поверхности в одном плече. Приведен алгоритм программы для цифровой обработки полученных интерферограмм с целью получения информации о форме поверхности.

А.Е. Гавлина (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
В.И. Батшев (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский университет 'МЭИ', Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Д.А. Новиков (Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы)
М.В. Сергеева (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Интерферометр для контроля выпуклых крупногабаритных асферических зеркал

В настоящее время существуют трудности при контроле выпуклых асферических оптических поверхностей крупногабаритных (в первую очередь – астрономических) зеркал, поскольку традиционные методы контроля подразумевают использование крупногабаритных вспомогательных оптических элементов.
В 1982 г. профессор Д.Т. Пуряев предложил схему ортогональных лучей для контроля выпуклых сферических и асферических поверхностей, согласно которой контролируемая поверхность освещается параллельным пучком лучей, направленным по нормали к оси симметрии детали. Мы предлагаем интерференционный метод контроля выпуклых оптических поверхностей, в основе которого положена базовая схема ортогональных лучей.
Пучок лучей, направленный по нормали к оси симметрии контролируемого зеркала, разделяется на две части. Часть пучка, отраженная от зеркала, и часть, проходящая над ним, интерферируют. Интерференционная картина представляет собой систему полос, ширина которых уменьшается от вершины к. п. к краю. Координаты центров максимумов интенсивности интерференционных полос в меридиональном сечении несут в себе информацию о форме меридионального профиля контролируемого зеркала.
В НТЦ УП РАН впервые реализована схема ортогональных лучей. На ее основе разработан и создан макет интерферометра для контроля выпуклых асферических и сферических зеркал большого диаметра.
Разработанный макет планируется включить в состав интерферометра Физо, являющегося государственным первичным специальным эталоном единицы длины отклонений от плоскостности оптических поверхностей размером до 200 мм (хранится во ФГУП ВНИИМС), что расширит его функциональные возможности и позволит выполнять аттестацию выпуклых оптических поверхностей диаметром до 250 мм.

Представлены результаты обработки стандартными программами ТФМ метода расчётного двумерного обтекания профиля с местными сверхзвуковыми зонами. Приведены оценки размеров локализации скачков, реализуемых данным методом.

К.А. Степанова (ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» )
И.Ю. Кинжагулов (ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» )
И.Е. Алифанова (Учреждение науки «Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники»)
Ю.О. Яковлев (ФГБОУ ВО «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова»)
Применение акустической эмиссии и лазерно-ультразвуковой диагностики на различных этапах дефектообразования при формировании соединений фрикционной сваркой

Технология фрикционной сварки или сварки трением с перемешиванием в настоящее время находит широкое применение в судостроении, при производстве авиационной и ракетно-космической техники. Возможность создания сварных соединений высокой прочности без использования присадочных материалов по технологии фрикционной сварки сопряжена с необходимостью выполнения активного многопараметрического контроля технологического процесса сварки. Однако, вероятность образования микродефектов сложной морфологии в сварных соединениях ограничивает сферу применимости и внедрения данной технологии сварки.
Целью проведенных исследований являлось обоснование применения метода акустической эмиссии (АЭ) при контроле дефектообразования в процессе фрикционной сварки изделий из алюминиевых сплавов.
В качестве арбитражного метода (метода сличения) использовался один из методов лазерной оптоакустики, основанный на термооптическом возбуждении наносекундных ультразвуковых импульсов. Использование при диагностике такого вида импульсов позволяет как выявлять структурные неоднородности материала, так и на основе эффекта акустоупругости определять численные значения действующих напряжений в различных зонах объекта контроля.
В свою очередь, метод акустической эмиссии позволяет локализовать зоны концентрации структурных изменений в процессе выполнения сварного соединения, что может являться оперативной информацией, характеризующей начало процесса дефектообразования.
На первом этапе исследований - в процессе сварки, была проанализирована зависимость параметров АЭ сигналов от параметров структурных изменений, происходящих при образовании дефектов. Процесс дефектообразования имитировался механическим воздействием на свариваемые заготовки и нарушением технологических режимов сварки.
На втором этапе - проведены исследования сваренных образцов с применением средств лазерной оптоакустики для определения их напряженно-деформированного состояния и выявления образовавшихся дефектов. Результаты локализации дефектов методом АЭ и параметры АЭ сигналов, характеризующие структурные изменения при дефектообразовании, сопоставлены с результатами проведенного контроля.
Анализ результатов применения акустической эмиссии при контроле дефектообразования в процессе сварки и сопоставления с результатами контроля на основе применения методов лазерной оптоакустики показал возможность дополнения существующей системы активного контроля технологического процесса фрикционной сварки методом акустической эмиссии для определения возникающих дефектов.

Г.В. Кулак (УО Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Беларусь)
Н.С. Казак (ГНУ Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси)
А.Г. Матвеева (УО Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Беларусь)
Т.В. Николаенко (УО Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Беларусь)
О.В. Шакин (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Optical-acoustical crack diagnostics on the surface of solid state body

Optical-acoustical (OA) sources of acoustical waves (SAW) have several advantages over traditional (piezoelectric and electromagnetic-acoustic), including the absence of contact with a medium, the ability of easily changing the geometric parameters of an acoustic antenna, diagnosing objects moving at any speed.
A laser pulse with a duration of  propagates along the Z axis and excites high-frequency SAW of different polarization and spatial-angular distribution. Suppose that OA excitation is carried out in a thermoelastic (linear) mode, and the laser pulse has a Gaussian amplitude distribution. The incident Rayleigh SAW with frequency Ω is directed to the defect and scatters on it in the forward direction. Using the two-dimensional Green function, the amplitude of the scattered SAW is determined.
The oscillogram of the scattered SAW in the forward direction for the normalized amplitude when scattered on a defect in the form of a crack has been founded. It is stated that the form of the oscillograms of scattered SAW changes with a change in the spot laser width a. The amplitude value of the scattered surfactant pulse varies significantly when laser spot width a increases. The width of the laser spot is a multiple of the integer number of surfactant wavelengths that fit on it. When the laser beam moves relative in the crack, a pronounced maximum is reached when the center of the laser beam is located in the vicinity of the crack center.


Д.Г. Сычёв (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Визуализация потоков жидкостей теневым фоновым методом

Потоки газов и жидкостей достаточно распространены как в промышленных, так и в натурных условиях. Изучение процессов движения газа или жидкости внутри потока и возникновения различных эффектов при взаимодействии потока со стенками канала, оценка предполагаемых последствий при возникновении того или иного завихрения – подобных задач может быть весьма много, и эти задачи охватывают довольно большой спектр современной науки.
В вопросах изучения течений жидкостей и газов наиболее предпочтительными являются методы бесконтактной диагностики, среди которых широкую известность обрели оптические. Для исследования прозрачных сред достаточно часто используются методы оптической визуализации, поскольку они позволяют получить наглядную картину динамики изучаемого процесса. Одним из таких методов является теневой фоновый метод, который успешно зарекомендовал себя в исследованиях различных оптических неоднородностей. Кроме того, с его помощью можно получить и количественные данные о параметрах среды [1].
В ходе работы был проведен эксперимент по визуализации потоков жидкости с различными характеристиками и одинаковой пространственной структурой при помощи теневого фонового метода. Получены качественные визуализации процесса распространения водяных струй с различной плотностью и температурой в стоячей воде. Выполнен анализ полученных векторных полей смещения, определены основные отличительные черты картин визуализации оптических неоднородностей, вызванных градиентом температуры и градиентом концентрации.

Литература:
1. Santos L., Stryczniewicz W. Application of Background Oriented Schlieren for quantitative measurement of transonic flows. // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1101 (2018) 012030

В.В. Близнюк (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
В.С. Григорьев (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
В.А. Паршин ( Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.Е. Тарасов (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
О.И. Семенова (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Экспресс диагностика состояния гетероструктуры лазерных диодов, используемых в ЛИС с замкнутым циклом работы

В случае использования лазерных диодов в оптико-электронных комплексах с замкнутым циклом работы часто возникает задача быстрого контроля состояния их гетероструктуры. Актуальность такой задачи определяется крайне сжатыми сроками проведения как регламентных, так и аварийных работ в ходе эксплуатации комплексов. Предложена методика быстрой диагностики состояния гетероструктуры одномодовых лазерных диодов по их спектральным характеристикам. Методика основана на количественном анализе формы огибающей спектр излучения лазерного диода. В результате проведенных нами многолетних исследований временных зависимостей спектральных характеристик лазерных диодов установлено, что форма линии, огибающей спектр излучения лазерных диодов, сильно зависит от тока накачки и, при определенных значениях тока, хорошо аппроксимируется гауссовой функцией. При этом реализация такого рода аппроксимации в начальной стадии эксплуатации лазерного диода позволяет с уверенностью прогнозировать большой срок его службы, а значит, и малую скорость его деградации. Отклонение формы огибающей от гауссовой функции сигнализирует о наличии дефектов гетероструктуры, приводящих к сокращению срока службы лазера. Введен параметр A, количественно характеризующий степень отклонения формы кривой, огибающей спектр излучения, от гауссовой функции. Значения этого параметра варьируются от 0,5 до единицы по мере приближения формы линии, огибающей спектр излучения лазерных диодов, к гауссовой кривой. Эмпирически установлена зависимость срока службы нескольких партий лазерных диодов, каждая из которых была изготовлена в едином технологическом цикле, от параметра A. Таким образом, было установлено, что по значению параметра A можно судить о состоянии лазерных диодов. Полученная зависимость использована для быстрой диагностики нескольких оптико-электронных комплексов с замкнутым циклом работы.

В.В. Близнюк (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
К.П. Галстян (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
В.С. Григорьев (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
А.В. Долгов (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Н.В. Морозов (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
В.А. Паршин ( Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Оптимизация режима питания лазерных модулей, встроенных в прецизионные измерительные системы

Рассмотрена методика определения режима питания лазерных модулей, оптимального с точки зрения срока службы лазерных модулей. Методика основана на обеспечении тока накачки лазерного диода, при котором достигается максимальный срок его службы. Использован установленный нами ранее факт, что максимальный срок службы лазерных диодов обеспечивается только при определенных значениях тока накачки, когда огибающая спектра излучения может быть описана гауссовой функцией. Анализ спектра излучения лазерных диодов позволил определить оптимальное значение тока накачки конкретного лазерного диода. Установлено, что в пределах линейной части зависимости тока на входе драйвера лазерного модуля от напряжения на драйвере ток накачки равен току на входе драйвера. При выходе за верхнюю границу диапазона линейности драйвер начинает работать как ограничитель тока накачки. Показано, что для лазерных модулей, изготовленных в едином технологическом цикле, верхняя граница линейности зависимости тока на входе драйвера лазерного модуля от напряжения на драйвере имеет постоянное значение. Таким образом, для каждой партии лазерных диодов определено напряжение на входе драйвера, при превышении которого он начинает работать как ограничитель тока накачки. Контроль этого параметра осуществляется автоматически по выходному напряжению блока питания, что исключает необходимость использования измерителя тока накачки, а значит и усложнение схемы питания лазерных диодов. Для определения номиналов элементов электрической схемы питания, обеспечивающей требуемые значения токов накачки использованы ватт-амперные и вольт-амперные характеристики лазерных диодов. Показано, что оптимизация номиналов элементов этой схемы позволяет повысить точность лазерных измерительных систем.

А.В. Кучменко (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.А. Кошелев ( Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Разработка системы количественной визуализации газожидкостного потока

Была разработана установка для количественной визуализации газожидкостного потока от форсунки. Установка состоит из лазера с длиной волны 450 нм, блока управления подачей газа и воды, насоса, видеокамеры и компьютера. Работоспособность установки проверена при различных параметрах газожидкостного потока. С помощью метода анемометрии по изображению частиц были проведены серии экспериментов визуализации потока. Метод анемометрии по изображениям частиц, относящийся к классу бесконтактных оптических методов, позволяет регистрировать мгновенные поля скоростей в плоскости измерениях [2]. В данном исследовании трассерами являются капли воды от форсунки. Построение векторов смещения частиц производилось кросскорреляционным методом.
В результате обработки экспериментальных данных был определен угол раскрыва струи от форсунки. По распределению коэффициента корреляции была определена скорость частиц (скорость микрокапель воды) в газожидкостном потоке при разном давлении и расходе воды.
Были построены зависимости угла раскрыва струи от давления при различном расходе воды, а также зависимости скорости потока от расстояния до форсунки.
Литература
1. Raff el M., Willert C. E., Kompenhans J. Particle image velocimetry. A practical guide. Corrected 3rd printing. Springer, Germany, Berlin. 1998.
2. Сергеев Д.А. Использование современных методов анемометрии по изображениям частиц (PIV-методов) при лабораторном моделировании геофизических течений // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, - 2011, - № 4 (2), - С. 522 - 524.
3. Знаменская И.А., Ринкевичюс Б.С. Современные оптические методы исследования потоков. Оверлей Москва. – 2011. – С. 360.

З.А. Забалуева (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Э.К. Непомнящая (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
Преимущества метода кросскорреляции для оценки размеров наночастиц в суспензиях

В работе представлен метод кросскорреляции, позволяющий определять размеры наночастиц в монодисперсных жидких коллоидных образцах. Актуальность метода заключается в возможности быстрого анализа образцов разной степени мутности без необходимости разбавления. Динамическое рассеяние света уже применяется в фармакологии, медицине, пищевой промышленности и других областях для анализа и контроля качества суспензий. Использование метода кросскорреляции позволит упростить исследования дисперсных систем и расширить границы применимости метода динамического рассеяния света.
Для реализации метода кросскорреляции была разработана и собрана экспериментальная установка на основе двулучевой схемы рассеяния лазерного излучения. Наличие в схеме двух фотоприемников, одновременно регистрирующих в двух точках спекл-поля флуктуации интенсивности света, рассеянного на образце, обеспечивает возможность исключения из рассмотрения вкладов от многократно рассеянного света. В этом случае, вклады во взаимную корреляционную функцию создаются только однократно рассеянным светом, который несет в себе информацию о рассеивающих частицах.
При подобранных параметрах экспериментальной установки взаимная корреляционная функция хорошо аппроксимируется экспоненциальной кривой, формула которой получена в теории рассеяния, исходя из геометрии распространения лазерных пучков. Один из подгоночных коэффициентов пропорционален коэффициенту поступательной диффузии рассеивателей, а коэффициент диффузии зависит от размеров частиц, что описывается соотношением Стокса-Эйнштейна.
Для образцов с частицами разных размеров были получены экспериментальные взаимные корреляционные функции и оценки размеров частиц посредством аппроксимации. Показано, что метод кросскорреляции эффективен для исследования растворов и суспензий. В работе также произведено сравнение с методом динамического рассеяния света, подтверждающее эффективность метода кросскорреляции для исследования мутных суспензий.

А.А. Ягодницына (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
А.В. Ковалев (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
А.В. Бильский (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Исследование гидродинамики течений в снарядном режиме течения несмешивающихся жидкостей с помощью метода micro-PTV

Течения несмешивающихся жидкостей в микроканалах имеют большой потенциал для применения в различных областях, таких как медицина, биология, аналитическая химия, и некоторых других. Микроканалы позволяют существенно повысить эффективность процессов переноса за счёт большого отношения площади поверхности к объёму и специфических режимов течения, что делает их привлекательными для оптимизации технологических процессов. Снарядный режим течения несмешивающихся жидкостей является одним из наиболее эффективных с точки зрения эффективности тепломассобмена. Для разработки и проектирования микроканальных устройств требуются знания о длине снарядов, скорости их движения и циркуляции скорости внутри снарядов.
Настоящая работа направлена на экспериментальное исследование течения несмешивающихся жидкостей с экстремально низким отношением вязкостей в прямых и криволинейных микроканалах Т-типа. В качестве рабочих жидкостей использовались вода и касторовое масло. Для визуализации режимов течения использовалась скоростная регистрация границы раздела фаз, для измерения полей скорости внутри снарядов использовался метод micro-PTV (Particle Tracking Velocimetry). Скоростная визуализация позволила выявить пять различных режимов течения: снарядный режим, снарядный режим с отрывом микрокапель, капельный режим, кольцевой режим с волновой границей и переходной режим с коалесценцией снарядов. Показано, что влияние искривлённых участков на границы режимов течения несущественно. Однако в снарядном режиме наблюдалась сильная деформация снарядов воды за счёт искривлённых участков канала. На основе измеренных полей скорости была рассчитана суммарная циркуляция скорости в снарядах дисперсной фазы. Обнаружено, что суммарная циркуляция линейно зависит от введённого ранее параметра CabulkQd/Qc [1], где Cabulk – число капиллярности, построенное по среднерасходной скорости жидкостей, Qd и Qc – расходы дисперсной и несущей фаз, соответственно. Было выявлено, что прохождение снарядов по криволинейным участкам микроканала позволяет повысить циркуляцию скорости, за счёт деформации снаряда, тем сильнее, чем меньше радиус кривизны соответствующего искривлённого участка.
Исследование выполнено за счет гранта РНФ (проект №16-19-10519).
1. Kovalev A., Yagodnitsyna A., Bilsky A. Flow hydrodynamics of immiscible liquids with low viscosity ratio in a rectangular microchannel with T-junction // Chemical Engineering Journal. 2018. V. 352. pp. 120–132.

П.О. Лукахин (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
И.Н. Павлов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
И.Л. Расковская (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.В. Толкачев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Погрешность определения краевого угла смачивания капли с помощью лазерного рефракционного метода

Основной целью данной работы был расчет погрешности определения краевого угла смачивания капли жидкости, лежащей на прозрачной подложке, с помощью лазерного рефракционного метода. Расчет погрешности выполнен по стандартным правилам расчета погрешностей величин, измеренных косвенным способом. Принцип действия используемого в работе метода основан на цифровой регистрации и обработке рефракционных изображений, полученных при прохождении снизу вверх широкого коллимированного лазерного пучка через каплю на прозрачной подложке. Специально созданная программа обработки экспериментальных изображений позволяет определять краевой угол смачивания в каждый момент времени по мере высыхания капли, а также отслеживать динамику его изменения и строить график зависимости этого угла от времени. В работе приведена схема экспериментальной установки и описана методика проведения экспериментов. Также приведены примеры полученных рефракционных изображений для разных объемов жидкостей и подложек с разными шероховатостями и описан алгоритм их обработки. Из полученных графиков зависимости краевого угла смачивания от времени видно, что процесс испарения капли состоит из двух этапов. На первом происходит практически линейное уменьшение краевого угла смачивания, при этом площадь контактного пятна остается постоянной и линия трехфазного контакта остается неподвижной. При достижении определенного критического значения угла смачивания, который зависит от объема, вида используемой жидкости и подложки, происходит скачкообразное уменьшение площади пятна контакта и, соответственно, увеличения краевого угла смачивания, после чего происходит линейное уменьшение площади контактного пятна со временем.

С.Ю. Белов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Регистрация модели турбулентности оптическими методами

Проблема турбулентности достаточно часто встречается в повседневной жизни. Особенно важно учитывать это явление при проектировании различного вида летательных аппаратов. Оказывается, что неправильно спроектированный вертолет не может гарантировать безопасную посадку либо взлет. Или, например, ракета может сбиться с необходимого курса ввиду того, что должным образом не была рассчитана ее обтекаемость воздушным потоком. Известно также, что турбулентные флуктуации влияют на потенциальную точность, например, измерения расстояния лазерными дальномерами. Помимо всего прочего, атмосферные искажения вносятся при наблюдении околоземных объектов телескопами, и в связи с этим теряется качество получаемых изображений. Эти факты говорят о необходимости исследований в данном направлении.
В докладе представлена попытка определения оптимального оптического метода для исследования турбулентных потоков. Решение данной задачи достигается благодаря исследованию лабораторно созданной модели турбулентности. Таким образом, для начала создается лабораторная модель турбулентности, а затем проводится её визуализация при помощи оптических методов.
В результате получены и визуализированы различные модели турбулентности, имеющие возможность регулировки вносимой неоднородности. Сделаны выводы по улучшению визуализации турбулентных потоков. Также проведена работа по устранению влияния турбулентности на получаемых изображениях. Улучшение регистрируемых в ходе эксперимента картин достигается путем компьютерной фильтрации зашумленных изображений. Для этого сначала было проведено компьютерное моделирование влияния турбулентности на изображение, а затем произведена подборка необходимых для улучшения качества изображения каскадных фильтров. Показано, что в зависимости от степени влияния атмосферных флуктуаций на изображение необходимо применять различные методики обработки для достижения желанного результата.

П.С. Мартьянов (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Разработка высокочастотного драйвера для двойного акустооптического монохроматора

При создании акустооптических спектрометров были решены многие задачи электроники возбуждения акустических волн в кристалле акустооптических (АО) ячеек, созданы синтезаторы частоты, позволяющие программно задавать требуемый диапазон частот звуковых волн для алгоритма спектральных измерений, разрабатывать и реализовать электронную архитектуру спектрометра, допускающего различные алгоритмы измерений, включая адаптивные. В последнее время в связи с широким использованием двух-кристальных АО схем спектральных измерений, пришлось разработать специальные генераторы и усилители высоко частотных колебаний с частотой и фазовой модуляцией, а также с электронным синтезом гармонических колебаний. Анализируемое световое излучение, которое через формирующую оптику и поляризатор попадает в двойной акустооптический монохроматор, состоящий из входного, выходного, промежуточного поляризаторов и двух акустооптических ячеек (АОЯ). Для управления аппаратной функцией монохроматора на пьезоэлектрические преобразователи АОЯ подаются электрические сигналы определенных частот и мощностей, вырабатываемые двухканальным синтезатором и доведенные усилителями мощности до необходимой амплитуды.
В настоящей работе основное внимание уделено разработке устройства, входящего в состав двойного акустооптического монохроматора. Для этого необходим высокочастотный аппаратный драйвер, обеспечивающий подачу на ультразвуковые преобразователи сигнала требуемой мощности для создания ультразвуковых колебаний нужной амплитуды в акустооптических ячейках монохроматора. Создаваемая при этом объемная решетка, на которой происходит дифракция заданной спектральной составляющей оптического излучения, должна быть аналогичной в обеих акустооптических ячейках. В этом случае ячейки могут быть подключены к аппаратному драйверу, содержащему один синтезатор частоты и делитель мощности между ультразвуковыми преобразователями ячеек.
Целью работы является создание устройства для усиления мощности сигнала, что позволит использовать его совместно с широкополосным синтезатором частоты, входящим в состав большинства акустооптических спектрометров.

М.В. Шестаков (Институт теплофизики СО РАН им. С.С. Кутателадзе)
Д.М. Маркович (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Динамика трехмерных вихревых структур, образующихся в ближнем поле квазидвумерного следа за цилиндром

В работе экспериментально исследовалась динамика трехмерных вихревых структур, образующихся в ближнем поле квазидвумерного следа за цилиндром. Измерения проводились при помощи метода Tomographic PIV высокого временного разрешения. След формировался при обтекании цилиндра диаметром D, установленного в щелевом канале высотой h = 0,4 D. Вихревые структуры в потоке идентифицировались при помощи Q – критерия, распределения которого рассчитывались по трехмерным трехкомпонентным распределениям мгновенной скорости. Пространственное и временное разрешение измерительной Tomo-PIV системы позволило зафиксировать основные типы вихревых структур и проанализировать их пространственно-временную эволюцию в потоке. Результаты трехмерного исследования показали существенное влияние ограничивающих стенок канала на динамику и топологию вихревых структур в ближнем поле квазидвумерного следа. Экспериментально зафиксированы вторичные продольные вихревые структуры в квазидвумерном следе за цилиндром в щелевом канале. Вторичные продольные вихревые структуры представляют собой вихревые структуры, оси которых ориентированы под небольшим углом к основному потоку, а длина вихревых структур на порядок превышает их диаметр, который достигает 2/3 h. Вторичные продольные вихревые структуры, вследствие квазипериодического характера движения, образуются поочередно с правой и с левой стороны следа. Данные вихревые структуры образуются группами, состоящие из нескольких чередующихся вихревых структур разного знака завихренности. Полученные новые экспериментальные данные расширяют понимание пространственной вихревой структуры квазидвумерного следа и являются заделом для дальнейших исследований влияния вторичных продольных вихревых структур на процессы тепло и массообмена.

И.В. Наумов (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
М.А. Цой (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Б.Р. Шарифуллин (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Лазерная диагностика динамики развития неустойчивости замкнутых вихревых течений

Управление неустойчивостью вихревого течения в замкнутых био- и химических реакторах актуально для улучшения массообменных процессов. При этом в реакторе формируется сложное течение жидкости, характеризующиеся одновременно вихревым и циркуляционным движением. При моделировании таких течений используются контейнеры цилиндрического и полигонального поперечного сечения [1, 2]. Вращающий диск, вписанный в торцевую стенку, обеспечивает формирование исследуемого режима вихревого движения жидкости. Развитие неустойчивости, как правило, исследуется оптическими методами (ЛДА и PIV) после установившегося режима течения. Однако, исследование отдельных установившихся режимов не позволяет получить полную картину развития пульсаций с ростом числа Рейнольдса. Например, в [1] было установлено, что при увеличении закрутки потока, при определенных геометрических параметрах течение становится ожидаемо пульсирующим. При увеличении интенсивности вихревого движения период пульсаций скорости увеличивается, составляя сотни и даже тысячи периодов вращения диска, и, при дальнейшем увеличении угловой скорости вращения диска, течение стабилизируется. Обойти указанное ограничение возможно, если на шаговый двигатель, управляющий вращением диска, подать сигнал линейно изменяя его частоту по временному закону, при котором влиянием переходных процессов можно пренебречь.
В работе выполнено экспериментальное исследование амплитудно-частотных характеристик автогенерирующихся пульсаций потока жидкости в замкнутых контейнерах с вращающейся крышкой. Требуемая угловая скорость вращения диска задавалась по детерминированному закону. В ходе эксперимента сигнал ЛДА непрерывно фиксировался в течении 60 минут при линейном изменении числа Рейнольдса от 1500 до 3000. Полученная спектрограмма позволяет наблюдать распределение мощности пульсаций в зависимости от частоты и динамику развития неустойчивости во всем исследуемом диапазоне чисел Рейнольдса, а применение условного осреднения позволяет провести пространственное исследование развития неустойчивости и с помощью PIV.

Исследование выполнено при поддержке РФФИ в рамках проекта № 18-08-00508.

1. Sørensen J.N., Naumov I.V., Mikkelsen R. Experimental investigation in three-dimensional flow instabilities in a rotating lid-driven cavity // Exp. Fluids. 2006. V.41. № 6. P. 425-440.
2. Naumov I.V., Podolskaya I.Yu. Topology of vortex breakdown in closed polygonal containers // J. Fluid Mech. 2017. V. 280. P. 263-283.

А.С. Скрябин (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана )
А.В. Павлов (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
А.М. Картова (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
В.Д. Телех (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Исследование процесса и динамики медленного электрического взрыва титановых волокон методами шлирен – фотографии

В работе представлены результаты исследований динамики электрического взрыва тонких (с характерным диаметром 20-50 мкм) титановых волокон в режиме медленного (за время 50-100 мкс) ввода энергии от ёмкости в проводник. Представлено описание и даны параметры экспериментального стенда и используемых диагностических средств. Эксперименты проведены в воздухе и аргоне при нормальном давлении и вариации сопротивления волокон (от 10 до 60 Ом) и запасённой энергии в конденсаторе (от 3 до 5 Дж). Визуализация динамики разлета продуктов взрыва осуществлялась с помощью системы шлирен-фотографии на основе Nd-YAG лазера (с λ=532 нм). Получены шлирен – изображения взрывающихся проводников в различные моменты времени и разных величинах энерговклада в волокна.
При относительно малых энерговкладах (QR≈1,0–2,0 Дж/мг) разрушение проводника происходит, в основном, под действием имеющих место термомеханических напряжений. Это выражается в возникновении локальных деформаций с дальнейшей фрагментацией волокна за время 20-30 мкс. При этом происходил разлет образующихся фрагментов проводника и частиц микронного размера. Ударная волна в данном случае не формируется.
При повышении QR до 2,0-3,0 Дж/мг картина процесса меняется. В этом случае разлетающиеся в результате взрыва перегретые расплавленные капли и пары титана формируют токопроводящий канал, в котором зажигается дуговой разряд. Канал, расширяясь, действует подобно поршню и создаёт ударную волну, фронт которой движется со скоростью 700-800 м/с. Установлены и визуализированы характерные особенности картины такого течения в течении 1000 мкс. Обсуждаются особенности фазовых и морфологических превращений волокон в этом режиме.

К.М. Булатов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
П.В. Зинин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.А. Быков (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Цветная камера RGB для быстрого измерения распределения высоких температур в области лазерного нагрева

Новые технологии, основанные на быстром лазерном нагреве, быстро развиваются за счет увеличения доступности мощных импульсных лазеров. Они применяются в лазерной обработке деталей и пленок и лазерном напылении. Дальнейший прогресс в области технологий, основанных на быстром лазерном нагреве, требует знание распределений температур на поверхности образцов при лазерном нагреве. Как показывают последние исследование для измерения распределения температуры объектов с неизвестным коэффициентом излучения может быть использован двойной акустооптический фильтр (ДАОФ) в сочетании с монохромной камерой [1,2]. Измерение температуры осуществляется методом гиперспектральных изображений теплового излучения нагретой области объекта [1].

Преимущество ДАОФ является возможность измерения распределения абсолютной температуры с точностью менее 3%. К сожалению ДАОФ не позволяет исследовать быстро протекающие процессы, т.к. интенсивность теплового излучения на выделенной длине волны не достаточна для быстрой записи гиперспектрального изображения видео камерой. Для того, чтобы исследовать распределение температуры в быстро протекающих процессах, необходимо определять температуру в каждой точке изображения при помощи гиперспектральных изображения, когда каждое гиперспектральное изображение является суммой изображений полученных в заданном интервале длин волн.

В данной работе предлагается использовать цветную, быструю (300 кадров в секунду), для получения распределения температуры в области нагрева мощным лазером металлического образца. Основная идея нашего метода состоит в том, что каждый пиксель матрицы цветной камеры состоит из 4 субпикселеий (слоев), каждый из которых собирает свет в заданном диапазоне длин волн. В работе было предложено использование цветной RGB камеры, построен и промоделирован новый алгоритм для измерения распределения температур при лазерном нагреве.

1. K.M. Bulatov// Компьютерная оптика, 2017, том 41, №6
2. Zinin P.V. // H. P. Res. 2019. P.1477-2299.

С.Г. Скрипкин (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
М.А. Цой (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
П.А. Куйбин (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Высокоскоростная визуализация осцилляций осесимметричной кавитирующей вихревой полости в модельной гидротурбине.

Работа посвящена изучению крупномасштабных вихревых структур в закрученном двухфазном потоке, моделирующим течение за рабочим колесом гидротурбины в режиме повышенной нагрузки. Из-за избыточной закрутки потока в этом режиме за рабочим колесом гидротурбины формируется осесимметричная вихревая кавитационная полость, являющаяся податливым элементом гидродинамической системы и дополнительным источником нестационарных пульсаций давления в проточном тракте. Размер и форма кавитационной полости значительным образом зависят от напора, расхода и интенсивности закрутки потока. Формированием подобной вихревой полости было воспроизведено на экспериментальном стенде моделирующим проточную часть гидротурбины с использованием комбинации двух лопаточных завихрителей: стационарного и вращающегося с заданной частотой. Изменение скорости вращения лопаточного завихрителя и расхода воды позволяет охватить широкий диапазон рабочих режимов с формированием осесимметричных или винтовых вихревых структур. Варьируя избыточное давление или разрежение в замкнутом контуре также удалось изучить поведение каверны при различных значениях числа кавитации.
С использованием техники высокоскоростной визуализации с частотой съёмки до 700 кадров в секунду (PCO 1200 hs.) был накоплен обширный массив данных о динамике и форме кавитационной полости в широком диапазоне режимных параметров. Последующая обработка изображений происходила в программном комплексе Matlab. Для определения границ каверны на изображениях проводилась бинаризация с вычислением порога полутонового изображения методом Оцу. В предположении осевой симметрии кавитационной полости площадь изображения интегрировалась по углу для получения временной реализации изменения её объёма. Для каждого режима были построены спектрограммы и спектры, основанные на быстром преобразовании Фурье. Определены основные частоты пульсаций. Также в однофазном потоке для получения количественной информации о структуре течения в основном и граничных режимах была проведена серия PIV измерений.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-58-53052.

Г.А. Кащеева (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН))
Теоретическая оценка погрешностей фазового метода измерения перемещений для доплеровских систем

В доплеровских системах, предназначенных для измерения параметров движущихся объектов, в частности перемещения подвижного элемента микроэлектромеханических систем (МЭМС), величина перемещения однозначно связана с дискретными приращениями фазы на интервале измерения. В докладе рассматривается теория оценки разности фаз сигнала на интервале измерения для нормального узкополосного случайного процесса, который является моделью доплеровского сигнала, и сравниваются полученные теоретические оценки с модельным экспериментом, подтверждающим хорошую сходимость результатов. Полученные оценки точности измерения приращений фазы, однозначно связаны как с измерением перемещений объекта, так и с оценкой его скорости.
Показано, что для нормального узкополосного случайного процесса с нулевым средним значением приращение фазы на небольшом интервале состоит из детерминированной компоненты и случайной . Максимальное значение детерминированной компоненты не должно превышать пи, а значения случайной компоненты лежат в пределах [-пи, +пи], из чего следует, что абсолютное значение полного приращения фазы во многих случаях может превышать величину пи, а в пределе достигает значения 2 пи.
Этот нюанс не учитывается при принятом определении разности фаз между последовательными отсчетами двух ортогональных сигналов на основе теории комплексного переменного, для которого фаза по определению лежит в пределах (-пи, +пи), что приводит к существенным ошибкам, в особенности при низкой относительной частоте квантования n, определяемой как число отсчетов сигнала на период центральной частоты.
В работе показано, что среднее значение разности фаз между отсчетами, взятыми с интервалом t, в точности равно детерминированной составляющей и определяется как 2 пи/n, т.к. распределение значений случайной компоненты является симметричным относительно нуля. Для дискретных отсчетов среднее значение может быть определено по разности полных фаз, найденных по базе [0, 2 пи].
Среднеквадратичная ошибка для случайной составляющей разности фаз находится из известного выражения для плотности вероятности и зависит как от числа интерференционных полос в фокальной области, так и от относительной частоты квантования. Минимальное значение ошибки имеет место при минимально возможном числе отсчетов на период и максимально возможном числе интерференционных полос в измерительном объеме.

В.С. Беляев (Федеральное государственное унитарное предприятие "ВНИИФТРИ")
В.Б. Бычков (Федеральное государственное унитарное предприятие "ВНИИФТРИ")
В.Н. Шорин (Федеральное государственное унитарное предприятие "ВНИИФТРИ")
Е.Ф. Токарев (АО «Сигма-Оптик »)
Анализ параметров датчиков акустических волн в тонких пластинах

В задачах неразрушающего контроля широко применяется метод акустической эмиссии (АЭ), основанный на приеме акустических сигналов, генерируемых возникающими в нагруженной конструкции дефектами. При диагностике коррозионных дефектов сигналы акустической эмиссии как правило невелики. Проведен сравнительный анализ обнаружительной способности акустических датчиков различных типов при приеме волн Лэмба в пластинах из сплава АМг-6.
Акустические волны возбуждались в тонких пластинах, когда толщина пластины меньше длины волны, различными способами:
А) узкополосное возбуждение акустических волн модулированным нужной частотой лазерным лучом, сфокусированным на поверхность пластины; преобразователем, расположенным на грани клина, приклеенного на поверхность пластины;
Б) широкополосное возбуждение акустических волн короткими импульсами лазерного излучения, сфокусированного на поверхность; дозированной струей калиброванного песка, падающего с определенной высоты на поверхность пластины; акустической эмиссией, вызванной коррозией пластины при дозированном внесении на поверхность раствора кислоты.
В измерениях применялись акустические датчики PKWDI, LN150I – “Physical Acoustic Corporation”, США; GT200, GT205, GT300 – ООО «ГлобалТест»; ПАЭР 2500Д – ООО «Сигма-Оптик»; ZET601 - ООО «ЭТМС»
Для измеренных датчиками сигналограмм делалось БПФ с окном flat top, которое усреднялось по 200 сигналограммам. Из спектрограммы акустических сигналов вычиталась спектрограмма, полученная при отсутствии акустических сигналов.
По полученным спектрограммам были определены пиковые превышения сигнала над уровнем шума для измеренных акустических датчиков и выбран датчик ПАЭР 2500Д.
С помощью датчика ПАЭР 2500Д уверенно регистрировались спектры импульсов акустической эмиссии, вызванных воздействием на пластину из АМг-6 дозы в 5 мкл 0,5-процентного раствора HCl.

В.В. Дьяченко (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
В.Г. Шеманин (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
Иcследование влияния воздушного переноса аэрозоля лазерными методами

Эмиссия веществ в атмосферу является основным фактором глобального загрязнения окружающей среды. Масштабы аэрального переноса таковы, что оно приводит к загрязнению почв, формированию аномалий и повышению кларков почв многих химических элементов. Существует масса примеров иллюстрирующих это положение, как в мире, так и на юге РФ [xv]. Химический и дисперсный состав воздушного загрязнения зависит от его источника. Например, на юге России (ввиду высокой доли распаханных земель – более 70%) на 95% определяется дефляцией почв, в районе Новороссийска – деятельностью цемзаводов и перегрузкой нефтепродуктов и тд.
Доля техногенного аэрозоля в атмосфере значительно меньше природного, но техногенный, по химическому составу значительно разнообразней и может быть опасен для биосферы. С точки зрения аэрозольного загрязнения важен его дисперсный состав. Аэрозольные частицы являются носителями тяжелых металлов, как изначально, так и сорбируя на своей поверхности химические элементы, находящиеся в парогазовой форме. Выявление путей и источников их формирования поможет защитить окружающую среду и человека от крайне опасного вида и способа доставки загрязнения в организм людей. Поэтому целью настоящей работы является создание системы лазерного зондирования воздушных потоков, которая позволит измерять распределение концентрации частиц по высоте в режиме реального времени с одновременным определением скорости переноса и дисперсности. Для ее реализации предлагается использовать аэрозольный лидар на основе многолучевого излучателя на основе лазера на парах стронция и полупроводниковых лазеров, направляемых вдоль оси приемного телескопа в атмосферу.

А.В. Бухарин ( Институт космических исследований РАН)
Г.П. Арумов ( Институт космических исследований РАН)
Выбор конфигурации миниатюрного лидара для калибровки сигнала обратного рассеяния

Для большинства лидаров с высокой мощностью зондирующего импульса обратный сигнал монотонно уменьшается, начиная с нескольких сотен метров. Для меньших расстояний указанный сигнал сильно осциллирует из-за значительных изменений геометрического форм фактора приемного и передающего каналов. Это создает значительные трудности при использовании стандартных рассеивающих поверхностей в экспериментах по калибровке обратного сигнала. Для измерения коэффициента обратного рассеяния (КОР) часто используется моделирование геометрических характеристик поля зрения и зондирующего пучка. В связи с этим лидары применяются, как правило, только в режиме мониторинга для определения пространственного положения рассеивающих слоев. Метрологическое обеспечение дистанционных измерений (КОР и др) может быть реализовано в миниатюрных лидарах (минилидар). Минилидар имеет предельно малую среднюю мощность зондирующего пучка безопасную для глаз. При этом обратный сигнал из атмосферы локализован вблизи лидара до 100 м, а область максимального изменения геометрического форм фактора находится в диапазоне до 10 м. Для калибровки минилидара можно использовать зеркальные и рассеивающие поверхности с большим коэффициентом отражения. Обратный сигнал может быть ослаблен аттенюаторами в виде перфорированных экранов и калиброванных рассеивающих пленок. Произведенная предварительная калибровка позволила измерить отраженный зеркалом обратный сигнал приемником, работающим в режиме счета фотонов. Сделан вывод об оптимальной схеме минилидара в виде коаксиальной схемы приемопередающего канала. В такой схеме при максимальной эффективности использования мощности лазерного пучка отношение сигнальных и фоновых фотоотсчетов является максимальным. Обсуждаются проблемы создания коаксиальных зондирующих систем с совмещенными приемным и передающим каналами. Минилидары могут иметь коммерческие перспективы так могут быть изготовлены с автономным энергопотреблением. Такие устройства позволяют производить мониторинг приземного слоя атмосферы в пределах городской черты. Наличие таких устройств у достаточно большого количества пользователей может дать общую картину распределения загрязнений атмосферы в реальном режиме времени.

М.Н. Неруш (Научно-исследовательский центр "Курчатовский институт")
Д.С. Сергеев (Научно-исследовательский центр "Курчатовский институт")
Многоканальный HCN-лазерный интерферометр для измерения электронной концентрации в плазме токамака Т-15МД

В проводимых на токамаках исследованиях высокотемпературной плазмы очень важной характеристикой является распределение плотности по сечению шнура. Одним из основных методов его определения является интерферометрия плазмы. Этот метод основан на том, что при прохождении электромагнитной волны сквозь плазму, она приобретает дополнительный фазовый сдвиг, величина которого зависит от плотности зондируемой плазмы.
На установке Т-10 в НИЦ «Курчатовский институт» используется лучеводный интерферометр на базе HCN-лазера, который генерирует излучение с длиной волны 337 мкм. В настоящее время в НИЦ «Курчатовский институт» ведется строительство токамака Т-15МД, физический пуск которого запланирован на 2020 г. Он будет являться первой в России крупной установкой с вытянутым сечением и диверторной конфигурацией, подобной ITER, что позволит проводить на ней исследования, направленные на поддержку проектов ITER и DEMO.
Предполагается использовать интерферометр с HCN-лазером на новой установке. Разработана и предложена блок-схема многоканального лазерного интерферометра для измерения среднехордовой электронной концентрации в плазме токамака Т-15МД.
В работе рассматривается прохождение лазерного излучения в камере токамака Т-15МД с отражением от внутренней стенки, в том числе проводится расчет потерь мощности излучения из-за гауссова расширения и рефракции пучка.
Стоит отметить, что рефракция – это отклонение траектории излучения от прямолинейной из-за неоднородности плазмы и наличия в ней поперечного градиента плотности (перпендикулярного направлению распространения излучения). Расчет проводился для случаев круглого и вытянутого сечения плазменного шнура в приближении параболического распределения плотности.
По результатам расчета был определен необходимый диаметр вводов излучения – антенн рупорного типа и предложена их конструкция. Для удобства эксплуатации предлагается использовать для ввода и вывода зондирующего излучения идентичные антенны. Исходя из размеров бокового фланца токамака, было определено расположение хорд, по которым будет осуществляться просвечивание плазмы, и предложена конструкция фланцевого патрубка.
Работа выполнена при финансировании Госкорпорации Росатом.

Е.С. Дзлиева (Санкт-Петербургский государственный университет)
В.Ю. Карасев (Санкт-Петербургский государственный университет)
И.Р. Крылов (Санкт-Петербургский государственный университет)
Л.А. Новиков (Санкт-Петербургский государственный университет)
С.И. Павлов (Санкт-Петербургский государственный университет)
Визуализация плазменных потоков по измерению собственного вращения пылевой частицы

Визуализация плазменных потоков в низкотемпературной плазме является актуальной, но сложной задачей, в частности, из-за малой степени ионизации плазмы до 10^-7. В этом плане пылевая плазма, интенсивно развивающаяся в последние 20 лет, предлагает новую техническую возможность диагностики. При этом пылевая частица работает как «оптический зонд», механически откликаясь на действие плазменных потоков, тем самым, визуализируя их. Контролируя плазменные потоки, можно активно управлять ими в разрядных камерах и технологических установках. Особенно актуальны подобные исследования в области неоднородного электрического поля, вблизи стенок разрядных камер и в магнитном поле.
В представленной работе на основе детектирования собственного вращения уединенной пылевой частицы, находящейся в пылевой ловушке в газовом разряде в наложенном магнитном поле исследуются потоки ионов и электронов, идущие на пылевую частицу в процессе поддержания ее стационарного электрического заряда. Показано, что в масштабе дебаевской длины действие азимутальных моментов сил от потоков ионов и электронов взаимно скомпенсировано, угловая скорость вращения частицы остается неизменной вплоть до магнитных полей в 200 Гс. Эксперименты выполнены в тлеющем разряде в неоне, работающем в стратифицированном режиме. Использованы пустотелые прозрачные частицы порядка 30 мкм в диаметре. Для диагностики их собственного вращения применен оригинальны метод координатной развертки.
Обнаруженному эффекту дана теоретическая интерпретация на основе рассмотрения потоков электронов и положительных ионов на поверхность частицы. В магнитном поле каждый из двух потоков приобретает момент импульса. Показано, что величина передаваемого частице момента импульса не зависит от массы заряженных частиц потока, момент импульса ионов в основном компенсируется моментом импульса электронов. Приведено описание рассматриваемого явления на макро и микро уровне.
Работа поддержана грантом РНФ № 18-12-00009.

А.А. Быков (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
П.В. Зинин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
К.М. Булатов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Акустооптический перестраиваемый фильтр для измерения распределения высоких температур в области нагретой лазером

Измерение поверхностного распределения температуры в сильно нагретых телах является актуальной задачей геофизики и материаловедения. В работах [1,2] было показано, что применение двойного акустооптического фильтра (АО-фильтр) в сочетании камерой позволяет производить измерения распределения температуры в фокусе лазерного пучка на поверхности объекта. Акустооптический фильтр имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными спектральными фильтрами [2]. Измерения температуры осуществляется путем регистрации спектра теплового излучения объекта и дальнейшем сравнением теоретической кривой Планка с экспериментальными данными [1]. Преимущество двойного АО-фильтра над одиночным АО-фильтром заключается в уменьшении аберрационных пространственно-спектральных искажений за счет конструкции с двумя акустическими кристаллами. К сожалению, двойной АО-фильтр значительно снижает интенсивность проходящего светового пучка, что приводит к невозможности измерение температур ниже 1200 К, а так же при слабой интенсивности излучения объекта требуется большое время экспозиции камеры. Цель данной работы показать, что использование АО-фильтра с одиночным кристаллом приводит к значительному увеличению интенсивности мультиспектральных изображений по сравнению с двойным АО-фильтром. Как следствие, в случае применения АО-фильтра, уменьшается порог измерений минимальной температуры, а так же уменьшается время экспонирования, что позволяет увеличить скорость съемки гиперспектральных изображений. В работе приведены экспериментальные данные для сравнения измерения распределения температуры в фокусе мощного лазера, полученные с использованием одиночного и двойного АО-фильтров.

1. Zinin P.V. // H. P. Res. 2019. P.1477-2299.
2. Мачихин А.С. // Приборы и Техника Эксперимента. 2017, №3. с.100-105.

P.A. Nikitin (НТЦ УП РАН (1), МГУ им. М.В. Ломоносова (2))
A review of non-polar liquids as materials for bulk acousto-optic devices operating with terahertz radiation

In this work, the acoustic and optical properties of various non-polar fluids transparent in the terahertz range are systematized. The acousto-optic (AO) figure of merit is calculated for the quasi-orthogonal and collinear geometry of the AO interaction. AO deflectors based on liquids is characterized by maximal number of resolvable spots, when the deflection angle is small (about 10 degrees) corresponding to quasi-orthogonal geometry of AO interaction. The bandpass of the AO filters based on liquids is minimal, when the diffracted radiation propagates toward to the incident radiation corresponding to the collinear geometry of the AO interaction. The optimal length of AO interaction maximizing diffraction efficiency and the sound frequency corresponding to the Bragg condition of phase matching are calculated. The cross-section of sound beam is assumed to have the following dementions: the optimal length of AO interaction and the diameter of beam of terahertz radiation. Parameters of AO deflectors and AO filters based on liquids are determined for the fist time. The optimal length of collinear AO interaction differs from the one of quasi-orthogonal AO interaction. The diagrams of the relationship between the resolution and the diffraction efficiency for the AO filter and between the maximum number of resolvable spots and the diffraction efficiency for the AO deflector for the considered liquids are given. It has been established that the greater resolution the higher diffraction efficiency, whereas the greater number of resolvable spots the lower diffraction efficiency.

О.В. Печинская (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Е.Д. Сангаджиева (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Визуализация области резко изображаемого пространства в системах с коррекцией Шаймпфлюга методами численного и физического моделирования

В современных оптических измерениях распространены стерео и томографические системы, регистрация изображения в которых осуществляется под некоторым не нулевым углом наблюдения. Примерами могут служить системы stereo- и tomoPIV. Оптические измерительные системы, в которых плоскость наведения не перпендикулярна оптической оси системы, для получения качественных изображений требуют соответствующей коррекции в плане установки плоскости объектива или матрицы фотоприёмника. Такая коррекция осуществляется в соответствии с принципом Шаймпфлюга [1]. При регистрации изображения наклонного предмета периферийная часть кадра выходит за пределы глубины резкости. Применение коррекции Шаймпфлюга позволяет расширить область резко изображаемого пространства по сравнению с изображениями, полученными без коррекции.
Для определения зависимости ширины области резко изображаемого пространства от угла поворота плоскости наведения и угла наклона матрицы приёмника в схеме с наклоном матрицы было выполнено моделирование в САПР Zemax и физическое моделирование измерительной ветви стереоскопической системы. Физическое моделирование было выполнено с использованием следующих компонентов: объектив Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1.8D; адаптер LaVision Scheimpflug mount version 3; видеокамера Видеоскан 285 USB. Расстояние наведения 1600 мм. Диапазон углов наблюдения от 0° до 60° с шагом 10°; диапазон углов наклона плоскости матрицы от 0° до 8° с шагом 1°.
Математическая и физическая модели позволяют получить распределения диаграмм пятен рассеяния и контраста по плоскости кадра, и, тем самым, визуализировать область резко изображаемого пространства.
1. Merklinger H.M. Focusing the View Camera. A Scientific Way to focus the View Camera and Estimate Depth of Field. Published by the author. V. 1.6.1. 30 July 2010/ ISBN 0-9695025-2-4. Режим доступа: www.trenholm.org/hmmerk/FVC161.pdf


К.М. Лапицкий (ФГБОУ ВО "Национальный иисследовательский университет "МЭИ")
Д.А. Пояцыка (ФГБОУ ВО "Национальный иисследовательский университет "МЭИ")
И.А. Лапицкая (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.Ю. Поройков (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Особенности лазерной диагностики газовых потоков в стеклянной толстостенной трубе

В статье рассматривается применение оптических градиентных методов к исследованию неоднородности потоков газа через толстостенный стеклянный цилиндр. Исследовано влияние неоднородной газовой среды и стенок цилиндра на процесс распространения лазерного излучения. Отработаны методы для описания рефракции лазерной плоскости для различных случаев её ориентации в пространстве в приближении геометрической оптики. Был проведён анализ смещения участков лазерной плоскости на экране после прохождения неоднородности. Проведены расчёты искажения формы лазерной плоскости при прохождении прозрачного полого цилиндра. Построены теоретические распределения участков лазерной плоскости на экране. Рассмотрены различные случаи ориентации лазерной плоскости в пространстве. Рассмотрено влияние оптически неоднородной среды на форму лазерной плоскости.
Исследование потоков жидкости и газа имеет большое практическое значение при проектировании систем транспортировки на большие расстояния. В частности, необходимо исследовать влияние градиента температуры, плотности, давления и других параметров на прочностные характеристики трубопровода.
Несмотря на то, что в большинстве случаев трубопроводы изготавливаются из непрозрачных материалов, необходимо провести тестовое исследование потока при распространении через трубопровод из прозрачного материала, например, стекла.
Оптические методы исследования неоднородных сред, по сравнению с другими методами измерения, обладают значительными определенными преимуществами. Такие Эти методы позволяют не вносить механические возмущения в исследуемую среду, обеспечивают дистанционность и возможность определения локальных характеристик неоднородного потока. К таким оптическим методам относятся, например, рефракционные градиентные методы, основанные на использовании оптического излучения некогерентных и когерентных источников света.
В данной работе исследованы характерные особенности распространения лазерной плоскости через полый стеклянный цилиндр, рассмотрены методы расчета рефракции ЛП для различных случаев прохождения ЛП через цилиндр. С помощью компьютерного моделирования были получены картины, характеризующие профиль ЛП после прохождения цилиндра при наличии однородной и неоднородной среды в его полости. Исследовано влияние не только неоднородной газовой среды, но и влияние стенок цилиндра на процесс распространения лазерного излучения.

В.И. Батшев (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский университет 'МЭИ', Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.В. Горевой (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.Д. Хохлов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Разработка серии сменных оптических насадок для видеоэндоскопа

Визуально-измерительный эндоскопический контроль является обязательной процедурой при производстве и эксплуатации различных технических объектов, таких как авиационные, ракетные или автомобильные двигатели, газовые турбины, теплообменнки. Одна из актуальных проблем в этой области заключается в отсутствии измерительных эндоскопов российского производства. Для ее решения нами разработана стереоскопическая оптическая система, формирующая два изображения объекта одном приемнике излучения, наблюдаемые с разных ракурсов. Совместная обработка этих изображений при учете необходимой калибровочной информации позволяет восстановить трехмерные координаты каждой точки объекта. Конструктивно система состоит из съемной стереоскопической насадки и несъемного объектива. Создан и экспериментально исследован макет стереосистемы. Результаты исследования макета приведены в данном докладе.
Формирование стереоскопического изображения объекта и измерение его геометрических параметров является функцией, во многих случаях необходимой, но она не так часто используется при эндоскопическом контроле, как просто визуальный осмотр. В этой связи актуальной представляется задача расширения функциональных возможностей разработанного эндоскопа, для решения которой рассчитано несколько сменных оптических насадок, которые при их использовании совместно с несъемным объективом видеоэндоскопа обеспечивают различные его оптические характеристики. В частности, в докладе представлены результаты расчета оптических систем широкоугольных насадок прямого и бокового обзора. Насадка прямого обзора состоит из двух линз и обеспечивает поле зрения 90 градусов. В насадке бокового обзора использована призма для излома оптической оси и одиночная линза, обеспечивающая поле зрение системы в 50 градусов.

Н.Ю. Бокучава (ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова»)
Measurement of high-speed gas-droplet flow characteristics by pulse photography method

The subject of this work is the optical probe measurement system for measure of droplets parameters (size, velocity, movement direction) in high-speed two-phase flow.
System with dark-field lighting including two pulse lasers as light sources is used for droplets registration. Rays from lasers intersect at the angle of 120˚ and form a measurement volume. When a droplet crosses this volume, it refracts a part of light. Refracted rays pass through optical system and create two highlights on the sensor. Distance between two highlights is equal to the droplet diameter.
Series of several pulses are set for measure of droplets kinematic characteristics. Velocity and movement direction are determined from distance between two pairs of highlights, direction of highlights pairs sequence and knowledge about pulse parameters (pulse period and pulse duration). Translating droplet is registered as a track of several highlights pairs on a frame.
System for measurement of coarse droplets parameters in wet steam flow, based on described method, is developed. Main components of the system are the optical probe and PC with unique software. All electronics and optical components are positioned inside the optical probe head.
The system allows to determine the following parameters of droplets: size distribution (20 – 600 µм), velocity distribution (0,1 – 300 m/s), movement direction.
Optical probe is installed in the investigated environment – high-speed two-phase flow. Record parameters are controlled from a control PC.
Several pulse series are recorded on one frame. Such approach allows to obtain images of few droplets on a single frame, i.e. significantly reduce the amount of recorded data without losing information about droplets concentration.
The results of tests of the system in two-phase flow are presented in this work. The system is successfully operated as part of complex for investigation of two-phase flow parameters on model turbine.

И.М. Илюхин (Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет))
В.П. Кулеш (Центральный аэрогидродинамический институт)
Экспериментальная установка для локальных измерений высокочастотных пульсаций плотности в газовых средах

В задачах аэротермодинамики важную роль играет ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на поверхности обтекаемого тела. При сверхзвуковых скоростях определяющее влияние на сценарий и местоположение перехода оказывают завихренность и акустические возмущения в набегающем потоке. Измерение возмущений с помощью контактных методов (термоанемометры, пьезоэлектрические датчики давления) влияет на течение, требует дренажа модели и не позволяет разрешить частоты выше 1 МГц. Оптические интегральные методы измерений (шлирен-интерферометры, теневые интерферометры) лишены этих недостатков, однако не позволяют проводить локальные измерения пульсаций вблизи поверхности модели. Так как полученный с их помощью сигнал является относительным, а не абсолютным, не удается выполнять количественные сравнения результатов эксперимента с теорией. Все эти недостатки ограничивают использование данных методов для диагностики высокочастотных возмущений набегающего потока в сверхзвуковых аэродинамических трубах (АДТ).
В докладе представлена схема макета фокусированного лазерного дифференциального интерферометра, собранного в НИО-7 ЦАГИ. Упомянуты работы зарубежных авторов, которым удалось измерить возмущения в аэродинамических трубах с помощью данной установки. Преимуществами указанного экспериментального метода являются: относительная простота установки, высокая разрешающая способность по частоте (выше 1 МГц), низкая чувствительность к турбулентным сдвиговым слоям на поверхности оптических окон АДТ и одновременно высокая чувствительность к возмущениям в небольшой (0.1 мм, 0.1 мм, 10 мм) измерительной области. Измеряемый с помощью осциллографа сигнал соответствует пульсациям плотности, причём для его пересчёта не требуется тарировка. Так же в докладе сообщается о проведённых лабораторных экспериментах и анализе полученных результатов. Обсуждены основные источники ошибок и приведены рекомендации по их устранению. Рассмотрены вопросы установки данного интерферометра для измерений пульсаций в ударной гиперзвуковой трубе.

Методами теории информации исследованы предельные погрешности оценок параметров поляризации излучения в устройствах оптической диагностики потоков. Полученные данные позволяют оценить эффективность использования поляризационных элементов в схемах оптической анемометрии в условиях аддитивно-мультипликативного шума.

В.И. Смирнов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Г.М. Янина (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Параметрическая идентификация сигнала лазерного оптоволоконного датчика турбулентности

Методом численного моделирования исследована метрологическая эффективность различных способов обработки сигналов лазерных оптоволоконных датчиков турбулентности. Приведен пример использования метода параметрической идентификации для оценки статистических моментов турбулентных пульсаций скорости в струе жидкости.

В.И. Батшев (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский университет 'МЭИ', Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.А. Блохин (ООО "Цифровая медицина")
А.С. Белов (ООО "Цифровая медицина")
Светодиодный осветитель модульной конструкции для флуоресцентных и спектроскопических исследований в микроскопии

Для исследования некоторых типов микрообъектов с помощью микроскопа зачастую недостаточно получить их изображение. Существуют различные методы повышения информативности исследований. В частности, для исследования биологических объектов используют технику фазового контрастирования, флуоресцентную и спектральную визуализацию и другие методы. Для спектральной визуализации необходим либо перестраиваемый по длине волны источник излучения, либо видеоспектрометр, анализирующий спектральный состав излучения, отраженного каждой точкой объекта. Для возбуждения флуоресценции в исследуемом объекте на него необходимо направить узкополосное коротковолновое оптическое излучение. Обычно такое излучение формируется с помощью сфетофильтра, вырезающего часть спектра излучения широкополосного источника. Более универсальным является специализированный источник, формирующий излучение в нескольких узких спектральных диапазонах. Такой источник состоит из нескольких светодиодов, излучающих одновременно. Недостатком существующих в настоящее время источников подобного типа является отсутствие возможности плавного и независимого регулирования интенсивностью излучения каждого светодиода в отдельности как в ручном, так и в автоматизированном режиме. Для устранения указанных недостатков нами разработан светодиодный осветитель модульной конструкции, предназначенный для использования в микроскопии отраженного света. Объединение излучения от светодиодов с различными длинами волн происходит с помощью дихроичных зеркал, отражающих коротковолновое и пропускающего длинноволновое излучение. Границы диапазонов отражения дихроичных зеркал подобраны в соответствии выбранными длинами волн светодиодов: 385 нм, 440 нм, 530 нм. Блок источника излучения представляет собой блок дихроичного зеркала, к корпусу которого может быть присоединено два светодиода, либо один светодиод и аналогичный по конструкции блок дихроичного зеркала. Это позволяет одновременно использовать сколь угодно много светодиодов. Таким образом реализован модульный принцип разработанной конструкции. Каждый светодиод подключается к единому блоку управления, позволяющему управлять мощностью излучения каждого светодиода в отдельности. Блок управления соединен с персональным компьютером, что делает осветитель программируемым устройством.

Ф.А. Журавель (ФГБУН Институт автоматики и электрометрии СО РАН)
Э.Г. Косцов (ФГБУН Институт автоматики и электрометрии СО РАН)
А.И. Скурлатов (ФГБУН Институт автоматики и электрометрии СО РАН)
А.М. Щербаченко (ФГБУН Институт автоматики и электрометрии СО РАН)
Методика измерения перемещений подвижных элементов NEMS

Одной из важнейших задач развития нано- электромеханических систем (NEMS) является разработка высокочувствительных методов измерения линейных перемещений подвижных элементов этих систем в нанометровом диапазоне с амплитудой менее длины волны света с разрешением менее одного нанометра и создание на их основе нового поколения высокоточных средств измерения перемещений. Решение этой задачи связано с разработкой и внедрением в практику линейных измерений методов и средств лазерной интерферометрии-фазометрии, опирающихся на фундаментальные константы и эталоны физических величин.
Этот метод был использован при создании лазерной оптико-электронной системы для бесконтактного измерения наноперемещений подвижных элементов NEMS. Основу системы составляет гетеродинный интерферометр со стабилизированным по частоте He-Ne лазером и акустооптическим модулятором лазерного излучения. Описывается методика измерения наноперемещений подвижных элементов NEMS заключающаяся в том, что процесс измерения величины перемещения и скорости ПЭ разбит на два этапа: предварительной корректировки полученных цифровых значений квадратурных электрических сигналов и последующего измерения перемещения.
Предварительная обработка данных квадратурных сигналов позволяет исключить погрешности, связанные с неравенством их амплитуд, присутствием постоянных составляющих в этих сигналах и их временным дрейфом, а также отклонением сдвига фаз квадратурных сигналов от 90 градусов. На втором этапе по скорректированным значениям квадратурных сигналов процессор производит вычисление величины перемещения подвижного элемента NEMS
Экспериментальные исследования созданной системы показали, что использование гетеродинного лазерного интерферометра со стабилизированным по частоте He-Ne лазером и предварительная корректировка оцифрованных значений сигналов интерферометра дают возможность свести дискретность измерения местоположения ПЭ NEMS до величины менее 0.6 долей нанометра.

Для оценки временной нестабильности томографа было исследовано изменение во времени фазового изображения шарика из диоксида кремния диаметром 5 мкм и показателем преломления 1,46757. Шарики были помещены в иммерсионную жидкость – с показателем преломления 1,46526. Эксперимент заключался в получении дифференциальных фазовых изображений с интервалом 1,5 минут в течении 30 минут.
Для восстановления оптической разности хода (далее по тексту - ОРХ) использовалась следующая последовательность действий: восстановление фазы методом Харихарана-Швайдера по 5 интерферограммам, «сшивка» фазы методом быстрой двумерной сшивки фазы, основанной на сортировке по достоверности непрерывно следующих участков, перевод из радиан в мкм, вычитание клина методом наименьших квадратов, вычитание заранее записанного файла оптических аберраций.
Значение нестабильности выражается через разность между максимальным и минимальным значениями измеряемой величины (в данной работе измерялась ОРХ) одного и того же объекта в разные промежутки времени. Для получения нестабильности в относительных единицах или процентах предлагается нормировать ее на максимальное значение диапазона измерений, полученного по всем фазовым изображениям.
Применялся следующий порядок вычисления нестабильности: определение среднего значения максимального разброса ОРХ по всем изображениям (максимальное значение ОРХ); построение в каждом пикселе зависимости изменения ОРХ во времени и нахождение разности между максимальным и минимальным значением ОРХ, после чего полученное значение делится на максимальное значение ОРХ и строится карта нестабильности, по которой путём усреднения всех значений и находится величина, являющуюся средней временной нестабильностью.

Ю.В. Анищенко (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
Е.Ю. Локтионов (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
Визуализация лазерного инициирования бутан-воздушных горючих смесей

Лазерно-стимулированное горение топливовоздушных смесей является чрезвычайно перспективной технологией для таких приложений, как авиационные двигатели, поршневые двигатели, прямоточные сверх- и гиперзвуковые двигатели. Лазерно-индуцированные волны горения появляются быстрее и более стабильны, чем волны от электрической свечи. Также лазерное излучение обладает большей гибкостью с точки зрения положения зажигания в камере сгорания. Лазерное зажигание происходит в результате пробоя в газе, образования плазмы и ударной волны, вслед за которой возникает быстро протекающая химическая реакция, которая сопровождается выделением тепла и пламенем. Для эффективного использования данной технологии поджига, необходимо изучить процессы развития ядра горения и динамику ударных волн в различных условиях внутри камеры сгорания при воздействии лазерного излучения на горючую смесь.
С использованием Шлирен- метода в данной работе исследована динамика развития ядра горения и распространения ударной волны при лазерном абляционном инициировании и инициировании в объеме камеры сгорания бутан-воздушных топливных смесей (p~ 1–3 бар) с различными коэффициентами избытка воздуха (α~ 0,7–1,3). Для зажигания использовался Nd: YAG-лазер с длиной волны 1064 нм и длительностью импульса 12 нс. Экспериментально определены скорости распространения фронта ударной волны, динамика роста давления на стенке цилиндра и границы ядра горения. Проанализировано появление нескольких очагов зажигания при повышении давления в камере сгорания, а также влияние коэффициента избытка воздуха на размеры ядра горения и ударной волны.

А.Ю. Поройков (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.А. Сурков (Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет))
С.В. Лебедев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Д.В. Ульянов (Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет))
Ю.В. Иванова (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Разработка летной лаборатории для исследования деформации аэродинамических поверхностей

В последнее время активно развивается одно из направлений в испытаниях летательных аппаратов - летные испытания, обеспечивающие возможность измерения различных параметров непосредственно в полете. Практическое внедрение такого подхода позволяет ускорить как разработку новых видов летательных аппаратов, так и проведение летных испытаний серийных образцов и ввод их в эксплуатацию.
Разработка методов, успешно применяемых в таких условиях, ведется международными консорциумами, в число которых входят ведущие производители авиационной техники. Одним из параметров, требующих проведения измерений в летных испытаниях, является деформация аэродинамических поверхностей летательного аппарата.
Измерения деформации аэродинамических поверхностей в работе выполнены с помощью метода корреляции фоновых изображений (МКФИ, в англоязычной литературе Image Pattern Correlation Technique – IPCT). Это современный оптический метод измерения деформаций, основанный на цифровой обработке изображений. Для измерения 3D деформаций требуется применение двух видеокамер. Использование данных о взаимном расположении двух камер позволит восстановить из двух двухмерных полей двухмерных векторов одно двухмерное поле трехмерных векторов, характеризующее 3D деформацию исследуемой поверхности. Алгоритмы, используемые в методе, базируются на алгоритмах метода анемометрии по изображению частиц (Particle Image Velocimetry).
В работе представлена разработка программно-аппаратной системы регистрации экспериментальных изображений на борту летательного аппарата. Система состоит из одноплатного компьютера, двух цифровых видеокамер для получения изображений деформируемых поверхностей, программного обеспечения для их автономной регистрации во время полета, дополнительных датчиков для регистрации параметров полета. Представлены результаты экспериментальных исследований по измерению деформации крыла летательного аппарата.

А.В. Крайский (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН)
Н.Н. Мельник (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН)
Спектры КРС межмолекулярных колебаний в воде и водных растворах и пространственная и спектральная неоднородность

Межмолекулярные колебания в водных растворах находятся в области частот до 350 см^-1. Разработана методика преобразования спектров КР для получения редуцированных спектров или спектров динамической восприимчивости (ДВ). Молекулы воды соединяются водородными связями. Связи в жидком состоянии нестабильны: рвутся и восстанавливаются. В спектре ДВ выделяются 2 горба, которые связаны с межмолекулярными колебаниями и аппроксимируются лоренцианами. Также в спектре КР в этом диапазоне имеется постоянный фон, названный нами люминесцентным. Наше усовершенствованное выражение для описания этих процессов с девятью спектральными подгоночными параметрами позволило хорошо аппроксимировать спектр до 320 см^-1. По концентрационным зависимостям спектральных параметров в растворах перекиси водорода удалось показать пространственную неоднородность сетки связей молекул воды вблизи молекулы перекиси.
Для обоих колебаний была обнаружена корреляция между шириной и частотой максимума. Зависимость имела вид близкий к линейной с отрицательным коэффициентом. Эту зависимость удалось объяснить на основе представлений о спектре свободного движения классического затухающего осциллятора. На основе этих представлений по параметрам линейной зависимости экспериментальных точек в координатах квадрат ширины – квадрат частоты было получено, что линии обоих лоренцианов неоднородно уширены не только в растворах перекиси, но и в воде и была количественно получена степень неоднородности, получена однородная ширина и собственная частота (СЧ) для обоих колебаний. Эти СЧ совпали с литературными данными по частотам ИК поглощения. Для воды для НЧ колебания СЧ составляет 49.9 см^-1(ИК - 50 см^-1), для ВЧ колебания СЧ - 184.6 см^-1 (ИК - 183.4 см^-1).
При достаточно большом количестве спектров было получено, что распределение точек в координатах квадрат ширины – квадрат частоты неоднородно: существуют области с большей и меньшей плотностью точек (состояний). В медицинском растворе хлорида натрия эффективные параметры и картина расположения точек изменяются.


В.С. Хоркин (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
В.Б. Волошинов (Московский государственноый университет им. М.В. Ломоносова)
М.С. Кузнецов (Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности)
К.А. Субботин (Институт Общей физики имени А.М. Прохорова РАН)
Анизотропное акустооптическое взаимодействие в видимом и инфракрасном диапазоне спектра в кубическом кристалле KRS-5

В последние годы возрос интерес к разработке акустооптических устройств, функционирующих в среднем и дальнем диапазоне спектра электромагнитных волн. Сложности с разработкой подобных устройств, в первую очередь, обусловлены отсутствием эффективных акустооптических материалов, прозрачных для электромагнитного излучения с длинами волн свыше 5 микрон. Монокристаллы KRS-5 являются твердыми растворами солей таллия, содержащими 42% соединения таллия и брома TlBr, а также 58% соединения таллия и йода TlI. Данный кристалл рассматривается в качестве перспективного материала для соответствующих применений в акустооптических модуляторах и дефлекторах. Известно, что кристаллы KRS-5 принадлежат к классу m3m кубических материалов, следовательно, являются оптически изотропными. Поэтому в кристаллах KRS-5 принципиально невозможно реализовать наиболее интересный, т.е. "анизотропный" вариант дифракции света на ультразвуке. Именно анизотропная дифракция наиболее успешно применяется в современных дефлекторах и перестраиваемых акустооптических фильтрах для управления световыми потоками. Для того, чтобы можно было наблюдать анизотропную дифракцию с поворотом плоскости поляризации дифрагированного света по отношению к поляризации падающего света, в кристалле KRS-5 была искусственно создана оптическая анизотропия. Для этого к кристаллу было приложено внешнее статическое давление, величина которого могла регулироваться. Абсолютные значения разницы показателей преломления, достигнутые в эксперименте, изменялись от нуля до величины Δn = 5•10-4.
Целью проведенного исследования был анализ оптических, акустических и акустооптических характеристик кристалла KRS-5. В эксперименте наблюдались картины Шефера-Бергмана, позволившие определить значения фазовых скоростей акустических волн в плоскости (001) материала. Также были измерены зависимости брэгговских углов падения света на ультразвук в изотропном кристалле, т.е. в отсутствие статического давления, а также в случае индуцированного двулучепреломления, полученного при приложении к кристаллу статического давления. Акустооптическое исследование проведено в случае продольных и сдвиговых акустических волн при освещении материала монохроматическим оптическим изучением на длинах волн 0.63 мкм, 0.8 мкм, 1.15 мкм и 3.39 мкм. Эксперименты подтвердили целесообразность иcследования кристаллов KRS-5 с целью применения в акустооптических приборах.



П.А. Носов (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Д.Е. Пискунов (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
В.И. Батшев (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский университет 'МЭИ', Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
В.О. Тигаев (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
А.А. Яблокова (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Лазерная оптическая система с линзой переменной оптической силы

Классические лазерные вариосистемы с переменными оптическими характеристиками состоят из нескольких оптических компонентов, которые перемещаются друг относительно друга по определённому закону. Например, для перемещения перетяжки лазерного гауссова пучка постоянного диаметра вдоль оптической оси необходимо по меньшей мере два подвижных компонента. В работе рассмотрена задача формирования однокомпонентной лазерной вариосистемой (ЛВС) перетяжки гауссова пучка постоянного диаметра на различных расстояниях от лазера с помощью подвижной линзы с изменяемой оптической силой. Изменение оптической силы линзы осуществляется за счёт изменения либо её формы, либо показателя преломления. Для этих целей используются жидкие оптические среды, поэтому в большинстве случаев под линзами с изменяемой оптической силой подразумевают именно жидкие линзы. На сегодняшний день известно несколько технологий реализации жидких линз. Две из них – на основе эффекта электросмачивания, в результате которого изменяется кривизна поверхности контакта двух несмешиваемых жидкостей, и на основе изменения кривизны эластичной мембраны, ограничивающей объём жидкости, – доведены до коммерческой реализации компаниями Varioptic и Optotune. Проведен габаритный и аберрационный синтез ЛВС с линзой переменной оптической силы. Применение такой линзы позволило сократить количество подвижных компонентов, при этом качество формируемого лазерного пучка не уступает классической двухкомпонентной ЛВС. ЛВС рассматриваемого функционала могут найти применение для манипулирования микрообъектами (оптический пинцет). Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-38-20155.

Н.А. Иванова (Тюменский государственный университет)
А.Ю. Зыков (Тюменский индустриальный университет)
Фототермокапиллярный метод обнаружения разрывов токоведущих дорожек печатных плат под защитным покрытием

Фототермокапиллярный (ФТК) метод [1-4] предложен для обнаружения разрывов медных дорожек печатной платы, покрытой 30 мкм защитной пленкой черного цапонлака, поглощающего излучение лазера накачки. Разрывы имитировали путем получения параллельных дорожек разной длины (от 2 до 64 мм) методом вытравливания в медном купоросе. Плату фиксировали на дюралюминиевом теплостоке. На высохшее покрытие наносили тонкий слой силиконового масла и создавали в нем ФТК прогиб путём теплового воздействия пучком лазера накачки. Пробный пучок лазера, отраженный от ФТК прогиба, формировал на экране ФТК сигнал – кольцевую интерференционную картину. Метод состоял в сканировании пучком лазера накачки дорожек по линии, перпендикулярной к ним и проходящей через их середины, и построении скан-профиля диаметра стационарного ФТК сигнала как функции координаты сканирования. В процессе сканирования образец перемещали микровинтом с шагом 100 мкм, длина сканирования 14 мм. Сканирование начинали в точке, ближайшей к дорожке 2 мм. Скан-профиль представлял собой последовательность максимумов и минимумов диаметра ФТК сигнала уменьшающихся с увеличение длины дорожки. Впадины на скан-профилях соответствовали положению пучка в центре дорожки, а вершины – положению пучка посередине между двумя соседними дорожками. Метод позволяет обнаруживать разрывы дорожек под лакокрасочным покрытием. Его преимущество состоит в том, что он прост в технической реализации и не требует специальных программ для обработки оптического сигнала.

1. Безуглый Б.А., Зыков А.Ю., Семенов С.В. Фототермокапиллярная диагностика приповерхностных дефектов в твердом теле под лакокрасочным покрытием. Дефектоскопия. 2008. 6, 26-30.
2. Безуглый Б.А., Зыков А.Ю., Семенов С.В. Фототермокапиллярный метод обнаружения инородных включений в твердом теле под лакокрасочным покрытием // Письма в ЖТФ. 2008. 34(17), 38–44.
3. Иванова Н.А., Зыков А.Ю. Фототермокапиллярный метод диагностики размеров подповерхностных теплопроводных включений в нетеплопроводном материале. // Оптические методы исследования потоков: Труды 14-й Межд. конф. М.: МЭИ, 2017. С. 213-221.
4. Zykov A.Yu., Ivanova N.A. Laser-induced thermocapillary convection in thin liquid layers: effect of thermal conductivity of substrates. Applied Physics B. 2017. 123(9), 2–7.

И.Ш. Хасанов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.К. Никитин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
В.В. Герасимов (Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН)
Повышение качества изображения методом фантомного видения в терагерцовом диапазоне при использовании лазера на свободных электронах

В методе фантомного видения (ghost imaging) формирование изображения объекта происходит путем объединения информации от двух коррелированных между собой пучков света: об изменениях интенсивности объектного пучка и об изменениях профиля холостого пучка. Пространственную модуляцию световых пучков в методе фантомного видения можно реализовать тремя основными способами: квантовым, классическим и алгоритмическим.
Квантовый способ использует корреляции чистых перепутанных состояний фотонов — бифотонов, создаваемых в процессе спонтанного параметрического рассеяния в нелинейном кристалле. Однако неосвоенность подобных кристаллов в ТГц диапазоне затрудняет реализацию квантового способа.
В классическом способе два пространственно кореллированных пучка создаются светоделителем. Для контроля распределения интенсивности в холостом плече используется камера, в объектном плече — однопиксельный приёмник. Как правило, однопиксельные приёмники являются более чувствительными по эквивалентной мощности шума, что позволяет увеличить контраст изображения по сравнению с многопиксельной камерой. Одним из условий получения фантомных изображений в классическом способе является наличие псевдотеплового источника с достаточной длиной когерентности. Поскольку в технике существует «терагерцовый провал», то таким источником в настоящее время является только лазер на свободных электронах (ЛСЭ).
При алгоритмическом способе реализации фантомного видения пучок контролируется с помощью пространственного модулятора, например матрицы микрозеркал, что позволяет отказаться от использования многопиксельной камеры. Данное свойство особенно важно для ТГц диапазона, где создание камер высокого разрешения путём увеличения числа пикселей на матрице затруднено, в то время как матрицы микрозеркал высокого разрешения широко доступны. Однако с повышением разрешения уменьшается световой поток, приходящийся на отдельный пиксель матрицы, что требует увеличения яркости источника. Наиболее мощным (100 Вт) источником ТГц излучения является Новосибирский ЛСЭ. Кроме того, реализация алгоритмического способа фантомного видения на ЛСЭ, благодаря его квазимонохроматичности и возможности перестройки по спектру, позволит получать гиперспектральные изображения высокого разрешения.
В докладе будут представлены экспериментальные схемы формирования фантомных изображений с использованием ТГц ЛСЭ; приведены ожидаемые оценки контраста изображений с учетом длины когерентности ЛСЭ и чувствительности приёмников (матрицы микроболометров и ячейки Голея).

А.Б. Богомолов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
П.В. Зинин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
С.А. Кулаков (Российский технологический университет "МИРЭА")
В.А. Кутвицкий (Российский технологический университет "МИРЭА")
М.Ф. Булатов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
И.Б. Кутуза (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Л.Н. Пунтус ( Института радиотехники и электроники РАН)
Получение частиц нитрида углерода на различных наноразмерных структурах с высоким квантовым выходом для фотоники

Большее интерес вызывает возможность использования g-C3N4 в устройствах фотоэлектроники, таких как излучатели света, фотокатоды, приемники оптического излучения и т.п. Исследования, проведённые в 2016 году, показали, что квантовый выход флуоресценции полых C3N4 нано-частиц сферической формы (s-C3N4) на два порядка выше квантового выхода интенсивности флуоресценции неупорядоченных графитоподобных частиц нитрида углерода (g-C3N4) [1]. Природа рекордных значений квантового выхода флуоресценции, достигающих 32% при возбуждении лазером с длиной волны 532 нм и 38% – лазером с длиной волны 633 нм, не известна и объяснялась резонансным рассеянием света сферическими нано-частицами нитрида углерод. Прогресс в исследовании влияния состава, нано- и атомной структуры g-C3N4 на их оптические свойства имеет фундаментальное значение для физики твердого тела и материаловедения.
В работах [2] были получены частицы графитоподобного нитрида углерода с высоким квантовым выходом. К недостаткам указанного метода является то, что в качестве исходного реагента использовался токсичный цианурохлорид и дорогостоящий нитрид лития. В предложенном методе получения нитрида углерода используется дешевый, экологичный и безопасный меламин. Суть метода заключается в помещении исходного реагента – меламина и выбранный наноразмерный адгерент в герметичный реактор, и выдерживание в нем в течение продолжительного отрезка времени при относительно низких температурах для данного процесса, так в работе (2) температура выше на 200-250 ° С и акцент делается на фотокаталическую активность, а не на люминесцентные свойства. В данной работе в качестве адгерента использовались сферические частицы SiO2 с размером частиц 5-15 нм, а также частицы TiO2 с размером 60-190 нм. Как показали исследования использование адгерента позволяет усилить свойство флуоресценции. Важной частью исследования полученного материала является измерение его квантового выхода, который сопоставим с результатами полученными в предыдущих работах.
1. Zinin, P.V., A.V. Ryabova, V.A. Davydov, V. Khabashesku, S. Boritko, et al., Anomalous fluorescence of the spherical carbon nitride nanostructures. Chemical Physics Letters (2015).
2. Zimmerman, J.L., R. Williams, V.N. Khabashesku, Preparation of sphere-shaped nanoscale carbon nitride polymer. Russian Chemical Bulletin.(2001).

А.О. Плисс (Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
В.А. Плетнева (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
И.А. Варфоломеев (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
Д.А. Коробков (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
И.В. Якимчук (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
Контроль многофазной насыщенности образцов горной породы методом рентгенографии

В докладе рассмотрена задача рентгеновского контроля фильтрационных процессов в образце горной породы с целью определения параметров насыщенности, скорости потока, а также непосредственного наблюдения процессов на микроуровне, происходящих внутри образца при многофазном течении.

Для данных целей была собрана установка, позволяющая проводить рентгенографические измерения многофазных фильтрационных процессов в керне при давлениях, имитирующих пластовые, и обеспечивающая пространственное разрешение до 2 мкм. Установка основана на системе для микротомографии SkyScan 1172 (Bruker MicroCT) с подключенным прецизионным насосом Quizix QX020 (Ametek), а также набором разделительных емкостей для подачи различных флюидов. Исследуемый образец помещается в томограф в специальном кернодержателе, выдерживающим всестороннее обжимное давление до 40 МПа. Давление порового флюида также может соответствовать реальному пластовому давлению, но должно быть меньше обжимного на величину более 2 МПа.

На данный момент успешно проведено несколько серий экспериментов на различных песчаниках с близкими значениями пористости (~25%), но отличающейся структурой пустотного пространства. В экспериментах осуществлялась последовательная закачка воды и модельной нефти до равновесного распределения флюидов.

По теневым рентгеновским изображениям было получено распределение флюидонасыщенности в керне с временным разрешением до нескольких секунд. Как и ожидалось, профили насыщенностей существенно отличались для образцов с разными характерными размерами пор. Крупнопористая структура характеризуется быстрым появлением доминирующего канала фильтрации по центру и последующим медленным вытеснением нефти из переферийных зон, в то время как в мелкопористом образце наблюдается более однородное вытеснение, близкое к поршневому, с охватом по всей ширине образца.

В работе будут подробно представлены технические характеристики измерительной системы и полученные на данный момент результаты.

К.Н. Проскуряков (Национальный исследовательский университет 'Московский энергетический институт')
А.В. Аникеев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
И.М. Афшар (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Компьютерное моделирование акустических стоячих волн в теплоносителе атомных электростанций

Отмечается, что на атомных электростанциях (АЭС) динамические взаимодействия теплоносителя с конструкциями относятся к числу главных факторов, определяющих динамические нагрузки на оборудование, его срок службы и надежность и что наиболее опасно резонансное взаимодействие вибраций оборудования с акустическими стоячими волнами (АСВ), возникающее в аварийных режимах. Указывается, на недопустимость исследования аварийных режимов на натурном объекте и соответственно на важность разработки адекватных им компьютерных моделей.
Анализ акустических систем с однофазными и двухфазными текучими средами базируется на теории распространения упругих волн в жидкостях и газах. В основу анализа положены уравнения состояния жидкости, уравнения движения, уравнение неразрывности и уравнение, выражающее закон сохранения энергии. Показано, что ввиду единства дифференциальных уравнений акустической и электрической систем исследование распространения объемного расхода одномерного пульсирующего потока сжимаемой однофазной или двухфазной текучей среды в акустической системе может быть заменено исследованием распространения электрического тока в линиях электрической связи. Приведена акустическая схема контура теплоносителя АЭС, образованная акустическими элементами с присущими им теплогидравлическими и геометрическими параметрами . Показано, что результаты расчетов частот АСВ подтверждаются данными измерений, проведенных на АЭС. Отмечается, что полученные математические модели достаточно просты и эффективны для определения акустических свойств сложных систем с несколькими степенями свободы и позволяют получать результаты расчетов с точностью, достаточной для решения ряда практических задач. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования возникновения вибрационно-акустических резонансов в оборудовании АЭС в эксплуатационных и аварийных условиях, а также при сейсмических и ударных воздействиях.
Ключевые слова: акустика, вибрация, резонанс, однофазные и двухфазные потоки, электрические линии.




А.В. Бухаров (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Определение параметров вынужденного капиллярного распада жидких струй

Для решения теплофизических проблем получения стабильных моно-дисперсных капельных потоков разработана методика автоматизированной прецизионной диагностики характеристик капельных потоков.
В основе методики лежит анализ изображений, получаемых от двух цифровых камер типа PCO-PixelFly фирмы «Pro.imaging», расположенных под углом девяносто градусов друг к другу и система подсветки, состоящая из двух строботахометров СТ МЭИ. Одна из камер фиксирует характеристики капельного потока в плоскости X, другая — в плоскости Y. Минимальное время запоминания составляет ~0,1 мкс. Благодаря короткому времени запоминания, связанному с синхронной работе камер и системы подсветки, струя и капли смещаются в пространстве незначительно, и изображение получается ярким и контрастным. Для выделения информации о капельных потоках, изображение от каждой плоскости подвергается специальной обработке, которая состоит из следующих этапов: контрастирование изображения, выделение замкнутых тёмных тел, идентификация выделенных тел и масштабирование. Результатом обработки является определение реальных пространственных характеристик капельных потоков.
С помощью специально разработанного программного обеспечения в режиме «on line» можно определять следующие характеристики: скорость струй, скорость капель, длину струй, диаметра струй и диаметр капель.
Тестирование на реальных капельных потоках подтвердило работоспособность и эффективность разработанной методики. Для струй длиной в несколько миллиметров относительная погрешность определения длины нераспавшейся части струи, скорости капель, размера капель, скорости струи не превосходит 0,5%.
Разработанные методика и программное обеспечение существенным образом расширяют возможности экспериментальных исследований струй и капельных потоков. Использование разработанной методики в дальнейших исследованиях капельных потоков позволит повысить точность и надёжность экспериментальных результатов.


А.В. Ведяшкина (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Б.С. Ринкевичюс (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
И.Н. Павлов (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
И.Л. Расковская (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.В. Толкачев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Оптико-электронный комплекс для количественной диагностики процессов тепло- и массообмена

Для дистанционной качественной и количественной диагностики процессов тепло- и массообмена в настоящее время хорошо себя зарекомендовали оптические рефракционные методы. Лазерные рефракционные методы позволяют исследовать поле показателя преломления, которое потом посредством косвенных измерений пересчитывается в искомое поле другой физической величины. Данная работа посвящена разработке и созданию оптико-электронного комплекса для определения параметров неоднородных конденсированных сред, принцип действия которого основан на методе каустик структурированного лазерного излучения. Описана методика определения параметров диффузионного слоя жидкости по положению каустических поверхностей при продольном зондировании плоским лазерным пучком. Представлено специальное программное обеспечение, позволяющее определять распределение показателя преломления в диффузионном слое жидкости путем сопоставления теоретически рассчитанных и экспериментальных рефрактограмм. Рассмотрены условия возникновения каустических поверхностей и показано изменение их координат в процессе увеличения толщины диффузионного слоя для различных значений градиента показателя преломления. Показаны результаты работы комплекса для различных характеристик неоднородностей. Представлен новый метод определения температуры поверхности холодного тела, помещенного в прозрачную жидкость, основанный на определении местоположения особых точек каустических поверхностей, возникающих при зондировании пограничного слоя горизонтальным элементом структурированного пучка. Положение особой точки каустики зависит от разности температуры поверхности тела и жидкости. Дополнительным достоинством указанного подхода определения температуры поверхности при практических измерениях является отсутствие необходимости задания параметрической модели среды. Результаты работы могут быть использованы при экспериментальном изучении и мониторинге неоднородных конденсированных сред, когда требуется обеспечить невозмущающий контроль полей концентрации, давления, температуры.

С.В. Веретенников (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
О.А. Евдокимов (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Визуализация и PIV-исследование формирования охлаждающей пленки при обтекании входной кромки сопловой лопатки ГТД

В авиационных ГТД сопловая лопатка первой ступени турбины высокого давления является наиболее теплонапряженной деталью. Локальная температура газа на выходе из камеры сгорания достигает на взлетном режиме 1800 К, в связи с чем в процессе работы нередко возникают прогары сопловых лопаток первой ступени ТВД вблизи входной кромки.
Одной из основных проблем организации эффективного охлаждения входных кромок сопловых лопаток первых ступеней газовых турбин является создание на поверхности лопатки устойчивой пленки охладителя, оттесняющей поток горячих газов от поверхности лопатки. В реальных условиях дискретного выдува охладителя через ряды отверстий, для предотвращения контакта потока высокотемпературных продуктов сгорания с поверхностью лопатки и её прогара, необходимо стремиться к смешению струй охладителя в пределах пограничного слоя и не допускать их глубокого проникновения в ядро основного потока.
По этой причине важным является организация выдува струй охладителя в основной поток в достаточно узком диапазоне соотношения импульсов отмеченных течений: от 0,8 до 1,5. При значении параметра выдува менее 0,8 расхода охладителя может быть недостаточно для организации эффективной завесы. При высоком значении параметра выдува, превышающем 1,5, струя охладителя отрывается от защищаемой поверхности и под неё устремляются горячие газы из основного потока. В этом случае пленочное охлаждение не выполняет своей функции, происходит непосредственный контакт продуктов сгорания с поверхностью лопатки, приводящий к прогару в этом месте.
Современные бесконтактные методы измерения, такие как PIV, позволяют в модельной постановке провести комплексное исследование структуры течения с определением полей скорости и визуализацией пленки на различных режимах по параметру выдува, а также выявить недостатки, присутствующие в геометрии исследуемых лопаток.
В рамках настоящей работы проведены измерения поля скорости вблизи поверхности лопатки, а также провизуализировано формирование пленки охладителя с дальнейшим определением ее толщины. На основе полученных данных выполнен анализ влияния геометрии перфорации поверхности лопатки на формирование конвективной пленки, даны рекомендации относительно более эффективного проектирования подобных систем охлаждения.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ №18-79-00180 «Теплофизика комбинированных реагирующих и импактных струйных течений».

А.А. Наумов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.В. Горевой (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.И. Батшев (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский университет 'МЭИ', Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
В.Э. Пожар (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Анализ качества изображения стереоскопических эндоскопических систем

Системы машинного зрения для контроля труднодоступных объектов широко используются на этапах производства, сборки и испытаний различных изделий в промышленности и медицине. С их помощью анализируют внешний вид объекта и контролируют его параметры. Используемая для этого видеоэндоскопическая аппаратура получила распространение как для наблюдения труднодоступных элементов различных объектов, так и для измерения их геометрических параметров. Эффективность ее применения в значительной степени определяется качеством получаемого изображения. Для определения пригодности видеоэндоскопической аппаратуры для решения конкретных задач необходима методика экспериментальной оценки качества эндоскопического изображения, основным показателем которого является модуляционная передаточная функция. Ее измерение в различных точках изображения и сравнение с расчетной, полученной при моделировании, позволяет оценить качество изготовления и сборки видеоэндоскопа. Решение данной задачи осложняется спецификой эндоскопических оптических систем, наличием шумов, встроенных алгоритмов обработки сигналов и прочих факторов, присущих реальной оптико-электронной системе. В настоящей работе описан алгоритм автоматического вычисления модуляционной передаточной функции по эндоскопическим изображениям тест-объекта. Он основан на обнаружении на этом изображении границ, вычислении и обработке пограничных кривых. Проанализировано влияние на работу алгоритма различных факторов: условий съемки, темнового и геометрического шума, усиления и др. Алгоритм апробирован на многочисленных изображениях, полученных с помощью видеоэндоскопов, в том числе с помощью измерительного зонда на основе разработанной призменно-линзовой оптической системы, формирующей два стереоскопических изображения наблюдаемого объекта на одном матричном приемнике излучения.

Е.П. Доморацкий (Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Московский институт электроники и математики)
Т.Н. Байбикова (Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Московский институт электроники и математики)
On Computer Modelling of Operations, Geometric Characteristics and Methods of Pulsed Optical Tomography of Nuclear Fuel Micro-Objects

The paper refers to the area of morphological processing of projection images and its goal is to design some computer models of basic operations, geometric properties and methods of pulsed optical tomography which provide a high-speed production operational control and sorting of each micro-objet (MO) of nuclear fuel in their flow according to their size and shape: image approximation of a three-dimensional MO and spatial geometric properties of its size and shape; generation operations of the pulsed discrete projection images of an MO and determination of the representative number and optimal view of images; operations of numerical determination of the optimal basic properties of each projection image; methods of dynamic reconstruction of spatial geometric properties of an MO based on the basic properties of its discrete projection images.
Based on the proposed computer models, a precision laser method of industrial differential control and quality control of MO flow of nuclear fuel was developed and experimentally tested. The method uses the statistical reconstruction of the size (D) and shape (K) of each micro-object and take into account the overall dimensions of the outlines of three mutually orthogonal two-dimensional pulsed discrete projection images of a micro-object.
The processing speed of this method is 100 MO/s in the diameter range of 400 – 1500 mkm. The relative error of an MO diameter control is no more than 0.25% (at the reliability of PD = 0.7 and K = 1.3 relative units), and the relative error of the non-sphericity coefficient control lies in the range of 2.3% (PK = 0.7 and K = 1.3 relative units) to 0.6% (PK = 0.96 and K = 1.05 relative units).

С.М. Неверов (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Применение гиперспектральной съемки для дистанционного газоанализа

Мониторинг утечек газа на промышленных объектах является актуальной задачей в связи с существующими угрозами аварийных ситуаций. Так как на промышленных предприятиях выброс некоторых газов может быть технологически обоснованным, а наличие других свидетельствует о нарушении технологического процесса и является признаком аварийной ситуации, то важным является не только обнаружение, но и классификация обнаруженных газов. Существующие аппаратно-программные комплексы не решают в полной мере задачи своевременного и достоверного определения пространственного распределения и концентрации утечек, что связано, прежде всего, с недостаточной чувствительностью, низкой скоростью обработки данных, невозможностью определения пространственного распределения газов и другими факторами. Видеоспектрометрия позволяет объединить анализ пространственных и спектральных свойств объектов. Сравнивая вычисленные в каждом пикселе спектры с известными из базы данных, возможно обнаружить, локализовать и определить химический состав газов, находящихся в поле зрения. Создание изображающего гиперспектрометра инфракрасного диапазона, в котором большинство газов имеют наиболее характерные линии поглощения, и обработка полученных с его помощью спектральных изображений позволили бы преодолеть данные ограничения и, как следствие, существенно увеличить уровень промышленной безопасности и уменьшить количество выбросов парниковых и отравляющих газов в атмосферу. Подобный аппаратно-программный комплекс для мультиспектрального мониторинга промышленных объектов будет востребован на многих промышленных объектах. В настоящей работе проанализированы существующие подходы к решению данной задачи. Предложен метод на основе одновременной регистрации и совместной обработки нескольких спектральных изображений. Приведены результаты моделирования оптической схемы прибора для реализации этого метода. Описаны алгоритмы его калибровки и обработки получаемых данных.

П.В. Чартий (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
А.Н. Солдатов (Научно-исследовательский Томский государственный университет)
Ш.А. Семенович (Научно-исследовательский Томский государственный университет)
С.И. Анатольевич (Новороссийский политехнический институт Кубанского государственного технологического университета)
Многоволновое лазерное зондирование индустриальных аэрозольных потоков в ближней ИК-области

Завершающим технологическим этапом производства минеральных порошков является механическая активация соответствующего материала в специальных мелющих агрегатах (мельницах). Сами мельницы во время работы должны аспирироваться проходящим сквозь неё потоком воздуха. Из уловленных частиц формируется сама порошковая продукция.
В настоящее время наибольшее распространение получили лабораторные методы оценки степени измельчения минеральных материалов, в том числе и лазерные.
Общий недостаток такой системы контроля заключается в том, что результаты измерений появляются через 1-2 часа после отбора пробы. Это ведёт к тому, что при неоптимальном помоле вся продукция, выпущенная за этот промежуток времени окажется некондиционной. Значения возможных концентраций и размеров частиц в потоках показали целесообразность выбора интегральных лазерных методов. При этом метод спектральной прозрачности, реализованный как минимум на основе двух длин волн показал свою наибольшую эффективность. Основные требования к выбираемым длинам волн лазерного излучения – охватить область возможного варьирования среднего объёмно-поверхностного диаметра (d32) частиц в сферическом приближении их формы.
Нами были выполнены статистические исследования функций распределения частиц по размерам в порошке цемента при его измельчении. Объём выборки составляет более 103 образцов цемента. В результате получены диапазоны варьирования d32 и выбраны границы значений волн для оптимальной реализации выбранного метода.
Минимальный границы диапазона выбранных длин волн составили от 1,5 до 5,0 мкм. При этом чем больше будет длин волн, тем больше получается точноcть решения обратной задачи лазерного зондирования. Применять несколько лазеров усложняет реализацию метода и повышает ее стоимость. Поэтому была поставлена задача выбора источника лазерного излучения. Таким требования в максимальной степени удовлетворяет лазер, работающий на парах стронция. Он позволяет осуществить устойчивую генерацию одновременно на 7 длинах волн ближней ИК-области в диапазоне от 1,03 до 6,45 мкм. Предлагается выбрать наиболее информативные контрольные точки в аэрозольных потоках, возникающих при помоле материала и осуществлять оценку дисперсности аэрозолей методом спектральной прозрачности на нескольких длинах волн. В результате определяются d32, а по их значениям восстанавливаются функции распределения частиц по размерам.


Н.Б. Маргарянц (Университет ИТМО)
М.А. Волынский (Университет ИТМО)
А.А. Камшилин (Университет ИТМО)
Исследование влияния локального нагрева кожи на параметры микроциркуляции крови методом пространственно-временной фотоплетизмографии

Микроциркуляция крови человека играет важную роль в процессе терморегуляции организма в целом. Известно, что у человека, находящегося в зоне температурного комфорта, поддержание постоянной температуры организма осуществляется за счет изменения кожного кровотока. Следовательно, динамика изменения параметров микроциркуляторного русла при внешних температурных воздействиях характеризует адаптационные механизмы терморегуляции. Проведены исследования влияния локального температурного воздействия (нагрева) на амплитуду пульсаций крови (АПК) и время распространения пульсовой волны (ВРПВ) методом пространственно-временной фотоплетизмографии (ФПГ).
В экспериментах приняло участие 19 добровольцев (возраст 22,3±6,9 лет). Испытуемый ложился на спину. В области лба и щеки прикреплялись термодатчики. Проводилась непрерывная регистрация последовательности изображений лица синхронно с записью изменения температуры тела и сигнала электрокардиограммы (ЭКГ). Первые 5 мин. регистрировались кадры для оценки базового уровня исследуемых параметров. Далее на лоб испытуемого накладывался прозрачный полиэтиленовый пакет с водой, нагретый до температуры 38-39˚С в водяном термостате. Видеозапись лица с наложенным пакетом проводилась в течение 6 мин. Далее пакет удалялся со лба, а видеозапись лица, ЭКГ и температуры кожи продолжалась ещё 5 мин. В среднем нагрев кожи составил 4-5˚С, при этом температура кожи на лбу достигала своего максимального значения через 60 с. после начала теплового воздействия. С помощью разработанной программы для совместной обработки видео-, термо- и ЭКГ-данных рассчитаны пространственные распределения АПК и ВРПВ как средней задержки минимума сигнала ФПГ относительно R-пика ЭКГ.
Исследование влияния локального нагрева на ВРПВ показало, что этот параметр в среднем увеличивается по сравнению с базовым уровнем на 193±55% при повышении локальной температуры в области контакта с тепловым компрессом и восстанавливается при прекращении температурного воздействия. Значение АПК резко возрастало при тепловом воздействии и достигало максимального значения в среднем через 60 с., но в отличие от ВРПВ плавно уменьшалось в период теплового воздействия. Вне области локального нагрева значения ВРПВ и АПК не изменялись за время эксперимента. Полученные результаты показывают возможность экспериментального исследования процессов терморегуляции и количественной оценки параметров микроциркуляции крови в области лица методом пространственно-временной ФПГ.

В.А. Арбузов (Институт теплофизики СО РАН, Институт математики СО РАН)
Э.В. Арбузов (Институт математики СО РАН)
В.С. Бердников (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Ю.Н. Дубнищев (Институт теплофизики СО РАН)
С.А. Кислицын (Новосибирский государственный технический университет)
О.С. Золотухина (Новосибирский государственный технический университет)
Исследование конвективных структур и фазового перехода, индуцированных в слое воды нестационарными граничными условиями

Методами гильберт-оптики и сдвиговой интерферометрии визуализированы процессы эволюции конвективных структур и фазового перехода в слое воды, ограниченном плоскими теплообменными поверхностями при нестационарных граничных условиях. Экспериментальные исследования были выполнены на диагностическом комплексе, реализованном на базе серийного теневого прибора ИАБ–463М, в котором применяется специально разработанный модуль гильберт-фильтрации, сопряжённый с источником освещения. Эксперименты проводились при вертикальном и при горизонтальном расположении охлаждающих поверхностей. Визуализирована эволюция структуры и образование стационарных конвективных течений, динамика фазового перехода при различных граничных условиях на стенках теплообменников. Выполнено численное моделирование конвективного процесса при граничных условиях, соответствующих данным экспериментов. Задачи рассмотрены в нестационарных постановках: начальная температура системы +20°С, правая вертикальная стенка линейно охлаждается до 0°С, левая вертикальная стенка линейно охлаждается до +8°С и до +4°С. В первом случае процесс охлаждения до указанных температур продолжается 2500с, а во втором – 4400с. Внешние поверхности горизонтальных стенок адиабатические. Рассчитаны поля градиентов температуры и скорости течения жидкости. Выполнена визуализация динамики изменения этих параметров. По рассчитанным температурным полям проведена численная реконструкция сдвиговых интерферограмм и гильбертограмм, их сравнение с изображениями, полученными в эксперименте. Выполнена визуализация динамики изменения численно смоделированных сдвиговых интерферограмм и гильбертограмм. Для решения обратной задачи гильберт-оптики-восстановления фазовой функции по гильбертограммам-предложен алгоритм, основанный на принципе локализации преобразования Фуко-Гильберта и построении псевдорешения с помощью полиномов Бернштейна. Применение данного алгоритма позволило реконструировать температурное поле в слое жидкости.

И.А. Матвеева (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
О.О. Мякинин (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
И.А. Братченко (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
Monte Carlo Raman spectra modelling of Malignant Melanoma cancer stages

The paper is concerned to Monte Carlo modelling of Raman scattering. Recent technical advances in Raman spectrometer hardware have paved the way for exploiting the Raman effects in clinical applications. Raman spectroscopy has shown great potential in noninvasive cancer screening. It is essential to have an accurate model for illustrating properties of Raman excitation and Raman photon escape process in order to facilitate the quantitative analysis of in vivo Raman spectra.
A two-step model of Raman scattering in a multi-layered tissue has been built in this paper. Calculation of excitation light distribution inside the model tissue is performed with Monte Carlo code from Wang and Jacques.
In the first step, the program simulates the propagation of the incident photons through the sample, which results in a distribution of the excitation photons within the sample. In the second step, Raman scattered photons are launched from each point where parent photons were absorbed in isotropically distributed directions. During the second step, the program is executed sequentially at each wavelength and the sum of all the photons captured by the detector is calculated.
A two-layer skin optical model has been built with optical transport parameters and Raman active components. Eight of the most relevant skin constitutes contributing to the spectral differences among different skin malignancies are used in this paper.
Monte Carlo simulation were performed to record Raman spectra of normal skin and skin with different stages of Malignant Melanoma (MM). Comparison of the reconstructed Raman spectra with the in vivo Raman spectra showed that they correlate reasonably well with each other.
The possibility of simulating both the Raman spectra of substances and the Raman spectra of individual vibrations (C=O or Amide I, for example) is being studied.

А.В. Терентьев (ОАО «НПО ЦКТИ»)
Fine droplets fraction measuring complex for steam turbine investigation

The investigation of the droplets size distribution in the wet steam flows is necessary for searching of ways of efficiency increase and turbines reliability developing.
Measuring complex for the investigation of the fine droplets fraction of the wet steam flow in a steam turbine is described.
Measuring complex includes:
1. Optical probes:
• Fixed probes;
• Movable probes;
2. Optoelectronic systems:
• Multicolor system;
• System based on a spectrometer ;
3. Traversing system;
4. Pneumatic system;
5. Temperature measuring system;
6. Software complex.
The heads of the probes was produced using 3D printing technology, which ensured their high hardness and small size. The probes are practically not sensitive to changes in flow angle in the range of ±30 degrees. The probe design allows changing the light extinction zone. The optical fibers ends are blown with clean air to protect against liquid films and dirty. The heads have built in thermocouples.
Measurements are based on the light extinction method and allow defining the following parameters: a mean droplets radius (r32), a volume concentration (Cv), a flow temperature and reestablish a droplets size distribution. This method is absolute and does not require a calibration.
Two types of the optoelectronic systems are used for the light extinction registration. The first system uses LEDs (up to 15 wavelengths), which light in turn and a photomultiplier. The second system is designed using light source and spectrometer produced by the Ocean Optics. This system measures the light extinction in the spectral range from 250 to 900 nm at 1000 wavelengths.
The software complex allows automating the measuring process. The traversing at 50 points of a blade height takes less than 10 minutes. The result of the measurements is obtained immediately after the end of the measuring cycle.
The system has a successful experience of routine operation on a model turbine. The system can be used for testing both on model and on full-scale turbine.

А.И. Гурьянов (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
О.А. Евдокимов (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
С.В. Веретенников (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
М.М. Гурьянова (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
К.Л. Калинина (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Совместное PIV/IPI исследование характеристик распыла форсунки имитации дождя для установки по сертификации авиационных двигателей

Перед эксплуатацией авиационный двигатель проходит ряд сертификационных испытаний. Современные сертификационные агентства, предъявляют высокие требования к летательным аппаратам гражданской авиации и газотурбинным двигателям для обеспечения надежности их работы.
Российские нормы летной годности дополнены в соответствии с зарубежными стандартами по сертификационным испытаниям авиационных двигателей и реализованы в АП – 33. В них ужесточены требования к проведению испытаний на попадание дождя в проточную часть ГТД, касающиеся имитации спектра распределения по размерам и значению среднего медианного диаметра капель. Это требует модернизации материальной базы и опытных стендов для проведения сертификационных испытаний серийных двигателей.
Ключевая проблема выполнения этих требований состоит в отсутствии отработанных конструкций форсунок для имитации атмосферного дождя с учетом мелкости и дисперсности капельного потока. Множество исследований процесса распыла и реализующих его конструкций форсунок формируют условия многократного дробления струй жидкости на полидисперсные факела распыла для достижения определённой мелкости капель в спектре. Обеспечение условий сертификации на земных режимах («малый газ» и «взлет»), где капли находятся в невозмущенном атмосферном пространстве, напротив предполагает решение задачи о формировании макрокапельного потока со значением медианного диаметра 2,66 мм, что исключает дробление. Для решения этой задачи ранее сконструирована форсунка, формирующая спектр капель с медианой 2,66 мм. Для сертификации на критическом режиме работы двигателя на высоте 6100 м со скоростью полета М = 0,8 необходимо генерировать капли размером порядка 500 микрон. Одна и та же форсунка не позволяет выполнить испытания на обоих режимах. Поэтому необходима разработка и исследование новой форсунки, предназначенной для формирования облака с мелкими каплями.
Для решения проблемы выполнен комплекс экспериментальных исследований распада струй жидкости на капельный поток из центробежной форсунки для критического режима. С помощью методов PIV и IPI исследованы характеристики потока и дана количественная оценка его параметров. В результате получены поля скоростей, распределение капель по размеру с медианным диаметром, расходная характеристика, равномерность распределения капель по сечению.

О.О. Мякинин (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
Ю.А. Христофорова (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
И.А. Братченко (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
А.А. Морятов (Самарский государственный медицинский университет)
С.В. Козлов (Самарский государственный медицинский университет)
В.П. Захаров (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
Multimodal in vivo skin cancer optical biopsy based on spectroscopy and imaging techniques

A multimodal method for skin cancer diagnosis based on Dermatoscopy image analysis (DS), Hyperspectral Imaging (HSI), Raman/Autofluorescense analysis (RS/AF) is presented.
At the first stage, a specialized oncologist, PhD in Medical sciences with 16-year of practical experience, explored each patient. The oncologist determined a provisional diagnosis of the studied skin neoplasm on the basis of visual examination. Then, we performed in vivo clinical study of the skin using optical methods.
To register DS images of the neoplasms multichannel dermatoscopy tool was used. Based on a Basler acA1920-25uc camera (RGB, 12 bit/px, 1920*1080), it has a resolution of ~13 μm/px on the surface of the skin. The device body has been designed and, then, printed on a 3D printer. Tissue lighting is carried out by white LED: 4 x LEDs FM-5630WDS-460W-R80 (39 lm, 4000 K) (two polarized and two unpolarized LEDs).
The spectroscopic system that combined principles of RS and AF in the near infrared region includes thermally stabilized LML-785.0RB-04 diode laser module (785±0.1 nm central wavelength), InPhotonics optical Raman probe, QE65 Pro portable spectrometer, excitation and collection optical fibers and PC. Spectra registration using QE65 Pro setup was carried out in the 780−1000 nm region with the spectral resolution of 0.2 nm, cooling down to −15 °C.
To register hyperspectral images, we used a HSI camera designed in Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation of the Russian Academy of Sciences (Moscow, Russia). It is possible to obtain image in the range 440-750 nm with sufficiently high spectral resolution (δλ = 2.5 nm at λ = 633 nm) and spatial resolution of 0.14 mm.
More than 300 patients of Samara Regional Clinical Oncology Dispensary were involved in this clinical study. The diagnostic accuracy more than 96% (depended from tissue type) has been demonstrated for the joint optical analysis.

А.С. Шмыгалев (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
А.С. Корсаков (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
Б.П. Жилкин (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
А. Тураби (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
Infrared fiber based on AgCl-AgBr and AgBr-TlI crystals to transfer thermal radiation in pulsed mode

The temperature of a heated body can be measured using the properties of optical fibers based on solid solutions of silver halides and monovalent thallium (AgBr-TlI and AgCl-AgBr) to receive and transmit radiation from heated bodies to sensors. Since in most applications infrared fiber receive radiation from bodies whose temperature is higher than the ambient temperature, in the establishment of thermal equilibrium, part of the transmitted wave energy is lost. These losses are especially critical in the case of IR optical fibers for noncontact temperature measurement, since they can cause significant errors due to parasitic radiation from a source, receiver noise, thermal properties of fiber material. It should be noted that the radiation power of real heated bodies is very small. Thus, for example, energy luminosity of the body heated to 100 °C will be in the range 10^-3 - 10^-4 (W· m^-2). Thus, the presence of even minor errors significantly complicates the signal processing. When using amplifiers of an optical signal, there is also an increase in noise, which in turn substantially increases the errors.
One of the options for reducing errors and increasing the incoming signal can be the use of a pulsed mode of transferring thermal energy. This mode is used in laser technology, however, the laser beam has a much higher power and radiation density, therefore, the influence of the thermophysical properties of the material is small, in contrast to low-power radiation. In this connection, it becomes necessary to estimate the parameters of the pulsed mode at low input signal power from bodies emitting in the middle infrared wavelength range. In this paper, we are given a study to identify a transmission opportunity of thermal radiation in pulsed and continuous modes through the IR optical fiber based on AgBr-TlI and AgCl-AgBr crystal systems.

В.А. Арбузов (Институт теплофизики СО РАН, Институт математики СО РАН)
Э.В. Арбузов (Институт математики СО РАН)
Ю.Н. Дубнищев (Институт теплофизики СО РАН)
О.С. Золотухина (Новосибирский государственный технический университет)
В.В. Лукашов (Институт теплофизики СО РАН)
Восстановление поля температуры в предварительно перемешанном пропано- воздушном пламени методами гильберт - оптики

Струйное пламя предварительно- перемешанных пропано- воздушных смесей имеет широкий спектр применения в различных устройствах. Рассматриваемая система остаётся одним из наиболее распространённых объектов при исследовании горения гомогенных смесей. Полезным свойством такой системы при восстановлении поля температуры методами гильберт - оптики является то, что постоянную Гладстона – Дейла и молекулярную массу газовой среды можно с приемлемой точностью положить равными соответствующим характеристикам воздуха. Это расширяет возможности оптической диагностики горения пропано-воздушных смесей с возможностью реконструкции фазовых структур и температурных полей. Обсуждается исследование пламени методами гильберт-оптики. Адаптированная к изучению проблем горения диагностика основана на визуализации фазовых возмущений, индуцированных в зондирующем световом поле исследуемой средой, путём использования полихроматических преобразований Гильберта и Фуко–Гильберта в сочетании с попиксельной обработкой динамической структуры регистрируемых изображений. Диагностический комплекс реализован на основе серийного прибора ИАБ–463М с модифицированными узлами оптической фильтрации и обработки информации. Визуализирована динамическая фазовая структура процесса диффузионного горения пропано-воздушного пламени. В реперных точках горящей струи с помощью термопар были измерены значения температуры. На осесимметричных участках по полученным гильбертограммам восстановлена фазовая функция и с помощью обратного преобразования Абеля реконструировано температурное поле пламени. Выявлено влияние на динамическую структуру и эволюцию факела со стороны локальных турбулентных возмущений. Обсуждается возможность использования полученных результатов для разработки методов контроля и эффективного управления структурой пламени.

А.В. Павлов (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Ю.Ю. Протасов (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
В.Д. Телех (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Т.С. Щепанюк (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
Лазерная голографическая интерферометрия приповерхностных паро-плазменных потоков при испарении конденсированных веществ широкополосным, высокояркостным электромагнитным излучением УФ-ВУФ диапазона спектра

В докладе представлены результаты исследований динамики и макроструктуры приповерхностных паро-плазменных потоков, возникающих при испарении конденсированных веществ (КВ) в поле широкополосного излучения УФ-ВУФ диапазона спектра. В качестве источника излучения использовался разряд магнитоплазменного компрессора (МПК) эрозионного типа в газе. Исследуемые мишени (30х50 мм, толщиной 3–14 мм) устанавливались параллельно оси МПК в ближней зоне разряда на расстоянии 45 мм от оси до поверхности мишени и около 10 мм от среза МПК до ближнего края мишени. В качестве референтной мишени использовался фторопласт установленный внизу, что бы исключить загрязнение исследуемых образцов продуктами его абляции.
Оптическая диагностика осуществлялась по шлирен-схеме Теплера в режиме светового поля и методом двух экспозиционной голографической интерферометрии. Двухэкспозиционная голографическая интерферометрия реализована на базе твердотельного Nd:YAG лазера (Solar LQ-115, 532 нм). Пространственное разрешение диагностической установки определялось разрешением оптической системы и системой регистрации (от 100 мкм для цифровой камеры и менее 50 мкм для фотопленки), а временное (10 нс) – длительностью лазерного импульса. Минимальный регистрируемый поперечный градиент концентрации составлял для электронов 10^18 см^-4, для атомов неона – 2•10^19 см^-4. Для интерферометрии диапазон измерения квазистационарных (относительно изменения за время экспозиции) распределений электронных концентраций, был ограничен снизу регистрируемым сдвигом полос, а сверху – наложением полос и составлял 10^17 – 2•10^20 см^-3.
Интерферограммы позволили определить распределение термодинамических параметров плазмы и провести анализ энергетического баланса на мишени. Анализ показывает, что основная доля энергии уходит в тепловую волну (свыше 60%), отраженная энергия около 20%. Показано, что при воздействии мощного широкополосного УФ-ВУФ излучения (> 1 МВт/см^2) на КВ реализуется режим газодинамического испарения (режим плазменного поршня): есть ударная волна в газе, контактная граница между ударносжатым газом и плазмой паров. В плазме паров наблюдалась волна фотоионизации. Максимальная температура в парах достигается не у контактной границы (со стороны источника излучения), а внутри «плазменного поршня».
Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России (13.6918.2017/8.9) с использованием оборудования УНУ «Пучок-М».

А.А. Кандауров (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
Д.А. Сергеев (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
М.И. Вдовин (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН)
Ю.И. Троицкая (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН)
Исследование характеристик пены на поверхности воды оптическими методами при лабораторном моделировании ветро-волнового взаимодействия

Пена образующаяся на водной поверхности является одним из важнейших факторов, определяющих ветро-волновое взаимодействие. Как показывают натурные измерения, параметры пенного покрытия в значительной степени влияют на обмен импульсом и теплом. При этом данные характеризуются низкой точностью и сильным разбросом. Для детального исследования влияния пены на процессы обмена при ветро-волновом взаимодействии выполнялись эксперименты в рамках лабораторного моделирования на Ветро-волновом термостратифицированном бассейне ИПФ РАН. В экспериментах использовался специальный пеногенератор с возможностью регулировки для создания искусственного пенного покрытия. Важнейшей задачей в ходе измерений явился контроль характеристик пенного покрытия в рабочей секции канала (6.5 м от начала), наряду с основными измерениями параметров воздушного потока и волнения. Для этого была разработана специальная оптическая система визуализации пены на поверхности воды с использованием теневого метода. Поверхность подсвечивается снизу через матовый экран подводным матричным светодиодным светильником. Вид сверху на водную поверхность снимается цифровой камерой.
Доля площади поверхности, покрытой пеной, вычислялась на основе подсчета пикселей, которые темнее порогового значения. Для исключения влияния шума и исходные изображения разбивались на области, в каждой из которых вычислялась средняя яркость. Из каждого кадра вычислялось фоновое изображение (полученное без ветра).Затем строилась общая для всех кадров гистограмма, т.е. распределение областей всех изображений по яркости. Для каждой гистограммы можно посчитать долю областей, имеющих яркость выше пороговой, которая естественно зависит от выбора порога. Для определения порога было использовано прямое вычисление площади пены с помощью полуавтоматической морфологической обработки изображений. Далее для каждой записи поверхности с пеной при одной скорости ветра был подобран порог относительной яркости таким образом, чтобы анализа по гистограммам, давал соответствующее значение, а затем это же значение порога было использовано для всех других скоростей ветра.
Также по изображениям были найдены распределения пузырьков пены по размеру. Из каждой записи выбирались несколько кадров, на которых задавались области, покрытые пеной, в которых после предварительной фильтрации произведен поиск всех окружностей двухэтапным преобразованием Хафа и найдено их распределение по радиусам.

А.Б. Бурлаков (МГУ им. М.В.Ломоновова)
В.Л. Доманский (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
С.А. Титов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Д.Д. Хохлов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Комплексная технология мультиспектральной оптической и акустической сканирующей микроскопии в исследовании влияния электромагнитных воздействий на раннее развитие биологических организмов.

Исследование влияния физических факторов на ранние стадии развития биологических организмов представляет значительный интерес. Особое внимание привлекает к себе влияние электромагнитного поля (ЭМП).
Детальное изучение этого влияния на динамику пространственных изменений биологических структур при различных спектральных характеристиках ЭМП требует использования генераторов ЭМП с предустановкой и динамической перестройкой его амплитудно-частотных параметров в ходе экспозиции. Для этого потребовалось создание специализированного прибора. Спроектирована его структура, разработано программное обеспечение, реализована электронная схема, проведены лабораторные технические испытания. Основное достоинство генератора – прецизионная установка выходного напряжения и его стабильность в широком диапазоне нагрузочного сопротивления. Мониторинг структурных изменений биологического организма на ранних стадиях развития потребовал разработки методики комбинированного применения мультиспектрального оптического микроскопа и акустического сканирующего микроскопа. Методика основана на периодической регистрации с высоким пространственным разрешением мультиспектральных оптических и акустических данных.
Визуализация внутренней структуры объекта, отображающая ее изменения под действием ЭМП, обеспечивает высокую чувствительность предложенного метода и информативность получаемых результатов.
На предварительном этапе работы проведены исследования ранних стадий динамики развития оплодотворенных икринок шпорцевой лягушки. Данный объект был выбран постольку, поскольку динамика перехода от одной стадии развития к другой у этого биологического вида достаточно высока, что позволяет проводить исследования в течение относительно короткого периода наблюдений. Вместе с тем обеспечивается возможность последовательной экспозиции ЭМП на нескольких образцах и дальнейшей регистрации наступающих изменений.
В докладе будут представлены характеристики генератора ЭМП, оптического и акустического микроскопов, а также результаты визуализации.


В настоящее время повсеместно применяются программные пакеты для математического моделирования потоков при разработке и проектировании эффективных и экологически безопасных камер сгорания и горелочных аппаратов. Расчет потоков с горением требует не только моделирования гидродинамической структуры течения с учетом локального тепловыделения и неоднородного поля плотности, но и подробного расчета десятков и сотен промежуточных химических реакций, происходящих в процессе горения в каждом узле расчетной сетки. Подобные усложнения моделей приводит к значительному увеличению требуемых вычислительных мощностей и времени расчета. Так же, следует отметить, что внедрение новых численных моделей невозможно без их тщательной верификации. Таким образом, использование экспериментальных методов исследования является более эффективным подходом (с точки зрения затрат времени и ресурсов) в случае турбулентных потоков с горением, нежели методы численного моделирования. В настоящее время существует несколько подходов, основанных на применении лазерного излучения, для измерения распределения температуры или плотности в системах с горением, основанных на использовании рассеяния Рэлея, спонтанного комбинационного рассеяния, лазерно-индуцированной флуоресценции, в основном радикала ОН, но также NO, или с добавлением трассерных молекул/атомов в качестве индикаторов температуры. Все эти методы имеют свои ограничения для применения в технических системах с горением, связанные, по крайней мере, с одним из следующих факторов: пространственное разрешение, размер измерительной области, давление, наличие частиц, токсичность и что часто недооценивается - стоимость применения. Настоящая работа выполнена с целью развития метода панорамной оптической диагностики неоднородности поля плотности и температуры в стратифицированных потоках на основе регистрации распределения интенсивности рассеяния Рэлея и спонтанного комбинационного рассеяния с использованием структурированного лазерного излучения. Реализация данного метода позволит повысить пространственное и временное разрешение измерительной системы. В рамках работы проведена серия измерений распределения плотности для случая истечения в атмосферу воздуха газовых струй различной плотности при постоянной температуре. Экспериментальные данные использованы для апробации алгоритмов реконструкции распределения сигнала. Так же проведен анализ влияния частоты пространственной модуляции лазерного излучения и пространственного разрешения регистрирующей системы на реконструкцию изображения.
Работа выполнена при поддержке РФФИ № 18-38-00924.

Д.А. Сергеев (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
А.А. Кандауров (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
Использование метода POD в экспериментах по моделированию конвективных потоков в кубической полости

Для верификации численных расчетов методами Computational fluid dynamics (CFD) при исследовании тепло-, гидрофизических процессов в различных практических приложениях, включая процессы в энергетических установках, используются результаты эталонных экспериментов, выполненные на специально разработанных бенчмарках. Одним из примеров таких исследований являются эксперименты по свободной конвекции в условиях вертикального градиента температуры в кубической полости. Для задачи проверки результатов численного моделирования наиболее важным является репрезентативное сравнение результатов численного расчета и экспериментальных данных. Сравнение мгновенных или усредненных параметров при моделировании потока не позволяет в достаточной степени проверить результаты численных расчетов. Для проверки можно сравнивать спектральные характеристики потоков в нескольких фиксированных точках, но тогда серьезной проблемой является правильный выбор положения этих точек. Выходом является использование метода Proper orthogonal decomposition (POD), который позволяет выделить основные пространственные характеристики потока и исследовать их спектральные характеристики. В настоящей работе выполнялись эксперименты в заполненном водой кубическом объеме со стороной 25 см с вертикальным градиентом температуры 20 градусов Цельсия, что соответствует числу Рэлея 4.4⋅10^9. Для измерений использовалась система PIV с непрерывной лазерной подсветкой. Для исследования измеренных последовательностей полей скоростей применялась методика POD. Показано, что более 95% кинетической энергии турбулентных колебаний определяется комбинацией первых трех мод. Таким образом, сравнение с результатами CFD целесообразно проводить по средним, а также по спектральным характеристикам этих мод.

Ю.С. Замула (Башкирский государственный университет)
О.А. Абрамова (Башкирский государственный университет)
Р.Р. Латыпова (Башкирский государственный университет)
Э.С. Батыршин (Башкирский государственный университет)
Ю.А. Питюк (Башкирский государственный университет)
Исследование многофазных течений в микроканалах с использованием модели порового дублета

Поровый дублет (pore doublet model), представляющий собой капилляр, разветвляющийся на два капилляра различного сечения, которые затем смыкаются обратно в один, является привлекательной модельной системой, позволяющей понять некоторые закономерности многофазных течений в пористых средах. Модель, первоначально предложенная для изучения свойств вытеснения нефти водой, в настоящее время привлекает внимание исследователей в области композитных материалов, микрофлюидных технологий, биологии и других.
В работе представлены результаты экспериментального изучения свойств одно- и многофазных течений в поровом дублете с использованием методов микрофлюидики и оптической микроскопии. Для этого было изготовлено микрофлюидное устройство (чип) с использованием стандартных методов мягкой литографии. Микрофлюидный чип был изготовлен из прозрачного полимерного материала и содержал в себе микроканалы, образующие поровый дублет. Кроме этого, для изучения многофазных потоков в микрофлюидном чипе был создан стандартный генератор капель и пузырьков в виде Т-образного пересечения каналов. Характерный поперечный размер микроканалов был порядка 100 мкм, а длина достигала нескольких миллиметров. Для визуализации структуры течений были использованы методы трассерной визуализации потоков. Видеорегистрация процессов производилась с помощью высокоскоростной камеры.
В результате исследования были получены характеристики однофазных течений при изменении соотношения поперечных размеров микроканалов. Свойства многофазных течений были изучены при течении жидкости, содержащей газовые пузырьки. Визуализированы потоки при прохождении пузырьков места разветвления и смыкания микроканалов, изучены свойства потоков при изменении размера пузырьков и скорости течения жидкости.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-38-20102.

В.С. Бердников (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
С.А. Кислицын (Новосибирский государственный технический университет)
А.В. Михайлов (Новосибирский государственный технический университет)
В.А. Гришков (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН )
Экспериментальные и численные исследования кристаллизации гептадекана на модели метода горизонтальной направленной кристаллизации

Численно и экспериментально исследован процесс кристаллизации расплава гептадекана в прямоугольных полостях. Процесс кристаллизации начинается после охлаждения одной из вертикальных стенок до температуры ниже температуры кристаллизации. В эксперименте проведены тепловизионные исследования нестационарных полей температуры на свободных поверхностях слоев гептадекана в процессе продвижения фронта кристаллизации. Проведена цифровая видеосъемка течения, визуализированного частичками – трассерами, расплава гептадекана. Видеосъемка проводилась высвеченной лазерным лучом плоскости толщиной не более 2мм. В результате компьютерной обработки видеофильмов получены поля скорости и формы фронтов кристаллизации в зависимости от времени. Для получения полей температуры для всей исследуемой области и дополнительной информации о полях скорости используется численное моделирование. Поставленная численная задача решалась в нестационарной двумерной сопряженной постановке в декартовых координатах с учетом теплоты кристаллизации и влияния термокапиллярного эффекта. Расчеты проведены методом конечных элементов с использованием адаптивной треугольной сетки. Треугольная сетка отслеживает положение фронта кристаллизации на каждом временном шаге и сгущается с обеих его сторон, а также в различной степени ко всем границам расчетной области. В результате комплексного моделирования получены поля скорости и температуры в жидкости, поля температуры в формирующемся кристалле, положения и формы фронтов кристаллизации в различные моменты времени. Исследовано влияние термокапиллярного эффекта на свободной верхней границе на гидродинамику и процессы теплообмена. Полученные численные результаты на качественном уровне совпадают с данными проведенного физического эксперимента. Полученные данные могут быть полезны при анализе процессов роста кристаллов методом горизонтальной направленной кристаллизации веществ.

Д.Л. Тытик (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук)
К.М. Булатов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.А. Быков (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
С.В. Широков (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.Ф. Гадзаов (Российский технологический университет (МИРЭА), Московский технологический институт)
В.И. Кузьмин (Российский технологический университет (МИРЭА), Московский технологический институт)
С.А. Бусев (Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН)
Кластерный анализ изображений лазерной дифракции от обратно мицеллярной системы в процессе химического синтеза наночастиц серебра.

Объект исследования модельная обратно мицеллярная система (ОМС) состава: Аэрозоль ОТ/изооктан/Qr/AgNO3/H2O, в которой происходит химический синтез наночастиц (НЧ) серебра. Проведен ряд оптических экспериментов высокого разрешения (спектрофотометрия, динамическое рассеяние света (ДРС), лазерная дифракция) и получены кинетические данные об изменении оптических свойств дисперсии в ходе синтеза НЧ серебра непосредственно в приборах (кварцевая кювета).
По прототипу [1] реализован модифицированный лабораторный макет открытой оптической системы с расходящимся лазерным лучом (гелий-неоновый лазер). Это позволило с помощью камеры высокого разрешения цифрового микроскопа зарегистрировать последовательность плоских изображений (Big Data) лазерной дифракции от ОМС в разные моменты химического синтеза НЧ серебра. Представлены результаты распознавания изображений (кластерный анализ по критерию) лазерной дифракции от ОМС в процессе ее эволюции.
Для модельной ОМС методом ДРС регистрировалась динамика размеров частиц дисперсии. Стадии химического синтеза НЧ серебра и степень завершенности реакции контролировались по спектрам оптического поглощения ОМС. По кинетическим данным (спектры оптического поглощения, ДРС) с использованием специальной метрики функционального анализа [2] определены почти периоды (квазипериоды, времена релаксации) для физико-химических процессов в процессе эволюции дисперсии.
Данные о динамике оптических свойств дисперсии, полученные независимыми оптическими методами (ДРС, спектрофотометрия) сопоставлены с результатами кластерного анализа изображений. Это позволило согласовать времена релаксации, регистрируемые в ОМС в ходе химического синтеза НЧ серебра, с протеканием в ней конкретных физико-химических процессов (формирование обратных мицелл (ОМ), конвекционные потоки, гидратация ОМ, агрегация/дезагрегация ОМ и ряд других).

Работа поддержана РФФИ грант № 19-03-00696 А.

Литература
1. Смирнов А.Н. Надмолекулярные комплексы воды: «эмулоны» // Физика живого, Т.18, № 2, 2010, С.23-33.
2. Кузьмин В.И., Тытик Д.Л., Гадзаов А.Ф., Абатуров М.А. Белащенко Д.К., Бусев С.А., Касаткин В.Э., Смолин А.В., Цетлин В.В. Дискретность и непрерывность в свойствах физико-химических систем / Под общей редакцией В.И.Кузьмина, Д.Л.Тытика, А.Ф.Гадзаова. М.: Наука, ФИЗМАТЛИТ 2014, 176 с.

Д.А. Сергеев (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
А.А. Кандауров (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
Ю.И. Троицкая (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН)
Detailed investigations of artificially induced on the water surface the bag-breakup events leading to spray generation in the wind flow

Sea sprays are typical element of the marine atmospheric boundary layer and important environmental effect. Difficulties of direct measurements in hurricane conditions and insufficient knowledge about the mechanisms leading to significant uncertainties in estimations of sea sprays influence on the marine atmospheric boundary layer. As was shown previously in the experiments carried out on the High-speed wind-wave flume of IAP RAS the main mechanism responsible for the generation of spume droplets is bag breakup fragmentation of small-scale disturbances that arise at the air–water interface under the strong wind. The spontaneous characterization of their occurrence on the water surface complicated detailed studies, and in this work we study the separate bag-breakup event that was forced to occur in special conditions. A special approach of forced generation of the separate bag-breakup event in a dried high-speed wind-wave flume with water reservoir installed under the working section was used.
To obtain information on the characteristics of the spray, high-speed shooting in shadowgraph configuration was used and special software was developed to identify the droplets on the images and track their trajectories based on the combination of PIV and reversed in time particle tracking, utilizing the fact of reducing density of droplets in the image over time starting from the moment of fragmentation. The data obtained by this method in combination with the statistics of the occurrence of "bags" will be used to construct the empirical function of spray generation.

А.Ю. Ильиных (Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН)
Классификация картин распределения вещества капли в жидкости

Методами фото- и высокоскоростной видеосъемки исследована эволюция картины распределения вещества свободно падающей капли по деформированной поверхности принимающей жидкости. Основное внимание уделено механизмам энерго- массопереноса при уничтожении свободных поверхностных и приповерхностных слоев, отличающихся значениями термодинамического потенциала Гиббса. Определены основные размерные и безразмерные параметры, а также временные и пространственные масштабы задачи. Опыты были выполнены в широком диапазоне размерных параметров для нескольких классов веществ, среди которых водные растворы ализариновых чернил, спиртов, солей, кислот, ПАВ, а также эмульсии, суспензии и масла (в том числе нефть) в различных концентрациях.
В результате экспериментов были отмечены следующие эффекты.
1. Водные растворы чернил и солей, а также эмульсии и суспензии, на поверхности каверны и венца распределяются не равномерно, а концентрируются в тонких волокнах, образующих ряды структурных уровней. При умеренных числах We и невязких жидкостях в верхнем ряду венца наблюдаются вертикальные волокна, в каверне распределение волокон усложняется и в ее центре линейчатый узор сменяется сетчатым: на дне каверны выражены треугольные, а также четырех- и пятиугольные ячейки.
2. Увеличение числа We (высоты падения капли) или Онезорге (увеличение относительной вязкости жидкостей) картина распределения изменяется – вещество капли перераспределяется в кольцевые структуры или, при вязких жидкостях, сохраняется в центральном пятне.
3. Добавление ПАВ в капельную жидкость увеличивает структурированность сетчатого рисунка.
4. Несмешивающиеся жидкости покрывают поверхность каверны более равномерно. Положение границы центрального пятна и характер финального растекания капельного вещества зависит от отношения коэффициентов поверхностного натяжения жидкостей и, в частности, от состояния поверхности принимающей жидкости: чистой, запыленной или покрытой тонкой нефтяной пленкой.
5. Для несмешивающихся жидкостей увеличение числа We выражается в разбиении первичной капли на ряды мелких брызг, образующих регулярную сетку на поверхности принимающей жидкости.

С.Г. Коновалов (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
О.А. Мельситов (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
О.О. Мякинин (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
А.А. Морятов (Самарский государственный медицинский университет)
С.В. Козлов (Самарский государственный медицинский университет)
И.А. Братченко (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
В.П. Захаров (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
Программно-аппаратный дерматоскопический комплекс для in vivo диагностики рака кожи

Дерматоскопия является одним из наиболее простых инструментальных диагностических методов. Принцип метода состоит в визуализации эпидермиса при многократном оптическом увеличении с последующим анализом набора признаков, характерных для пигментных новообразований, таких как пигментные штрихи, точки, «бело-голубая вуаль» и другие.
Цель работы – создание программно-аппаратного комплекса автоматической мультиканальной дерматоскопической диагностики. В опытном образце используются несколько светодиодов для подсветки исследуемого участка: 4 белых светодиода FM-5630WDS-460W-R80 (2 диода с поляризационным фильтром для визуализации более глубоких слоев кожи и 2 без фильтра), светодиоды ультрафиолетового диапазона LEUVA77V20RV00 фирмы LG Innotek (365 нм) для анализа автофлуоресценции кожи, а также три типа светодиодов видимого диапазона CREE XPCReD-L1-0000-00301, CREE XRCGRN-L1-0000-00N01 и CREE XREBLU-L1-0000-00K01 для визуализации участка кожи в красном (620 нм), зеленом (530 нм) и синем (470 нм) диапазонах соответственно.
Реализованный алгоритм проводит автоматическую классификацию новообразования по дерматоскопическим изображениям, сделанным с поляризованной белой подсветкой, используя цветотекстурные признаки.
Алгоритм состоит из следующих основных шагов:
1) предварительная обработка изображения;
2) обнаружение области новообразования – ROI (Region of Interest);
3) оценка цветовых и текстурных признаков (Haar Transform, LBP, цветовые гистограммы);
4) обучение классификатора методом SVM или помощью нейронных сетей на этапе обучения или использование классификатора на этапе принятия решения.
В рамках испытаний разработанного программно-аппаратного комплекса проводились две серии экспериментов по классификации новообразований: классификация меланом относительно всех остальных новообразований и классификация злокачественных новообразований относительно доброкачественных. База данных новообразований в каждом случае была разделена на два класса: для первого случая на классы меланом и немеланом (все остальные новообразования, кроме меланомы); для второго – класс злокачественных (меланома, базалиома, плоскоклеточный рак) и доброкачественных (всех остальных) новообразований.
При классификации наборов из 36 меланом и 37 прочих образований получены 83,3% чувствительности и 70,3% специфичности. При классификации 80 злокачественных и 80 доброкачественных новообразований получены 66,3% чувствительности и 61,3% специфичности. Классификатор на основе нейронных сетей повышает данные показатели на 5-10%.

Г.Н. Мартынов (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.Э. Пожар (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Влияние линейной частотной модуляции ультразвука на искажения спектральных изображений

В настоящее время бурно развиваются задачи гиперспектральной съемки, имеющие большое значение для прикладных исследований. Получение гиперспектральных изображений - фотографий объекта в разных спектральных каналах - требует использования спектральных узкополосных фильтров с возможностью перестройки. Такие фильтры на основе программно управляемой акустооптической ячейки, в которой ультразвуком создается динамическая брэгговская решетка для световых волн, эффективно используются в науке и технике. Однако в задачах, связанных с анализом изображений, как было показано ранее, проявляется и их недостаток - значительные искажения регистрируемых изображений.
Вместе с этим, в настоящее время в акустооптических фильтрах начинают использоваться линейно частотно-модулированные ультразвуковые волны с целью расширения полосы пропускания фильтра и увеличения его выходного сигнала, что особенно важно для задач гиперспектральной съемки, так как позволяет существенно сокращать время получения набора пространственно-спектральных изображений. Соответственно, возникает задача оценки качества передачи изображений через акустооптические фильтры, работающих в режиме линейной частотной модуляции ультразвука.
В докладе рассматриваются вопросы искажения изображений в системах на основе акустооптических фильтров, работающих в режиме линейной частотной модуляции ультразвука. Задача исследована с использованием ранее апробированного метода анализа искажений, применявшегося при анализе дифракции на одночастотном ультразвуке. Найдены зависимости, описывающие отклонения пучков в случае решетки с монотонно меняющимся шагом. Показано, что линейная частотная модуляция вызывает дополнительные искажения. Проведены оценки величины возникающих эффектов, выделены основные особенности этих искажений.  Рассмотрена связь искажений с симметрией акустооптических фильтров, обсуждается возможность их компенсации.

М.В. Волков (Университет ИТМО)
И.П. Гуров (Университет ИТМО)
Н.Б. Маргарянц (Университет ИТМО)
А.В. Потемкин (Университет ИТМО)
Метод компенсации локальных смещений изображений капилляров при оценивании параметров капиллярного кровотока.

Исследования параметров капиллярного кровотока имеют важное значение для диагностики многих социально-значимых заболеваний, таких как диабет, болезнь Рейно, псориаз, сердечно-сосудистые заболевания. При оценивании параметров капиллярного кровотока в коже человека используются неинвазивные оптические методы, такие как метод лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ), видеокапилляроскопии (ВКС) и фотоплетизмографии (ФПГ). Классические методы ЛДФ и ФПГ позволяют оценивать усредненные объемные параметры кровотока. При этом методы ЛДФ не обеспечивают двухмерную визуализацию и в ряде случаев для корректной расшифровки полученных данных требуется верификация с использованием других методов. Традиционный метод ВКС без дополнительных методов обработки позволяют анализировать только морфологию капилляров. При использовании регистрации и обработки с повышенным быстродействием набора видеокадров метод ВКС позволяет восстанавливать локальные параметры кровотока в отдельных капиллярах.
В работах [1,2] показано применение полнокадровых методов компенсации смещений изображений капилляров ногтевого ложа человека в видеокадрах, полученных методами ВКС при решении задачи оценивания скорости кровотока. В экспериментах с функциональными тестами, особенно при проведении окклюзионных проб, поверхность кожи может неравномерно смещаться и деформироваться. В таких случаях методы компенсации смещений на основе полнокадрового совмещения оказываются неэффективными. В работе рассмотрены особенности применения метода локальной компенсации смещений видеокадров при решении задач вычисления локальной ФПГ и определения скорости капиллярного кровотока. Экспериментальные исследования показали, что предложенный метод позволяет скомпенсировать неравномерные по полю смещения капилляров и выполнить точное совмещение изображений для различных видеокадров.
1. Karimov K.A., Volkov M.V. The phase correlation algorithm for stabilization of capillary blood flow video frames // Proc. SPIE - 2015, Vol. 9528, pp. 952810.
2. Gurov I.P., Volkov M.V., Margaryants N.B., Pimenov A., Potemkin A. High-speed video capillaroscopy method for imaging and evaluation of moving red blood cells // Optics and Lasers in Engineering - 2018, Vol.104, pp. 244-251.

А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Л.И. Бурмак (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
О.В. Польщикова (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.Г. Власова (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
В.Э. Пожар (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Акустооптическая перестройка широкополосного излучения для решения задач мультиспектральной низкокогерентной интерферометрии

Интерференционные методы исследования объектов находят широкое распространение при решении биомедицинских, промышленных и научных задач. Их выгодно отличают бесконтактность, высокая точность и скорость измерения. Наряду с интерференционными системами, использующими когерентное монохроматическое (лазерное) излучение, множество приложений требует применения схем низкой когерентности, использующих спектральную селекцию света в интерферометре. Это может быть необходимо для контрастной визуализации отдельных элементов объекта, имеющих определенные физико-химические свойства; для проведения спектральных измерений, то есть вычисления спектральных зависимостей характеристик объекта; для реализации режима оптической когерентной томографии с регистрацией в спектральной области и для других случаев.
Для перестройки рабочей длины волны интерферометра могут использоваться различные способы и спектральные элементы. В настоящей работе представлены новые методы измерения различных физических величин и схемы информационно-измерительных приборов, основанные на акустооптической спектральной фильтрации излучения в интерферометрах различных типов. С одной стороны, особые свойства акустооптических фильтров (отсутствие подвижных элементов, быстрое электронное управление, произвольная спектральная адресация, компактность и др.) открывают новые возможности для таких методов. С другой стороны, реализуемость этого подхода представляется неочевидной, поскольку, во-первых, фильтрация пучков не должна разрушить интерференционную картину, а во-вторых, угловой спектр каждого из пучков не должен исказиться, чтобы сохранить изображение исследуемого объекта. В докладе обсуждаются физические и технические особенности акустооптической фильтрации излучения в различных интерференционных схемах, в том числе дифракции пары интерферирующих пучков, переносящих изображения.

В.С. Корсаков (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
Е.А. Корсакова (ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ))
Л.В. Жукова (ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ))
А.А. Лашова (ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ))
И.А. Кашуба (ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ))
Spectral oil analyzer

The main impurities of oil are water and sulfur. In some cases, the water content reaches 100 vol. %, while the sulfur content may increase up to 14 vol. %. Their presence may lead to rapid break down of oil-production equipment and affect the quality of petroleum products. The online-detection of water and sulfur-containing substances in crude oil is a crucial task.
We developed a spectral oil analyzer, which implements the IR spectroscopic technique. This technique provides online recording of characteristic absorption peaks for water and sulfur-containing substances in oil in the wavelength range from 0.2 to 25.0 µm.
The application of fiber-optic delivery channels in industrial flow sensors allows qualitative and quantitative monitoring of the purification. There is a demand in such devices at oil-producing and oil-refining stations.
As identifiers, we used the most intense absorption peaks of water (λ – 1.45 μm, 1.95 μm, and 3.00 μm; 6.00 μm), oil (λ – 1.72 μm, 2.31 μm, and 3.41 μm), and sulfur-contained heterocycles (λ – 8.00 µm). The spectral analyzers comprise broadband radiation sources, flow cells, fiber-optic bundles, narrow-band optical filters, and photo-detectors.
For the delivery of a broadband optical signal, a fiber bundle was developed basing on silica fibers and polycrystalline fibers of silver and monovalent thallium halide solid solutions. The effective area and the diameter for each fiber type in the bundle were calculated taking into account the extinction coefficients and the total optical losses of the system. The simultaneous use of eight channels in the proposed set-up allows measuring the concentration of water and sulfur-containing compounds in oil in the range from 0.1 to 100.0 wt. %.

С.В. Иванова (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН)
Рассеяние лазерного луча в нелинейном кристалле в процессе фазовых переходов

Изучение нанодоменных структур в нелинейных кристаллах является актуальным благодаря их влиянию на свойства материалов. В наших предыдущих работах была обнаружена корреляция между температурным поведением упругого рассеяния света нелинейным кристаллом барий натриевого ниобата (BSN) при освещении лазерным лучом [1] и результатами структурных исследований этого кристалла [2,3]. Кристалл имеет сложную последовательность фазовых переходов и несоразмерных фаз при изменении температуры.
В работе были исследованы интенсивность упругого рассеяния лазерного луча и дифракционные картины в дальнем поле при разных температурах. Изменения на температурных кривых интенсивности упругого рассеяния и трансформация дифракционных картины в дальнем поле наблюдались в области структурного фазового перехода (300 С) и в области изменения нанодоменных структур (200, 250, 500 С). В области сегнетоэлектрического фазового перехода (550 С) в дальнем поле наблюдались кольца. На температурных кривых интенсивности упругого рассеяния луча в этой области обнаружены пики.
Кристалл барий натриевого ниобата (BSN) выращен методом Чохральского в МГУ [4]. Температурные изменения интенсивности упругого рассеяния и дифракционных картин в дальнем поле проводились в температурной области 20-600 С при освещении кристалла лазерным лучом (λ=514.5 нм). Образец с размерами 4х5х6 мм^3, ориентированный вдоль кристаллографических осей, помещался в печь. Лазерный луч распространялся в кристалле вдоль оптической оси или перпендикулярно к этой оси. Рассеянное излучение регистрировалось спектрометром ДФС-12 и на экране в дальнем поле на расстоянии 250 см от образца.
1. S.V. Ivanova , AASCIT Journal of Nanoscience 1(4), 39-42 (2015).
2 M. Kiat, G. Calvarin, and J. Schneck, Phys. Rev. B 49, 776-785 (1994).
3. Pan Xiao-qing, Hu Mei-shen, Yao Ming-hui, and Feng Duan, Phys. Stat. Sol. 92, 57-62 (1985)
4. Naumova and S.V. Ivanova, Soviet Physics – Lebedev Institute Reports, Allerton Press INC. 9, 30-33 (1988).

Д.А. Сергеев (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
А.А. Кандауров (Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
Исследования PIV-методами процессов генерации шумов гидродинамическими источниками при моделировании судовых ядерных энергетических установок.

Моделирование процессов шумоизлучения в турбулентных течениях теплоносителя в трубопроводах является актуальной и практически значимой задачей. Основной проблемой, разрешение которой ищется в данной работе, является понимание физики процессов и механизмов формирования внешнего звукового поля гидродинамическими шумами на примере элементов запорной арматуры в трубопроводах судовых ядерных энергетических установок.
Аэроакустический стенд состоит из модели проточной части запорной арматуры, подводящей и отводящей трубы диаметром, вентилятора, камеры глушителя. Использованный вариант модели базировался на максимально возможном упрощении области проточной части паровой арматуры с учетом обеспечения возможности одновременных измерений полей скорости PIV-методом и вибро-акустических характеристик (микрофонами). Основным качеством данного варианта являлось сохранение соотношение габаритных пропорций проточной части по сравнению с модельным объектом при упрощении ее конфигурации до. Была использована схема PIV-измерений с дымовой визуализацией, непрерывной лазерной подсветкой и высокоскоростной видеосъемкой. Исследования выполнялись при фиксированной скорости воздушного потока 30 м/с (на оси). Измерения PIV-методами продемонстрировали наличие в спектрах флуктуаций скорости потока выделенных частот в диапазоне 340-690 Гц, наличие которых и интенсивность зависит от расстояния зазора между трубами в модели. При этом пики в спектрах полностью совпадают с пиками в измеренных полях звукового давления. Эти результаты продемонстрировали, что наибольшую важность для объяснения физики процесса звучания объекта играют гидродинамические процессы протекающие в узкой кольцевой области в зазоре между трубами. Анализ видеоизображений продемонстрировал генерацию крупных вихрей, при срыве вихревой пелены, только при определенных параметрах зазора. Можно утверждать, что указанное циклическое движение вихрей приводит к циклическому изменению расхода воздуха протекающего через входные и выходные сечения камер. Описанное выше явление явным образом раскрывает причину влияния расстояния зазора на процесс шумоизлучения, поскольку оно и скорость потока явным образом определяют время за которое вихрь образуется и достигнет кромки выходной трубы, а значит и частоту гидродинамической неустойчивости. Очевидно, что данная частота гидродинамической неустойчивости при определенных условиях синхронизируется с другими резонансами системы, что порождает автоколебания и сопутствующее им акустическое излучение.

В.А. Арбузов (Институт теплофизики СО РАН, Институт математики СО РАН)
Э.В. Арбузов (Институт математики СО РАН)
В.С. Бердников (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
В.А. Гришков (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН )
О.О. Гусельникова (Новосибирский государственный технический университет)
С.А. Кислицын (Новосибирский государственный технический университет)
О.С. Золотухина (Новосибирский государственный технический университет)
Влияние сопряжённого конвективного теплообмена на процессы кристаллизации воды на горизонтальных границах прямоугольной полости

Исследовано влияние конвективных течений и сопряжённого теплообмена, индуцированных нестационарными граничными условиями в горизонтальном слое воды, на динамику фазового перехода при наличии инверсии плотности вблизи фронтов кристаллизации. Актуальность проблемы заключается в том, что на стенках при нестационарных условиях развиваются нестационарные пограничные слои, в которых существуют ламинарно-турбулентные переходы. На различных этапах исследований использовались методы гильберт-оптики и видеосъёмка в процессе охлаждения верхней или нижней границы. При видеосъёмке для визуализации в воду добавлялись полиамидные частицы-трассеры диаметром 20–40 мкм, а подсветка проводилась лазерной плоскостью. Сигнал цифровой камеры обрабатывался компьютером с помощью разработанного пакета программ, позволяющего получать количественные и статистические характеристики полей частиц. Измерение температуры в реперных точках выполнялось микротермопарными зондами. Выполнена реконструкция полей температуры с использованием оптического измерительного комплекса, исследовано формирование и эволюция конвективных структур вблизи фронта кристаллизации. Визуализированы поля оптической фазовой плотности на различных расстояниях от поверхности раздела жидкость – твёрдое тело с цветной кодировкой градиентов пространственного распределения коэффициента преломления. Выполнено численное моделирование исследуемых процессов методом конечных элементов с адаптивными неравномерными сетками при отслеживании фронта кристаллизации. В вычислениях использовались нерегулярные треугольные и прямоугольные сетки с линейными, билинейными и бикубическими базисными функциями. Использовались адаптивные сетки с различными сгущениями (например, к жёстким поверхностям), в том числе и динамическими сгущениями, меняющимися по ходу решения задачи, в зависимости от решения задачи. Например, сгущение к продвигающемуся фронту кристаллизации либо сгущение, зависящее от градиента скорости в жидкости либо газе.

Е.А. Савченко (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
О.А. Головань (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
Е.Н. Величко (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
Э.К. Непомнящая (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
Определение скорости кровотока с помощью анализа динамики лазерного спекл-поля

Мониторинг состояния микроциркуляторного русла человека является одной из важных проблем современной медицинской диагностики. Это связано с тем, что многие заболевания, такие как заболевания сеpдечно-сосудистой системы, атеросклероз, сахарный диабет, хpоническая венозная недостаточность и другие, вызывают изменения скорости микроциркуляторного кровотока, а своевременная диагностика данных заболеваний позволяет предотвратить развитие патологий. В настоящее время существует множество методов оценки состояния капиллярного русла, однако, к наиболее эффективным диагностическим методам определения основных параметров микроциркуляции относят метод динамического рассеяния света. Данный метод является неинвазивным, что является его значимым преимуществом, так как возможно диагностировать какие-либо изменения динамических параметров микроциркуляторного русла без нарушения целостности структуры биоткани. В основе предложенного метода лежит определение скорости потока за счет анализа спекл-картины, образующейся при многократном рассеянии лазерного излучения от неоднородной зондируемой области. В случае исследования скорости кровотока в микроциркуляторном русле спекл-поле формируется за счёт рассеяния когерентного излучения на движущихся биологических объектах – эритроцитах. В данной работе представлен макет измерительной установки, позволяющей производить анализ скорости капиллярного кровотока в лабораторных условиях, также произведён подбор оптимальных параметров схемы и выбор различных тестовых объектов, позволяющих смоделировать ситуацию, аналогичную прохождению эритроцитов по капиллярным петлям. Производится оценка применимости предлагаемой методики для контроля динамики кровотока в условиях развития патологий. Представлены предварительные результаты, полученные при вычислении скорости потоков при тестировании различных модельных объектов.

В.Э. Пожар (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
М.Ф. Булатов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.С. Мачихин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.А. Шахнов (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
Основные виды технической реализации акустооптических устройств

Устройства на акустооптических (АО) перестраиваемых фильтрах находят все более широкое применение в науке и технике, причем часто в новых задачах и в новом качестве. Поэтому представляет интерес анализ этих применений для прогнозирования перспектив и основных направлений развития акустооптической техники.
Акустооптические устройства используются на разном уровне интеграции: 1) как активные функциональные элементы оптики, акустики, высокочастотной техники (модуляторы, дефлекторы и частотосдвигатели лазерного излучения, перестраиваемые оптические фильтры, как узкополосные, так и с варьируемой полосой, а также многооконные, визуализаторы спектральных и фазовых распределений, спектроанализаторы радиосигналов и пр.); 2) как части приборов, выполняющих определенный набор функций, в том числе уникальных (спектрометры, видео-, гипер- и стереоспектрометры, дифференциальные спектрометры, спектрометры с временным разрешением и пр.); 3) как ключевые элементы специализированных систем для мониторинга окружающей среды (мобильные аппараты подводного, наземного, морского, воздушного и космического базирования, трассовые газоанализаторы и др.), для контроля технологических процессов. В третьем варианте использования к АО устройствам предъявляется дополнительный набор требований, в том числе по устойчивости к работе в различных, в том числе экстремальных условиях.
В настоящее время развитие получает еще один вид исполнения АО устройств – функциональные модули, которые предназначены для работы в составе классических, коммерчески выпускаемых приборов и придания им дополнительных функций (модули для микроскопов и эндоскопов), таких как возможность спектральной визуализации, выборочная спектральная адресация и т.п. Такие модули позволяют использовать имеющийся у пользователя прибор по новым назначениям без необходимости изменять или переюстировать прибор. Этот способ технической реализации находится в русле современных требований к элементам разрабатываемых комплексов, предусматривающих стандартизацию механических узлов крепления, коммутационных портов, протоколов обмена данными частей системы, что дает возможность замены такого модуля на эквивалентный или более современный.

Е.В. Шматко (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
М.А. Макашов (АО «НПК «СПП»)
Д.А. Макашов (АО «НПК «СПП»)
Контроль качества пространственно-энергетических характеристик оптических систем с помощью математического алгоритма

В настоящее время актуальной задачей космической отрасли является получение изображений, даваемых оптической системой, на которых влияние аберраций сведено к минимуму. Для ее решения, до ввода изделий в эксплуатацию проводятся испытания, на которых должны быть подтверждены расчетные значения основных параметров оптической системы, к которым относятся такие, как проницающая способность, пространственно-энергетические характеристики излучения на выходе из оптической системы, фокальный отрезок объектива и прочие.
Пространственно-энергетические параметры характеризуют распределение и количество энергии, приходящейся на определенную площадь матрицы штатного приемника излучения. Задача по определению концентрации энергии в световом пятне относительно малого размера достаточно часто встречается при оценке качества различных объективов.
В рамках данной работы исследование проводилось для широкопольного астрономического объектива Сова-5, технические характеристики которого представлены ниже:
* фокусное расстояние 99,83 мм;
* угловое поле зрения 40 °;
* относительное отверстие 1:2,05;
* диапазон рабочих длин волн 500–900 нм.
Основным критерием оценки качества данного объектива является концентрация энергии, приходящейся на кружок диаметром 24 мкм, значение которой должно быть не менее 80%.
Изображения, регистрируемые с помощью данного объектива, будут минимизированы от различных шумов, не искажая характера и границ полезного сигнала, что позволит сделать более качественную оценку параметра концентрации энергии.
Будут представлены полученные результаты расчета параметра концентрации энергии с помощью математического алгоритма, а также выдвинуты предложения по усовершенствованию алгоритма контроля качества объектива и использованию различных подходов к расчету данного параметра.

М.С. Семибратова (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Д.А. Макашов (АО «НПК «СПП»)
М.А. Макашов (АО «НПК «СПП»)
Исследование качества изображения дифракционной точки опытного образца объектива гида

В современном мире одной из основных проблем является загрязнение космического пространства, которое не только может помешать дальнейшему освоению космоса, но и нанести вред уже запущенным космическим аппаратам.
С целью предотвращения столкновений частей космического мусора с орбитальными космическими аппаратами и слежения за их траекторией реализуется программа по созданию квантово-оптических систем, а также оптико-электронных комплексов обзора космического пространства, расположение и количество которых в дальнейшем позволяет производить обзор всей небесной сферы.
В рамках данной работы особое внимание будет уделено проверке качества опытного образца объектива гида видимого диапазона (ВД), созданного в рамках Федеральной Космической Программы, и планирующегося установить на Лазерный Инфракрасный Комплекс (ЛИК), входящий в состав Наземной Оптико-Лазерной Станции (НОЛС) на территории Алтайского Оптико-Лазерного Центра им. Г.С. Титова (АОЛЦ).
В программном обеспечении ZEMAX было проведено моделирование объектива гида видимого диапазона – вспомогательного телескопа, работающего в видимом спектральном диапазоне, предназначенного для ведения телескопа за наблюдаемым объектом.
Основные конструктивные характеристики объектива гида ВД:
• Фокусное расстояние – 1250 мм;
• Диаметр входного зрачка – 250 мм;
• Интегральный коэффициент пропускания – 60 %;
• Относительное отверстие: 1:5.
После юстировки изготовленного образца на экспериментальной установке для контроля качества будет проведён сравнительный анализ результатов характеристик, таких как диаграмма пятна рассеяния, фокусное расстояние, а также распределение концентрации энергии, полученных экспериментальным путём с помощью установки и рассчитанных по итогам моделирования математической модели объектива гида ВД в среде ZEMAX.

Е.А. Бадеева (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Т.И. Мурашкина (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Е.А. Шачнева (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
А.Н. Кукушкин (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Installation for a research of an optical-mechanical system of fiber-optical sensors of parameters of liquid or air flows

Fiber-optical sensors of parameters of liquid or air flows with the fiber-optical converter of angular micromovements of bellows-sealed type are developed. For achievement of the improved metrological characteristics of these sensors it is necessary to define a type of function of transformation, range of change of a corner, design data of knot of an adjustment of optical fibers, the optical modulating element, distance between the general end face of optical fibers and the modulating element, distances of optical fibers between centers. For this purpose specialized metrological support is required.
For carrying out pilot studies of optical-mechanical systems of sensors the special measuring installation imitating impact of air or liquid flows on a sensor detector, consisting of the optical loss test set, the optical fiber cable, installation for simulation of parameters of flows is offered. The optical loss test set contains an infrared light emitting diode with an adjustable radiant power, information processing unit, the digital indicator and the power supply. Two photo diodes for providing the differential circuit of processing of two optical signals arriving from a measurement zone are provided in the scheme of a tester. By means of a micrometer screw power impact on the detector fixed in an upper part of installation is made.
Experimentally received results of dependence of value of photocurrent on angular movement are presented. Experimental data allowed to define optimum constructive process parameters of an optical system transformations of optical signals of sensors, necessary for obtaining the maximum sensitivity.




Ю.В. Мантрова (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
П.В. Зинин (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
К.М. Булатов (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
А.А. Быков (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Анализ распределения коэффициента излучения от температуры при лазерном нагреве образцов

Коэффициент излучения материала описывает способность поверхности материала излучать излучение на определенной длине волны по отношению к излучению абсолютно черного тела. Измерение излучательной способности при высоких температурах необходимо для понимания многих физических явлений, в том числе теплообмена в центре Земли, процессов в диффузионном пламени, получения солнечных элементов с низкой излучательной способностью, изоляции и экономии энергии зданий и т. д. Бесконтактные радиометрические методы основаны на сравнении поверхностного излучения исследуемых материалов с калибровочным источником (абсолютно чёрным телом) при одинаковых температурных, геометрических и спектральных условиях. Так как измерение коэффициента излучения тесно связано с измерением температуры, то и методы измерения различаются по способам нагрева образцов.
В данной работе предложен новый бесконтактный метод измерения распределения излучательной способности и температуры на поверхности твердого образца. Метод основан на использовании двойного акустооптического фильтра (tandem acousto-optical tunable filter или TAOТF), состоящего из двух сопряженных AO кристаллов, соединенных с видеокамерой высокого разрешения. Набор спектральных изображений, полученных при помощи TAOТF в диапазоне 650-750 нм, позволяет вычислить зависимость интенсивности излучения каждой точки нагретого объекта от длины волны. Распределение температуры и излучательной способности поверхности нагретого тела получается путем подгонки экспериментальной спектральной зависимости интенсивности излучения в каждой точке нагретого объекта к распределению Планка с использованием метода наименьших квадратов. В работе в качестве объекта с известным коэффициентом излучения была выбрана плоская вольфрамовая лампа. Во время нагрева лампы лазером измерялось распределение температура и коэффициента излучения на поверхности вольфрамовой лампы. Это позволило построить зависимость величины коэффициента излучения от температуры.
Была также дана процентная оценка зависимости погрешности измерения излучательной способности от погрешности измерения температуры в рамках метода наименьших квадратов.

С.В. Боритко (Научно-технологический центр Уникального приборостроения РАН)
А.В. Карандин (Научно-технологический центр Уникального приборостроения РАН)
Использование акустооптической дифракции при резком периодическом переключении фазы управляющего напряжения для регистрации производной оптического спектра

Одним из способов выявления тонкой структуры оптических спектров является метод дифференциальной спектроскопии. Однако, в обычной лабораторной практике, существует мало работ, направленных на развитие данного метода. Это связано с тем фактом, что искажения в производных спектров, вносимые различными процедурами их вычисления, могут приводить к неверной интерпретации результатов, а учет этого обстоятельства весьма усложняет процедуру вычислений и снижает достоверность получаемых результатов. Рассматриваемый в данной работе путь основан на применении не вычислительных методов, а методов связанных с непосредственным измерением производных спектра. В этом случае снимается проблема возможного искажения (или потери) спектральной информации при предварительном «сглаживании», выполняемом перед процедурой дифференцирования. В основе предлагаемого метода лежит дифракция электромагнитного излучения на акустической волне со скачкообразной фазовой манипуляцией, создаваемой периодическим переключением фазы управляющего электрического сигнала, подаваемого на преобразователь для возбуждения акустической волны. Дифракция на созданной такой акустической волной фазовой решетке может быть рассчитана как последовательная дифракция на отдельных участках решетки, имеющих фиксированную фазу. В НТЦ Уникального приборостроения РАН на базе коллинеарной акустооптической (АО) ячейки был создан макет спектрометра, позволяющего регистрировать производные оптических спектров. Макет состоит из АО спектрометра со скачкообразным переключением фазы и компьютера, который с помощью специализированной программы, обеспечивает управление параметрами и режимом работы спектрометра, контроль его состояния, а так же графическое отображение, обработку и сохранение данных. В качестве тестового эксперимента была произведена регистрация излучения неоновой лампы, имеющей линейчатый спектр. Оказалось, что созданный макет эффективно регистрирует как сам спектр оптического сигнала, так и его производную. При проведении исследований были выявлены различия "физической" производной, т.е. производной зафиксированной дифференциальным АО спектрометром и "математической", рассчитанной из частотной зависимости спектральной плотности. По нашему мнению различия, а именно, заужение "физической" производной и появление дополнительных экстремумов, связаны с видом аппаратной функции АО монохроматора. Однако, на вершинах спектральных пиков, т.е. в районах пересечения производных нулевой линии результаты совпадают, что позволяет использовать предложенную методику для достоверного выявления структуры сложных оптических спектров.

В.А. Паршин ( Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
В.В. Близнюк (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
О.А. Евтихиева (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Перспективы применения одномодовых лазерных модулей в оптико-электронных комплексах по рассеянию света

Явление рассеяния излучения в настоящий момент широко используется в таких областях науки, как экология, биология, медицина, химия, а также для изучения различных явлений в атмосфере Земли. Анализ свойств рассеянного излучения всегда требует индивидуального подхода к каждому конкретному случаю. Для корректного описания полученных экспериментальных результатов в исследовании рассеяния особенно важно детально знать свойства излучения самого источника: мощность и спектр излучения, диаграмму направленности и состояние поляризации. Известно, что последнее свойство значительно влияет на структуру рассеянного излучения – при наблюдении рассеяния p- и s-компоненты излучения источника при прочих равных условиях картина индикатрисы рассеянного излучения будет отличаться. Такое различие позволяет получить более полную информацию о характеристиках исследуемого вещества, что подчёркивает важность выбора источника с высокой степенью линейной поляризации его излучения.
В качестве источников излучения, в зависимости от задачи, используются светодиоды и различные типы лазеров. Когерентность и высокая поляризованность излучения последних позволяет им занимать свою нишу практически во всех научно-технических и прикладных задачах, связанных с изучением свойств рассеянного излучения. Особый интерес представляют одномодовые лазерные модули, чьи преимущества, прежде всего, связаны с их компактностью, энергоэффективностью и, относительно других типов лазеров, невысокой стоимостью. Кроме того, когерентность излучения одномодовых лазерных диодов (ЛД) по мере их совершенствования начинает достигать уровня твердотельных и волоконных лазеров, что даёт основание прогнозировать в дальнейшем всё более широкое использование одномодовых ЛД в составе оптико-электронных комплексов для изучения свойств рассеянного излучения.
Излучение одномодовых ЛД обладает высокой расходимостью. Данная особенность позволяет исследовать достаточно большую область пространства вблизи ЛД. Однако поляризационные свойства такого излучения на текущий момент детально не изучены, поэтому в данной работе уделено внимание именно им. Показано, что степень линейной поляризации в разных местах диаграммы направленности излучения ЛД может отличаться. Кроме того, по мере деградации ЛД поляризационная структура его излучения также меняется. Оба этих фактора позволяют оценить условия и возможности использования отдельно выбранной модели лазерного модуля в задачах по исследованию рассеяния.

Рентгеновские лазеры на свободных электронах (РЛСЭ) с длиной волны 1-10 нм и продолжительностью ~15 фс позволяют создавать голографические изображения нано-объектов за времена, сопоставимые с временами внутри-атомных движений. Укажем некоторые технические характеристики РЛСЭ, построенного в Гамбурге в 2017 г.
: длина 3.5 км, стоимость 1.5 миллиардов евро + дорогое обслуживание, длина волны в диапазоне 0.05 – 6 нм, продолжительность импульса ~ 100 фс, частота повторения 27000 импульсов/сек., распространенность – единственный в Европе.
Контрастное изображение нано-объекта достигается при условии, что в одном импульсе РЛ количество фотонов составляет более 10 в двенадцатой степени.
Исследования излучения плазмы, образованной в результате взаимодействия интенсивного лазерного луча с потоком кластеров ксенона, показали возможность достижения электронной температуры несколько КэВ при оптимальном размере кластеров. Наряду с этим разработаны методы контроля ионизационного баланса в плазме. Эти разработки, а также большое значение сечения возбуждения электронным ударом верхнего рабочего уровня в Xe8+ являются предпосылками для высоких значений коэффициентов усиления в оптимальных условиях плазмы. В таких условиях ионизация Xe8+ происходит за время << 1 пс, что обеспечивает возможность создания эффективного рентгеновского лазера (РЛ) с ультракоротким временем импульса излучения. В докладе предлагается модельный расчет коэффициентов усиления и энергетических выходов на переходе 4d5d [J=0] –4d5p [J=1] с длиной волны = 41.8 нм в плазме, образованной при взаимодействии фемтосекундного лазера накачки с потоком кластеров ксенона. Обсуждаются условия создания ультракороткого рентгеновского лазера с длительностью импульса ~300 фс и выходом > 10 в двенадцатой степени фотонов/сек. Обсуждается схема экспериментальной установки для наблюдения спектров излучения РЛ и измерения продолжительности времени излучения.
Технические характеристики предлагаемого РЛ: размер порядка одной комнаты, стоимость ~ миллион евро, для обслуживания достаточно несколько человек, длина волны 41.8 нм, частота повторения >100000 импульсов/сек, возможно создание многих установок.

А.С. Яскин (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
С.Т. Чиненов (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
В.В. Каляда (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
А.Е. Зарвин (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Эффективное сканирование сверхзвуковых струй разреженных газов

Фотографический метод является неотъемлемой частью множества экспериментов. Главным его преимуществом является прямая визуализация исследуемых физических процессов, позволяющая получать наглядные представления об изучаемом объекте. Помимо этого, обработка полученных изображений при правильном подходе позволяет рассчитывать физические параметры, определяемые условиями задачи.
Данная работа посвящена описанию созданной методики визуализации сверх-звуковых газовых струй, истекающих из сверхзвуковых сопел в разреженное пространство, при помощи современных приборных средств. Работа выполнена на экспериментальном газодинамическом стенде ЛЭМПУС-2 Новосибирского государственного университета [1]. Для подсветки сверхзвуковой струи использовался высоковольтный электронный пучок (ЭП), перпендикулярно пересекающий поток на фиксированном расстоянии от газового источника. Портативный ручной сканер устанавливался вне ка-меры расширения за фокусирующей линзой. Область струи, подсвеченная ЭП, посредством линзы и коллимирующей системы фокусировалась на линейку фотоприемников. При продольном или поперечном перемещении газового источника относительно ЭП считывались сегменты всей структуры струи. С помощью созданной программы обработки и построения распределений концентрации, полученные изображения сшивались в единое изображение. Полученные фотографии подвергались свертке, определяемой из скорости перемещения сопла и частоты кадров, регистрируемых сканером.
В работе использован ручной сканер iScan 900. Струя формировалась за счет адиабатического истечения газа через сверхзвуковое сопло. Диаметр ЭП с энергией электронов 10 кэВ и током около 25 мА составлял порядка 1 мм. Скорость перемещения сопла выбиралась из соотношения размеров изучаемой струи и частоты кадров, получаемых со сканера, и составляла, как правило, около 2 мм/сек.
Разработанная программа позволяет определять распределение плотностей в любом произвольном срезе струи, использование специальных светофильтров – расширить диапазон регистрируемых плотностей с двух до пяти порядков. В работе приводятся примеры визуализации одиночных и блочных струй, а также полученных распределений плотности.
1. Zarvin A.E., Kalyada V.V., et al. // IEEE TPS. 2017. V. 45. Issue 5. P. 819-827.

М.С. Геращенко (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Е.А. Бадеева (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Т.И. Мурашкина (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
С.И. Геращенко (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет)
Medical control of a pulse wave fiber-optical sensors

The modern level of development of systems of measurement, processing and data transmission promote creation of optical multiple parameter medical diagnostic systems. One of intensively developed directions is creation of fiber-optical information measuring systems.
Fiber-optical sensors are characterized by high sensitivity to mechanical oscillations of a surface of a body of the patient under power influence of a blood stream. This property creates prerequisites for design tiny, steady against hindrances, safe sensors of micromovements.
Their fixing on a body of the patient allows to reveal a number of the vital parameters characterizing normal and critical condition of the patient.
The developments of fiber optic sensors connected with determination of heart rate, breath, body temperature are known. Advanced developments of the similar sensors which are built in a bed or a medical chair, not demanding additional actions for training of the patient for monitoring.
The purpose of the real work is the research of application of a fiber lattice of Bragg for control of a pulse wave. The prospects of creation of systems of monitoring of a cardiovascular system with use of fiber-optical sensors are offered. Fixing of pulse waves on extremities of the patient allows to determine the haemo dynamic parameters characterizing a condition of heart and vessels.
For realization of a technique the multichannel hybrid fiber-optical system founded on the placing of a lattice of Bragg in PDMS polymer is offered. Sensors are located near arteries. Reading of information on pulsations of a surface of a body when passing a pulse wave, is carried out by the switch. The received signals are processed in a microprocessor system.
The offered monitoring systems of a status of patients on the basis of fiber optic sensors in medicine are very perspective.


А.С. Дмитриев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Д.Д. Бабенко (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Оптические методы исследования испарения капель на поверхностях графеновых нанокомпозитов

В работе представлены исследования в области теплофизики поверхностей функциональных термоинтерфейсных материалов (ТИМ) на основе графеновых нанокомпозитов [1,2]. Проведены измерения контактных углов и углов гистерезиса для различных нанокомпозитных материалов, включая нанокомпозиты на основе графеновых хлопьев, наночастиц оксида бора, наноалмазов, нитрида алюминия, а также гибридных нанокомпозитов с включением полимеров и микроскопических металлических микросфер. Проведено изучение оптическими методами, включая оптические наблюдения нестационарной динамики испарения капель различных жидкостей на поверхностях графеновых нанокомпозитов. Обработка оптических изображений позволила выявить особенности испарения капель на различных поверхностях в режимах постоянного контактного угла и постоянной контактной линии. Эти измерения важны для оптимизации процессов капельного испарительного охлаждения в электронных и оптоэлектронных устройствах. Получены также новые экспериментальные данные по изучению и анализу гидродинамических и теплофизических свойств различных термоинтерфейсных материалов, взаимодействующих с капельными потоками, включая эффект Лейденфроста.
Одна из основных целей работы – изучение свойств термоинтерфейсных материалов для интенсификации теплообмена и повышению эффективности систем охлаждения в микроэлектронике и сильноточной электронике. Физико-химические и термогидродинамические свойства такого рода поверхностей важны для более эффективного сброса тепла в системах охлаждения, использующих капельный метод охлаждения.
В работе содержатся методики, схемы экспериментальных установок и результаты исследований термоинтерфейсных материалов (ТИМ) и их свойств. В качестве рабочих жидкостей использовались: вода, изопропиловый спирт (ИПС), а также другие жидкости.
Работа поддержана Российским научным фондом (проект № 17-19-01757).

1. A. A. Dmitriev, A. S. Dmitriev, I. Mikhailova. New Nanocomposite Thermal Interface Materials Based on Graphene Flakes, Mesoscopic Microspheres and Polymers. MATEC Web of Conferences 207, 04002 (2018)
2. D. D. Babenko, A. S. Dmitriev, V. V. Mikhailov, I. A. Mikhailova. Physical features of Leidenfrost effect on the surface of a graphene nanocomposite for the problems of thermal and nuclear energy. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 447 (2018) 012044.

А.С. Дмитриев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Н.Е. Клюев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Оптическая визуализация процессов замораживание капель наножидкостей с графеновыми хлопьями

В данной работе приведены экспериментальные результаты по оптической визуализации и исследованию особенностей замораживания капель наножидкостей вода + графеновые нанохлопья на подложках из различных материалов. Графеновые хлопья изготовлены методом, описанным в [1], и представляли собой графеновые слои (3-5 слоев одноатомного по толщине графена, общей толщиной 3-5 нм) с поперечным размером 10-20 мкм. Особое внимание уделено влиянию ориентации подложек, углов наклона и объемной концентрации графеновых хлопьев на формирование морфологии замороженных капель.
В настоящее время интерес к фазовым превращениям в наножидкостях возрастает из-за возможностей их применения для формирования различных морфологических структур, в технологиях быстрого нанесения информации на носители, создания противообледенительных систем, а также для улучшения, например, качества льда на спортивных мероприятиях. Ранее исследования проводились на горизонтальных поверхностях с лежащими на них каплями чистой воды (например, [2]).
В экспериментах капли наноколлоидных растворов вода+графеновые нанохлопья различной концентрации замораживались на охлаждаемой сухим льдом алюминиевой подложке и с помощью измерительной системы Easy Drop компании Kruss, основанной на оптической записи динамики замораживания. Проводились измерения контактных углов, формы и морфологии капель в процессе замораживания. В частности, были обнаружены дендритные структуры, морфология которых зависит от целого ряда факторов – ориентации подложки, концентрации графеновых хлопьев и других факторов.
В работе представлена визуализации различных стадий замораживания, формирования кристаллов и дендритных структур. В настоящее время исследуются электрофизические и тепловые свойства образованных после замораживания структур, кинетика замораживание и влияние на него различных нанокомпонент, а также замораживание капель других наножидкостей.
Работа поддержана Российским научным фондом (проект № 17-19-01757).

1. A. A. Dmitriev, A. S. Dmitriev, I. Mikhailova. New Nanocomposite Thermal Interface Materials Based on Graphene Flakes, Mesoscopic Microspheres and Polymers. MATEC Web of Conferences 207, 04002 (2018)
2. Marín A., O. Enríquez R, P. Brunet et al. Universality of Tip Singularity Formation in Freezing Water Drops. Physical Review Letters. 2014, 113 (5): 054301.

Ю.В. Коростелева (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
О.О. Мякинин (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
Моделирование плазмонного резонанса наночастиц в биологической клетке

Золотые наночастицы с плазмонным резонансом являются перспективным объектом исследования в медицине, благодаря своим уникальным оптическим свойствам. Поверхностный плазмонный резонанс приводит к усилению падающего электрического поля вблизи наночастицы. Это приводит к возникновению целого класса вторичных явлений. Разработка модели взаимодействия плазмонно-резонансных наночастиц с лазерным излучением необходима для подбора параметров наночастиц, при котором будет достигнута максимальная эффективность гипертермии опухолевой клетки.
Целью данной работы является разработка моделей фрагментов биологических клеток с инвазией золотой наночастицы и функциональной возможностью имитации поверхностного плазмонного резонанса.
Распространение волны электрического поля определяется путем решения волнового уравнения Гельмгольца для полного электрического поля. Рассеяние электрического поля рассчитывалось как разность между полным и падающим электрическими полями, т.е. Escat = Etotal - Einc. Моделирование производилось в COMSOL Multiphysics 5.2, модуль Electromagnetic Waves, Frequency Domain. Оптические свойства наночастиц были заданы через комплексный показатель преломления.
Была разработана модель биологической клетки, для получения в ней поверхностного плазмонного резонанса золотых наносфер, нанокубов, наностержней.
Было проведено моделирование плазмонного резонанса нанофсер, нанокубов и наностержней различного размера в воде, а также в области клетки на границе ядра и цитоплазмы. Для всех типов наночастиц плазмонный резонанс анализировался в диапазоне длин волн 300-1100 нм.
Плазмонный резонанс наносфер в биологической клетке на длине волны 600 нм сильнее в цитоплазме, чем в ядре. С увеличением длины волны область усиления поля смещается в сторону ядра. Для золотых нанокубов наблюдались самые большие значения усиления нормированного электрического поля. Однако, область усиления, особенно, где усиление было максимальное, очень мала и расположена лишь на углах частицы. Наностержни имеют продольный плазмонный резонанс, длина волны которого зависит от отношения длины наностержня к его диаметру: чем больше это значение, тем на больших длинах волн наблюдается резонанс.

С.З. Сапожников (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
В.Ю. Митяков (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
В.В. Сероштанов (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
А.А. Гусаков (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
Совмещение PIV и градиентной теплометрии в исследовании течения и теплообмена вблизи круглого оребренного цилиндра

Течение и теплообмен моделей оребренного цилиндра с полым («идеальным») и сплошным кольцевым ребром исследованы методами PIV и градиентной теплометрии. В рабочую камеру аэродинамической трубы устанавливалась полая модель кругового цилиндра, обогреваемая насыщенным водяным паром при атмосферном давлении (100 °С). На цилиндре смонтированы пять кольцевых ребер высотой 20 мм и толщиной 10 мм. Расстояние между ребрами менялось в пределах от 5 до 20 мм. Среднее (рабочее) ребро для первой модели было полым, второе выполнено из титанового сплава ВТ 22, а остальные четыре - из органического стекла. Три градиентных датчиков теплового потока (ГДТП) выполненные на основе монокристаллического висмута с вольт-ваттной чувствительностью 10 мВ/Вт, устанавливались на «рабочем» ребре на различном удалении от образующей цилиндра. Цилиндр с ребрами проворачивался вокруг оси в пределах 0…180°. Совместив использование PIV диагностики и градиентной теплометрии позволило отследить сложную трехмерную структуру течения в межреберном зазоре и пульсации теплового потока на поверхности ребра. Удалось получить значения местной плотности теплового потока и местного коэффициента теплоотдачи (КТО). Выявлены зависимости безразмерного КТО от режима обтекания модели и межреберного зазор. Сравнение полученных характеристик для моделей с полым и сплошным ребрами позволило экспериментально определить коэффициент эффективности ребра при разных межрёберных зазорах и скоростях набегающего потока. Совмещение технологий открывает новые возможности в исследовании течения и конвективного теплообмена

С.З. Сапожников (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
В.Ю. Митяков (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого )
В.В. Субботина (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Исследование кипения недогретой воды методами высокоскоростной видеосъемки и градиентной теплометрии

Модели – цилиндр диаметром 25 мм и высотой 50 мм и шар диаметром 25 мм, выполненные из латуни Л68 и дюралюминия Д16 – первоначально нагретые до температуры близкой к 500 ˚С, погружались в воду с температурой 20 °С. На нижнем торце цилиндра и в нижней части шара установлены гетерогенные градиентные датчики теплового потока (ГГДТП) с размерами в плане 6×6 и 4×5 мм, соответственно. При прохождении через ГГДТП теплового потока возникает термоЭДС, пропорциональная вектору плотности теплового потока по модулю и нормальная ему по направлению (поперечный эффект Зеебека). Ввиду уникально низкой постоянной времени ГГДТП (1…10 нс) в ходе опытов впервые удалось совместить в режиме реального времени кадры высокоскоростной съемки и электрический сигнал, генерируемый ГГДТП. Оптическое исследование пленочного и пузырькового кипения выполнено при помощи высокоскоростной камеры Evercam 1000-4-C. Частота съемки в 1000 кадров в секунду и высокое разрешение (1280×860) позволили визуализировать кипение от появления и роста паровой пленки на стенке и до ее срыва и перехода в пузырьковый режим. Полученные кривые кипения для недогретой воды на торце цилиндра и в нижней части шара покадрово сопоставлены с наблюдаемой картиной кипения. Градиентная теплометрия позволила измерить тепловой поток и рассчитать местный коэффициент теплоотдачи с учетом радиационной составляющей. Выполненная оценка неопределённости показала приемлемый метрологический уровень и не превысила 7…12%.

С.А. Голубев (Университет ИТМО)
М.В. Волков (Университет ИТМО)
И.П. Гуров (Университет ИТМО)
Разработка системы 3D-сканирования с эмуляцией когерентной структурированной подсветки

Технологии бесконтактного сканирования объектов широко применяются при производстве и контроле качества промышленных изделий, в научных исследованиях, в инженерных разработках, при исследованиях произведений искусства, в информационной сфере и индустрии развлечений.
Одними из первых появились системы 3D-сканирования с когерентной подсветкой. В таких системах объект освещался картиной интерференционных полос, сформированных в интерферометре. В связи со сложностью применения интерференционных систем они были вытеснены системами сканирования с использованием цифровых проекторов.
В большинстве современных 3D-сканеров [1] применяются методы регистрации и обработки данных, основанные на проецировании набора бинарных паттернов и цифровом кодировании расстояния до каждой точки поверхности объекта. При этом диапазон сканирования разделяется на фрагменты, каждому из которых сопоставляется уникальная кодовая последовательность. Недостатками такого подхода являются ограничение точности сканирования и сложность анализа ошибок расшифровки данных.
В работе рассматриваются особенности системы 3D-сканирования с эмуляцией когерентной подсветки и с расшифровкой данных, разработанных для интерференционных измерительных систем на основе методов восстановления фазы картин полутоновых полос. Разработаны макеты систем сканирования с использованием эмуляции когерентной структурированной подсветки, выполнены измерения геометрических характеристик различных объектов, рассмотрены преимущества и недостатки разработанных систем и методов обработки данных.
В работе показано, что предложенная система обеспечивает высокую точность сканирования. Также показано, что ошибка определения формы объекта является гауссовской, что позволяет повысить точность сканирования за счет повторных измерений. Работа имеет важное значение для развития систем 3D-сканирования и 3D-печати, а также технологий виртуальной реальности при визуализации предметов искусства.

1. Geng J. Structured-light 3d surface imaging: a tutorial // Advances in Optics and Photonics, 2011. – V. 37 – P. 128–160.

М.П. Токарев (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Г. Минелли (Технический университет Чалмерса)
Б. Ноак (Компьютерная лаборатория механики и технических наук, НЦНИ)
В.Г. Чернорай (Технический университет Чалмерса)
С. Крайнович (Технический университет Чалмерса)
PIV измерения вблизи модели грузовика в экспериментах с активным управлением потоком

Грузовые автомобили и автобусы играют важную роль в глобальных транспортных перевозках, поэтому снижение аэродинамического сопротивления является весьма актуальной проблемой для этих автотранспортных средств. Например, для полуприцепа, движущегося с крейсерской скоростью, аэродинамическое сопротивление составляет 80-60% от общего сопротивления движению, и является наибольшим источником энергетических потерь. К настоящему времени известны различные эффективные методы уменьшения сопротивления, начиная от пассивных и заканчивая активными методами управления потоком. В данной работе были выполнены систематические исследования структуры потока в режиме активного управления течением вокруг модели кабины полуприцепа грузовика с использованием управляемых синтетических струй, расположенных по сторонам модели в ее передней части. Для управления потоком использовались одномодовые и бимодальные гармонические возмущения с различной частотой и амплитудой. Поиск режимов с оптимальным модовым составом управляющих возмущений выполнялся предварительно методом эволюционной оптимизации с использованием машинного обучения в процессе продувки модели в аэродинамической трубе. В качестве критерия качества управления использовались весовые измерения силы аэродинамического сопротивления и накладные энергетические затраты на управление потоком. Далее для набора режимов были выполнены одновременные PIV измерения в зоне отрыва потока на боковой стенке и в следе за моделью. По результатам измерений было отмечено снижение коэффициента сопротивления модели до 20% и существенная перестройка структуры течения с уменьшением высоты отрывной зоны и заметным сужением следа за моделью для некоторых режимов. Анализ выполненных измерений будет представлен в докладе.

Н.С. Ачкасов (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Исследование поляризационных характеристик репер-перископов

В данной работе пойдет речь об одном из специфических применений лазерной дальнометрии – лазерной космической дальнометрии. Основные применения для лазерной космической дальнометрии это подтверждение и уточнение орбиты космических объектов, а также сличение бортовой и наземной шкал времени. Для калибровки точностных параметров квантово-оптических станций (КОС), в ее состав входит такой прибор как репер-перископ.
Репер-перископ – это оптический прибор, который устанавливается на выходе из передающего оптического тракта КОС. Его основная задача – отвести часть излучения, направляющегося на космический объект в приемный тракт КОС. Это дает возможность выполнить две важные задачи:
- обеспечение контроля наведения
- обеспечение системы измерения дальности калибровочными данными.
Конструктивно репер-перископ представляет из себя призму, склеенную из различных пластин с разными покрытиями.
При разработке и использовании опытных образцов таких технически сложных систем, таких как новые типы КОС может возникать ряд проблем, которые необходимо исследовать.
Одной из таких проблем при использовании КОС типа «Точка», выпускаемой АО «НПК «СПП» возникает частичное повышение или ослабления энергии выходного лазерного излучения при наклонах системы по углу места.
Таким образом в первой части исследования будут построены зависимости пропускания различных состояний поляризации и соотношения между ними.
Вторая задача настоящего исследования – определить реальный коэффициент пропускания излучения с различным состоянием поляризации репер-перископами для дальнейшего изготовления оптических фильтров, ослабляющих излучение для предотвращения выхода из строя дорогостоящих составных частей КОС – фотоприемных устройств.
В данной работе будет рассчитан коэффициент пропускания излучения с различными состояниями поляризации.

А.С. Беляева (ООО "К-М")
Г.Э. Романова (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики "ИТМО")
Особенности проектирования системы блескомера

Рассмотрены стадии разработки блескомера, являющегося неотъемлемой частью комплекса приборов для контроля блеска изделий, имеющих лакокрасочные покрытия. Показатели блеска (глянцевости) измеряют на основании определения потери энергии при отражении от измеряемой поверхности. Разрабатываемый прибор содержит 4 канала для измерения блеска при различных углах (20/20, 45/45, 60/60, 80/80) и 1 канал (45/0) для измерения яркости поверхности. Величина угла контроля зависит от степени глянцевости образца: высокоглянцевые материалы измеряются под углом 20/20; для матовых красок, текстиля и т.д, используют блескомер с углом отражения 85/85.
Важными критериями при разработке являются: равномерность распределения энергии на образце; параллельность пучка света, падающего на измеряемую поверхность, согласованность источника и приемника с точки зрения спектральных характеристик; определенный тип спектра источника (тип источника А или С).
В ходе разработки были определены параметры оптической схемы источника, подобраны и изготовлены компоненты, разработана электрическая схема, а также пройден этап конструирования и изготовлен пробный образец.
При тестировании прибора на эталонных образцах, было выявлено, что отклонение от линейности показателей зависит от угла падения пучка и размеров источника. При этом необходимый размер источника зависит от угла падения. Так для угла 20/20 источник должен иметь диаметральный размер не превышающий 1 мм, а при 85/85 линейность наблюдалась с диаметром источника более 2 мм.
Помимо тестирования на эталонах в лабораторных условиях, прибор проходит ряд тестов на отклонение результатов при различных температурных условиях, уровнях заряда аккумулятора и прочих факторов, которые могут повлиять на корректную работу прибора.
Российских аналогов прибора, позволяющих вести измерения на 3 углах, не существует. Зарубежные образцы по приблизительным оценкам имеют стоимость в 2,5 – 5 раз выше, чем планируемая стоимость разрабатываемого прибора.

K. Vytovtov (Astrakhan State Technical University)
E. Barabanova (Astrakhan State Technical University)
D. Velikovskii (Russian Academy of Sciences Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation)
Modeling the two-dimensional photon structure for an all-optical switching system

Recently the next-generation all-optical switching system has been presented in scientific literature. To implement such kind of elements is a very actual goal today. The key stone of that system is a switching cell - structure based on two-dimensional photonic crystal for spatial deflection, contains of a quartz, metamaterials and garnets (or lithium niobate). Signal separation to different channels in this structure is performed by a spatial method. However, the electromagnetic properties of this structure have not been studied in detail yet.
In present work the two-dimensional photon crystal contains of lithium niobate, quartz and metamaterial cells are under our consideration. This medium actually is a four-layer structure. The first and third layers are homogeneous lithium niobate ones, the second and fourth layers are combination of quartz and metamaterial cells.
Our main aim is reflection and transmission properties of such a structure research, and determination of special displacement of the beam, which is necessary to design all-optical switch.
First of all, the accurate mathematical model of this structure is obtained based on the translation matrix method. The finite-element methods for modeling were used too. This numerical method additionally allows to take into account the finite dimensions of the structure.
The experimental results of reflection and transmission properties research will be presented also. The measurements are carried out with 532nm laser with utilizing the optical receiver and power measurer. The dependences of these coefficients with incident angle for stratified structure including quartz and lithium niobate layers will be shown.
Also the comparative analysis of the obtained theoretical and experimental results is carried out.

The reported study was funded by RFBR according to the research project 18-37-00059/18.

В.П. Зарубин (Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС")
А.С. Бычков (Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС")
А.А. Карабутов (Международный Лазерный Центр МГУ им. М. В. Ломоносова)
Е.Б. Черепецкая (Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС")
Лазерная ультразвуковая томография твердых тел со сложной геометрией поверхности

Одним из наиболее надежных способов дефектоскопии и измерения размеров твердых тел является радиография. Однако для ее проведения необходим доступ к обследуемому объекту с нескольких сторон, что зачастую невозможно обеспечить на производственной линии. Кроме того, возникают сложности контроля слабопоглощающих объектов и объектов больших размеров. В этих случаях преимущество получают ультразвуковые методы контроля, обеспечивающие высокое быстродействие и высокое разрешение. В настоящее время наиболее распространены фазированные антенные решетки для контроля плоских объектов и гибкие решетки для контроля объектов с гладкой поверхностью.

В рамках доклада будет представлена экспериментальная система и алгоритмы для двумерной лазерной ультразвуковой томографии твердых тел с кусочно-линейным профилем поверхности, погруженных в жидкость, обеспечивающие контроль в режиме реального времени. Для генерации широкополосного зондирующего ультразвукового пучка используется оптико-акустический эффект. Импульсное лазерное излучение поглощается в специальной пластинке, а возбуждаемый при этом ультразвуковой импульс имеет длительность ~100 нс. Импульс распространяется сквозь иммерсионную жидкость и рассеивается поверхностью и внутренними неоднородностями объекта. Рассеянные волны принимаются акустической антенной из 16 широкополосных пьезополимерных приемников. Принятые сигналы проходят пред-обработку и используются для построения томограмм (2D сечений) объектов. По сравнению с другими ультразвуковыми методами лазерный способ возбуждения ультразвука обеспечивает короткие зондирующие импульсы с гладкой диаграммой направленности без ревербераций. Все это приводит к повышению качества получаемых изображений и практическому отсутствию "мертвой зоны".

Разработанный алгоритм основан на трассировке акустических лучей и имеет 4 этапа: 1) построение томограммы стандартным методом фильтрованных обратных проекций для однородной среды; 2) сегментация двумерного изображений профиля внешней поверхности образца на томограмме; 3) перестроение части изображения, соответствующей внутренней структуре образца, с учетом преломления волн на его границе; 4) сегментация внутренних и внешних границ объекта с использованием виртуальной модели образца.

Томограммы, построенные на основе данных численного моделирования и экспериментальных измерений, показали, что точность измерений размеров образцов со ступенчатым профилем составляет ~100 мкм в направлении распространения зондирующего пучка.

Работа поддержана грантом Министерства науки и высшего образования РФ № K2-2019-004.

М.В. Тимошевский (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
К.С. Первунин (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Опыт применения оптических методов диагностики для изучения кавитации на подводных крыльях

Известно, что кавитация может выступать в качестве одного из основных источников неустойчивости потока в проточном тракте гидравлического оборудования, а также является причиной эрозионного износа рабочих элементов техники. В связи с этим существует необходимость в систематических и подробных исследованиях кавитирующих течений, как для оптимизации работы гидравлического оборудования, так и с целью верификации и развития современных методов численного моделирования. Отдельной задачей является разработка новых и усовершенствование существующих методов управления кавитационными течениями для задержки развития кавитации и снижения ее негативного влияния. В настоящей работе рассматриваются некоторые результаты недавних экспериментальных исследований гидродинамической кавитации в Институте теплофизики СО РАН (г. Новосибирск), которые позволяют по-новому взглянуть на различные аспекты кавитационного обтекания модельных гидрокрыльев и проблемы, связанные с эксплуатацией гидравлических машин. В частности, приводится описание различных типов кавитации, пространственной структуры и динамики парогазовых каверн наряду с методами управления кавитацией, как активными (инжекция жидкости), так и пассивными (изменение геометрии поверхности). Особое внимание в работе уделяется обсуждению особенностей применения современных панорамных методов количественной визуализации в двухфазных потоках, включая высокоскоростную визуализацию кавитационных структур для определения их интегральных параметров, подходы стробоскопической трассерной визуализации (PIV и PTV) для измерения скорости течений и метод лазерноиндуцированной флуоресцентной визуализации (LIF) перемешивания жидкостей. Кроме того, обсуждаются алгоритмические подходы для постобработки экспериментальных данных, в том числе валидация векторных полей скорости и расчет статистических характеристик. В целом можно констатировать, что, несмотря на прогресс, достигнутый за последние десятилетия, дальнейшие улучшения и инновационные изменения в конструкциях гидромашин требуют новых исследований и развития методов управления кавитацией, для которых передовые бесконтактные методы открывают наилучшие перспективы.

Д.Ю. Великовский (НТЦ УП РАН)
М.И. Купрейчик (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Двуосный акустооптический дефлектор на кристалле KGW

Устройства для управления интенсивным оптическим излучением находят широкое применение, связанное с ростом мощности лазерных излучателей. Акустооптические (АО) устройства успешно и эффективно используются для модуляции светового излучения и его управляемого отклонения. Однако, разнообразие эффективных АО материалов невелико, и такие свойства как лучевая стойкость не входили в число приоритетных характеристик, по которым они отбирались. Таким образом, проблема поиска АО материалов с высокой лучевой прочностью является актуальной.

Для дальнейшего исследования выбран кристалл KGd(WO4)2 (кратко: KGW), как наиболее широко используемый в лазерной технике кристалл из семейства калий-редкоземельных вольфраматов KRE(WO4)2. По имеющимся литературным данным KGW обладает рекордно высокой лучевой стойкостью, которая достигает 180 ГВт/см2 при длительности импульсов τ = 20 нс [1], что более чем на порядок превышает показатели для других используемых в акустооптике материалов.

Проведена теоретическая проработка общей схемы и параметров АО двухкоординатного дефлектора на кристалле KGW. Выявлено, что создание такого устройства на одном кристалле KGW связано с крайне низкой эффективностью АО взаимодействия по одному из направлений, что потребует применения высокой управляющей мощности для отклонения светового пучка и потребует активного охлаждения АО ячейки и всего устройства. Предложена схема двух кристального дефлектора, который не нуждается в дополнительном охлаждении с оптимальными параметрами. Также проведен анализ и выявлены оптимальные геометрии АО взаимодействия для модулятора оптического излучения на кристаллах KYbW и KLuW.

[1]. I.V. Mochalov. // Opt. Eng. 36(6). Pp. 1660–1669 (1997).

Д.Ю. Великовский (НТЦ УП РАН)
М.Г. Мильков (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Акустические свойства кристалла LNM

Акустооптические (АО) устройства широко используются в технике для управления характеристиками оптического излучения, в частности, фильтрации, модуляции или отклонения. Поиск новых материалов для акустооптики необходим для улучшения технических характеристик устройств и расширения условий их использования, и соответственно позволит расширить область применения. Интерес представляет исследование свойств оптически двуосных кристаллов, потому что они позволяют создавать новые виды АО устройств, которые нереализуемы в одноосных кристаллах, как правило используемых в акустооптике. Поиск и освоение эффективных и технологичных оптически двуосных акустооптических кристаллов является решением фундаментальных вопросов и практически важной задачей.

Например, возможно создание однокоординатного дефлектора со значительной полосой перестройки и большой угловой апертурой [1]. Для этого следует использовать геометрию дифракции, при которой волновой вектор ультразвука K параллелен касательной к волновым поверхностям обеих оптических мод, что с одной стороны обеспечивает выполнение условий дифракции для расходящихся пучков с достаточно широкой апертурой, а с другой – возможность перестройки направления дифрагированной волны в большом диапазоне углов путем изменения частоты ультразвука f.

Для создания АО устройств необходимо знать параметры среды, в которой происходит акустооптическое взаимодейтсвие – оптические, акустические и упруго-оптические свойства. Кристалл LNM (LiNa5Mo9O30) является сравнительно новым и малоизученным материалом [2]. В работе будут представлены первые экспериментально полученные сведения об акустических свойствах – скорости распространения акустических волн, и их затухание.

[1] D.Yu. Velikovskii, M.M. Mazur, A.A. Pavlyuk, V.E. Pozhar, S.F. Solodovnikov, L. I. Yudanova. Investigation of the KLu(WO4)2 Crystal As an Acousto-Optic Material // Phys. Wave Phenom. Vol. 23, No. 1, pp. 58-62 (2015)
[2] Weiguo Zhang, Hongwei Yu, Jacqueline Cantwell, Hongping Wu, Kenneth R. Poeppelmeier, and P. Shiv Halasyamani. LiNa5Mo9O30: Crystal Growth, Linear, and Nonlinear Optical Properties // Chem. Mater., 2016, 28 (12), pp 4483–4491

С.И. Шторк (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН))
И.В. Литвинов (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН))
Е.Ю. Гореликов (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН))
Д.Г. Мухин (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН))
С.В. Дремов (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Д.А. Суслов (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Применение метода лазерно-Допплеровской анемометрии для экспериментального исследования структуры течения в модели микрогидротурбинного аппарата

В серии проведенных опытов в качестве рабочей среды использовался атмосферный воздух, на основе подхода, апробированного в том числе в работах отечественных авторов (Аверкиев, 1952; Повх, 1955). Модель микрогидротурбины подключалась к аэродинамическому стенду, где подача воздуха осуществляется с помощью вихревой воздуходувки. Расход подаваемого воздуха изменяется с помощью частотного преобразователя, подключенного к двигателю воздуходувки, и измеряется с помощью ультразвукового расходомера. В разработанной конструкции вращение импеллера задается с помощью внешнего контролируемого привода, в качестве которого используется прецизионный сервопривод. Контроль режимных параметров стенда осуществляется для расхода и частоты вращения с помощью программного обеспечения, интегрированного с системами измерения параметров течения.

Стенд укомплектован системой измерения скорости потока (лазерно-Допплеровский анемометр, ЛДА) и акустическими датчиками на основе измерительных микрофонов. Засев потока трассерами, необходимыми для работы ЛДА, производится с помощью генератора частиц.

Конструкция модельного устройства представляет собой комбинацию стационарного и вращающегося лопаточных элементов. Стационарная лопаточная решетка выполняет функцию направляющего аппарата гидротурбины. Далее закрученный поток взаимодействует с вращающимся импеллером. Имея различные комбинации двух лопаточных решеток и меняя частоту вращения и расход, можно осуществить перебор и исследование всего спектра интересующих режимов работы микрогидротурбины. Все конструктивные элементы изготавливаются с помощью быстрого 3-d прототипирования (3-d печати).

Результаты измерений показали, что при частотах вращения импеллера выше 20Гц в конусе формируется струя, закрученная в сторону угла наклона лопаток направляющего аппарата. Сильная закрутка потока приводит к распаду закрученной струи и образованию центральной зоны возвратного течения на профилях осевой скорости. При 20 Гц тангенциальная скорость представляет собой «S-образный» профиль, т.е. в центре поток разворачивается по углу установки лопаток импеллера, а на периферии в направлении направляющих лопаток. Т.е. в среднем поток имеет близкую к нулевой закрутку потока (нормальный выход – Смирнов, 1969), а пульсации течения минимальны. Данный режим близок очевидно к оптимальному режиму эксплуатации микрогидротурбины.

Д.К. Шараборин (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Р.В. Толстогузов (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
В.М. Дулин (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Применение панорамных оптических методов исследования для измерения распределения плотности и температуры в турбулентных потоках

Для исследования гидродинамической структуры турбулентных струйных течений часто используют бесконтактные оптические методы, такие как лазерная доплеровская анемометрия или анемометрия по изображениям частиц (particle image velocimetry, PIV). PIV позволяет измерять пространственное распределение скорости для выбранного сечения потока. Однако, для оценки распределения количества движения газа или жидкости в потоках с неоднородным распределением плотности, в том числе и реагирующих потоках, помимо измерения локальной скорости необходимо измерение распределения плотности.
В настоящее время существует множество бесконтактных методов измерения поля температуры, плотности и концентрации основных компонент газовой смеси. Часть методов основана на регистрации локальной лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ), рассеяния Рэлея, спонтанного комбинационного рассеяния (СКР). Методы на основе ЛИФ характеризуются высокой интенсивностью регистрируемого сигнала, однако количественная интерпретация данных затруднительна и требует тщательной калибровки, а иногда и невозможна, в том числе, в связи с неизвестной скоростью тушения флуоресценции. Плоскостная регистрация интенсивности рассеяния Рэлея позволяет оценить локальную плотность в сечении потока, но требует априорной информации о результирующем сечении рассеяния молекул в каждой точке измерения. Интерпретация СКР при колебательном переходе конкретного типа молекул при измерении температуры не требует априорных знаний о концентрации других молекул и позволяет получить информацию об относительной концентрации основных компонент газовой смеси, однако регистрируемый сигнал обладает экстремально низкой интенсивностью. Измерения на основе СКР могут быть выполнены как в 1D реализации (вдоль лазерного луча), так и 2D (в плоскости).
В рамках данной работы рассмотрены особенности измерения распределений температуры и плотности с использованием панорамных оптических методов. Применение метода ЛИФ рассмотрено на примере импактной затопленной струи воды, натекающей на подогреваемую поверхность. Методы на основе регистрации интенсивности рассеяния Рэлея и СКР применялись при исследовании газофазных струйных течений с горением.

А.С. Лобасов (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе сибирского отделения РАН "ИТ СО РАН")
Л.М. Чикишев (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе сибирского отделения РАН "ИТ СО РАН")
Об опыте применения PIV и OH PLIF для диагностики турбулентных пламен

В настоящее время метод PIV (particle image velocimetry) стал стандартным инструментом для измерений в изотермических течениях. Методика PIV позволяет получать количественную информацию о пространственных распределениях мгновенной скорости потока, что позволяет обнаруживать когерентные структуры в потоках, в частности, крупномасштабные вихревые образования. Метод PIV был также успешно апробирован для диагностики потоков с горением. Однако, исследование процессов переноса в потоке с горением подразумевает анализ полей скорости с использованием данных о положении фронта пламени. Такая информация может быть получена с использованием другого панорамного метода – метода плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции (англ.: planar laser-induced fluorescence). Преимуществом метода ПЛИФ является отличие длин волн излучения от линии возбуждения лазером, что позволяет проводить импульсные панорамные измерения даже в условиях интенсивных переотражений, а также комбинировать PLIF и PIV методы.
В данной работе описывается опыт использования метода PLIF при возбуждении и регистрации сигнала флуоресценции от гидроксильного радикала (OH), образующегося при горении углеводородного топлива и являющегося маркером областей содержащих горячие продукты горения, в комбинации с методом PIV. Акцент в работе сделан на особенностях проведения совместного PLIF и PIV эксперимента при количественной диагностики турбулентных пламен. В частности, уделено внимание настройке и пространственному сведению лазерных систем и регистрирующей аппаратуры, предварительной обработки зарегистрированного сигнала флуоресценции, включающей учёт фонового сигнала, неоднородности пространственного распределения энергии лазерного излучения и чувствительности сенсора цифровой камеры, флуктуации энергии лазера от импульса к импульсу. В результате, на основе полученной базы данных о мгновенных распределениях скорости и флуоресценции OH с использованием математического алгоритма понижения размерности стохастических динамических систем, метода главных компонент, проведён анализ влияния крупномасштабных когерентных структур на особенности химического реагирования турбулентного пламени.
Работа выполнена при поддержке РФФИ № 18-08-01183. Часть исследования, проведенная Лобасовым А.С., выполнена за счет средств полученных от Минобрнауки России.

М.Н. Кормильцев (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Е.Д. Кудрявцева (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
С.И. Иншаков (Центральный Аэрогидродинамический Институт)
Исследование обтекания профиля прямого крыла теневым фоновым методом при испытаниях в трансзвуковой аэродинамической трубе

Приведены результаты использования ТФМ метода при испытаниях прямого крыла с местными сверхзвуковыми зонами. Описана адаптация метода под конкретную аэродинамическую установку. Проведён анализ полученных результатов.

А.С. Лобасов (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Д.К. Шараборин (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
В.М. Дулин (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Комбинация методов PIV и PLIF для диагностики смесеобразования в нестационарных турбулентных потоках

Организация смешения топлива и окислителя в камерах сгорания определяющим образом влияет на эффективность и экологичность сжигания топлива. Поэтому экспериментальное исследование особенностей данного процесса является актуальной задачей. Также, достоверное численное моделирование смесеобразования в турбулентных закрученных потоках, реализующихся в камерах сгорания, подразумевает верификацию на основе детальных экспериментальных данных. Помимо измерений средних значений распределений скорости и концентрации и пульсационных характеристик данных величин, для проверки моделей турбулентного переноса важны измерения их совместных корреляций.
Комбинированное применение методов анемометрии по изображениям частиц (англ.: particle image velocimetry, PIV) и плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции (англ.: planar laser-induced fluorescence, PLIF) позволяет регистрировать мгновенные распределения скорости и концентрации примеси в выбранном сечении потока с высоким пространственным и временным разрешением. В данной работе будут представлены особенности комбинированного применения данных методов для исследования турбулентного переноса и перемешивания в закрученных турбулентных потоках жидкости и газа. В первом случае в жидкость был добавлен флуоресцентный краситель Родамин, во втором в газовый поток были добавлены пары ацетона.
В докладе будут представлены результаты PIV/PLIF исследований смесеобразования в нестационарных турбулентных потоках, в том числе измерений корреляций пульсаций скорости и концентрации при умеренных и больших числах Рейнольдса, даны оценки турбулентного числа Шмидта. Будут описаны детали оптических конфигураций использованных систем, компоновка и синхронизация оборудования, особенности пространственной калибровки цифровых камер и обработки изображений. Будут также представлены результаты применения метода главных компонент для количественной оценки вклада когерентных пульсаций скорости в турбулентный перенос.

В.М. Дулин (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Д.М. Маркович (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
2D и 3D оптическая диагностика когерентных структур в закрученных потоках с горением

Исследование процессов горения газового топлива в закрученных потоках с высоким пространственным и временным разрешением важно для более глубокого понимания условий возникновения термо-акустических пульсаций в камерах сгорания газотурбинных установок. Известно, что в условиях резонанса они могут приводить к вибрационным режимам горения и повреждению оборудования. В настоящее время, с развитием оптоэлектронных технологий, стали возможны детальные измерения структуры и динамики потоков с горением на основе анемометрии по изображениям частиц и лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ), необходимые для более глубокого понимания физико-химических процессов при нестационарном горении.
С использованием лазерных источников излучения с различными длинами волн и высокочувствительных детекторов на основе электронно-оптических преобразователей и усилителей доступна регистрация малых концентраций сложных углеводородных соединений (керосина, ацетона и др.), визуализирующих степень перемешивания топлива и окислителя, и промежуточных соединений химических реакций (CH, CHO, HCHO, CO, OH, NO, CN). В частности, формальдегид, альдегид и монооксид углерода, участвуют в цепочке химических реакций, соответствующей наибольшей скорости тепловыделения в процессе окисления метана. Поэтому локальную интенсивность флуоресценции этих соединений используют для визуализации областей наиболее интенсивного тепловыделения. Для оценки локальной температуры продуктов горения может быть использовано отношение интенсивности флуоресценции гидроксильного радикала в результате двух различных переходов в возбужденное состояние. Аналогичный метод применяют для монооксида азота, специально добавленного в поток или образующегося в процессе естественного окисления азота.
В данной работе будет представлен обзор современного состояния дел в области диагностики нестационарных режимов турбулентного горения в модельных камерах сгорания с закруткой потока с применением метода анемометрии по изображениям частиц и ЛИФ-визуализации, в том числе при регистрации распределений с частотой в десятки килогерц. Будут также представлены последние достижения в области трехмерных измерений мгновенной скорости потока и формы пламени на основе малоракурсной оптической томографии.

А.С. Небучинов (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Д.К. Шараборин (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Использование панорамных оптических методов для изучения структуры течения и теплообмена в импактных закрученных и шевронных струях

Струи, натекающие на преграду являются одной из наиболее распространенных эффективного тепломассообмена. Современные энергетические технологии требуют отвода большого количества теплоты от рабочих поверхностей. Эта проблема является актуальной и на сегодняшний день.
Известно, что закрученные струи и струи с шевронами меняют структуру течения, в частности распределения турбулентных характеристик, сразу за выходом из сопла, что, соответственно, влияет на распределения интенсивности теплообмена на поверхности нагрева.
Объектом измерения являлась закрученная и шевронная затопленная струя, натекающая перпендикулярно на равномерно нагреваемую плоскую поверхность. Закрутка потока при числе Рейнольдса 5000 формировался соплом с установленным внутри лопастным завихрителем. В случае шевронной струи, использовалась насадка на сопло с лучеобразными вырезами от центра к периферии. Количество шевронов - 4.
В работе использовались методы Time Resolved Particle Image Velocimetry и ИК-термометрия.
Для струи с умеренной степенью закрутки потока установлено, что наличие поверхности приводит к распаду вихревого ядра и образованию обширной центральной зоны рециркуляции конусообразной формы, которая отсутствовала для конфигурации струи без поверхности. Для случая H/d=1 обнаружено, что закрутка потока увеличивает локальный теплообмен вблизи r/d=0.8, по сравнению с не закрученным потоком.
Для струи с сильной закруткой потока течение характеризуется распадом вихревого ядра вблизи выхода из сопла и наличием зоны рециркуляции пузырькового типа как для конфигураций со свободным, так и с ограниченным поверхностью потоком. Показано, что струя с сильной закруткой для H/d=1 обеспечивает наиболее эффективное охлаждение поверхности по сравнению с не закрученной и слабозакрученной струей.
В случаи струи с шевронам значения скорости у поверхности превышают значения стандартной круглой не закрученной струи. А пульсации интенсивней и более равномерны вблизи импактной поверхности. В работе сделано предположение, что проходящие во внешнем слое смешения продольные вихри индуцируют пульсации потока в направлении перпендикулярном преграде и, возможно, отрыв потока, что приводит к значительному росту теплообмена на поверхности.

Ю.В. Писаревский (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника РАН")
С.А. Колесников (ООО "Экохимия -Зкотоксиметрия")
В.А. Ломонов (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника РАН")
А.В. Виноградов (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника РАН")
Селективная схема измерения концентрации газов на основе акустооптических спектральных фильтров


Предложена схема измерения концентрации компонент газовых смесей, улучшающая селективность обычной оптической абсорбционная спектроскопия. Схема основа на использовании акустооптического спектрального фильтра в качестве дисперсионного элесемента на который подаются одновременно несколько управляющих сигналов с частотами, соотвествующими максимумам и минимумам поглощения в оптическом спектре измеряемого газа.
Экспериментально предложенная схема опробована герметичной кювете с диоксидом азота, имеющем полосу оптического поглощения 2-3 эв. Под эту полосу был изготовлен акустооптический спектральный фильтр на основе парателлурита и создана схема управления на основе нескольких генераторов ВЧ сигналов
Схема испытана при определении концентрации диоксида азота при этом использовались линии поглощения этого соединения вблизи 2.3.эв
Был изготовлен акустооптический фильтр на основе кристаллов парателлурита При этом рабочие ультразвуковые частоты, соответствующие необходимому спектральному диапазону 2.2-2.3 эв составляли 150-180 МГц Для обеспечения низкого затухания ультразвука по рабочей световой апертуре на сравнительно высоких для парателлурита частотах были выращены кристаллы из сырья повышенной чистоты и с оптической однородностью лучше 0.1 длины волны.
На электроакустический преобразователь подавались частоты от нескольких генераторов Одни частоты обеспечивали дины волн в районе максимального поглощения диоксида азота , а вторая группа вблизи окон пропускания Две группы частот модулировались от звукового генератора в противофазе Прошедший через кювету с диокисидом азота с давлением 7.5 мм рт ст. детектировался фотоумножителем и подавался на синхронный детектор, опорным сигналом которого был модулирующий звуковой генератор.
Отмечено преимущество предложенной схемы перед стандартным оптическим абсорбционным методом по избирательности и чувствительности и перед корреляционно оптическими приборами на основе поляризационных фильтров по возможности перестройки под различные газы.

С.Н. Антонов (Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН)
Ю.Г. Резвов (Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева)
Методы увеличения эффективности акустооптических дефлекторов

Представлены способы расширения частотной полосы акустооптических (АО) дефлекторов и повышения эффективности дифракции.
1. Рассмотрены общие свойства дефлекторов на основе брэгговской неаксиальной анизотропной дифракции в кристалле парателлурита. Проведены расчеты зависимости основных характеристик дефлектора от ориентации кристалла относительно падающего света, а также зависимости центральной частоты и частотной полосы от угла наклона “звуковой” плоскости.
2. Разработана двухкристальная схема дефлектора и создан базовый экспериментальный макет и промышленный прибор на его основе.
Показано, что данная схема позволяет:
− существенно повысить эффективность дифракции в случае, когда первый дефлектор осуществляет подстройку угла падения света на второй (основной) дефлектор таким образом, чтобы во всем диапазоне сканирования выполнялось точно условие брэгговского взаимодействия; на длине волны света 1.06 мкм достигнута эффективность дифракции не менее 95% в угловом диапазоне сканирования 50 мрад.
− создать поляризационно-нечувствительный дефлектор на TeO2 с потенциальной эффективностью, близкой к 100%, в случае, когда первый дефлектор отклоняет одну поляризационную компоненту, а второй − ортогонально ориентированную.
3. Предложен и экспериментально подтвержден новый способ существенного повышения эффективности АО дефлекторов при сохранении и расширении частотной полосы. Суть метода в том, что в режиме второго по амплитуде звука брэгговского максимума происходит существенное повышение эффективности дифракции. Объединение в одном частотном диапазоне режимов первого и второго дифракционных максимумов позволяет снизить управляющую мощность до приемлемого уровня с повышением эффективности дифракции. Практически достигнута эффективность свыше 85% в полосе частот около 25 МГц.
4. Показано, что использование оптимально фазированного двухэлементного пьезопреобразователя в дефлекторе позволяет расширить частотный диапазон сканирования до 17− 48 МГц на длине волны 1.06 мкм (более чем в два раза по сравнении с синфазном режимом) при эффективности дифракции 95% без увеличения мощности управляющего высокочастотного сигнала.
Работа выполнена в рамках государственного задания 0030-2019-0014.


А.В. Цыренжапов (ФГБНУ "Иркутский научный центр хирургии и травматологии")
Неинвазивная спектроскопия биологической жидкости животных в диагностике заболевания

Цель.
Изучить изменения морфологической картины желчи в зависимости от лечения экспериментального гепатита и возможности использования получаемой при этом информации в ранней диагностике желчного камнеобразования.
Материал и методы.
Эксперименты проведены на 50 половозрелых белых крысах линии Wistar с экспериментальным гепатитом. Опытная группа получала экстракт растительного сбора. Крысам группы сравнения назначался холосас, а контрольной группы - дистиллированная вода. В верификации диагноза, помимо общеклинических данных, использованы результаты, проведено зондирование общего желчного протока с последующим макроскопическим, микроскопическим, биохимическим и физическим исследованием желчи. Для изучения морфологической картины, особенностей микроструктуры пузырной желчи проводилась оценка кристаллограмм. Микроскопию желчи проводили световым микроскопом фирмы Оlympus. Биохимические исследования желчи проводились на спектрофотометре "СФ-46", а физические - на кондуктометре "Анион 4100" фирмы "Аналит" (Новосибирск). Статистическая обработка данных проведена непараметрическими данными.
Результаты.
При макро- и микроскопическом исследовании желчи у крыс контрольной группы определялись признаки повышенной вязкости и наличия кристаллов в желчи белого и жёлтого цвета. О дестабилизации желчи свидетельствует повышение в ней холестерина, снижение желчных кислот, холато-холестеринового коэффициента, увеличение ее вязкости и поверхностного натяжения. Электропроводность желчи снижается у крыс без лечения.
Заключение.
Спектроскопический способ исследования желчи является высокочувствительным, но в то же время простым в исполнении методом и может быть широко использован в ранней диагностике желчнокаменной болезни. Степень нарушения микроструктуры желчи нарастает у животных без лечения растительным сбором.