Registered manuscripts

Обухов А.Е. (ФАУ "25ГосНИИ химмотологии Минобороны Российской Федерации")
Применение фемто-, нано- и стационарной спектроскопий в химмотологи для изучения электронных возбуждённых ридберговских состояний, формирующих самосогласованное поле плазмы и фотофифизические свойства при горении многоатомных соединений углеводородов и радикалов в топливах и маслах для наземной и авиационной техники

В статье изучаются спектра-физические и химические свойства N-,O-,S-многоатомных соединений углеводородов, применяемых в химмотологии в качестве горюче-смазочных материалов (ГСМ) и специальных жидкостей. Достижение требуемых эксплуатационных свойств и улучшение физико-химических характеристик связанной системы материалов: «деталь+двигатель+ГСМ» в современной - наземной (НТ), авиационной (ЛА), морской (МТ) и космической техники (КТ) в Вооружённых Силах Российской Федерации (ВС РФ) основано на изучении квантовых внутри- и межмолекулярных механизмах - поглощения, рассеяния, передачи и излучения энергии смесями ГСМ, в условиях воздействия энергии от источников разной природы: химическом, оптическом, потоками ионов и электронов, резком ударе и т.п., которые переводят группы атомов в структуре соединений в электронные синглетные и триплетные (дублетные и квартетные для ион-радикалов) возбуждённые ридберговские состояния (S*iTjD*nQmElExSt) («элементарный акт») и формирующих при дезактивации и рекомбинации самосогласованное поле плазмы.

Веселов А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Методы спектральной визуализации в офтальмологической диагностике на основе акустооптических перестраиваемых фильтровов

Данный доклад посвящен экспериментальным методам неинвазивной диагностики заболеваний глаз на основе узкополосной спектральной визуализации нормы и патологии. В настоящее время существует несколько основных методов неинвазивной диагностики в офтальмологической практике: 1.микроскопия на основе щелевой лампы с набором фиксированных широкополосных фильтров,2.оптическая когерентная томография, ультразвуковая допплерография, УЗИ. Каждый метод обладает набором недостатков, как то: зависимость от квалификации врача-диагноста, субъективность цветового восприятия, наличие глубоких стадий патологического процесса, достаточных, для достоверной визуализации, ограниченное пространственное разрешение, отсутствие спектрального различия тканей и др. Метод узкополосной спектральной визуализации за счёт акусто-оптической фильтрации формирует принципиально новый подход к формированию результирующего изображения: совмещение обычного оптического изображения и отфильтрованного с помощью акусто-оптического модуля. Известно, что гемоглобин имеет 2 явных пика поглощения на длинах волн 415 и 540нм, что позволяет увидеть признаки неоваскуляризации, присущей опухолевым процессам. Опухолевые клетки обладают свойством селективного накопления эндогенных и экзогенных гематопорфиринов, которые при облучении видимым светом 400-700нм способны флуоресцировать.Возможность перестройки АОФ в диапазоне длин волн видимого диапазона и ближнего ИК спектра, позволяет выявить флуоресценцию фотосенсибилизаторов, как естественно присутствующих в организме, так и инъецированных с диагностическими целями. АОФ, включенный в цепь между широкополосным источником света и камерой детектирования изображения, позволяет улавливать флуоресценцию с низкой интенсивностью за счёт отфильтровывания нежелательных интенсивностей, а также осуществлять перестройку в широком диапазоне для визуализации на ранее неисследованных линиях поглощения и с новыми флуоресцирующими препаратами.

Гавлина А.Е. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Новиков Д.А. (Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы)
Аскерко М.В. (Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Схема ортогональных лучей: метод обработки интерференционной картины и восстановления формы контролируемого выпуклого зеркала

Подробно описан разрабатываемый метод восстановления формы выпуклой поверхности контролируемого зеркала в схеме ортогональных лучей с помощью огибающей семейства парабол. Метод подходит для выпуклых сферических и асферических зеркал большого диаметра. В разрабатываемом методе результатом обработки является меридиональный профиль исследуемой поверхности. В методе восстановления формы выпуклой поверхности не требуется априорная информация о форме исследуемой поверхности, а именно радиусе кривизны при вершине поверхности и конической константе. Представлены результаты восстановления профиля выпуклой сферической линзы диаметром 30 мм. Экспериментальные исследования проводились на установке разработанной НТЦ УП РАН для контроля зеркал методом ортогональных лучей. Описаны варианты модернизации установки для восстановления выпуклых поверхностей большого диаметра.

Мочалов А.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Experimental study of air nonstationary vortexes by PIV

The main objects of study are nonstationary concentrated vortexes, the generation of which is due to the creation of unstable air stratification. Some features of the analysis of experimental images obtained in the study of nonstationary air vortexes by non-contact anemometry using particle images (PIV) are considered. Various cases of visualization of the main vortex funnel are shown. Based on the processed data, it seems possible to construct the distribution of azimuthal velocities in the region of the main vortex funnel. For clarity, the obtained experimental data were superimposed on basic models of vortex structures, the scales, and parameters of which were chosen to achieve the best agreement between the calculation and the experiment.

Мочалов А.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Графический анализ результатов визуализации вихревой воронки

Основным объектом исследования является крупномасштабный нестационарный вихрь, полученный в условиях неустойчивой стратификации воздуха. Экспериментальные изображения получены при помощи бесконтактной анемометрии по изображениям частиц PIV. Одним из ключевых условий применения оптических измерительных систем является равномерный засев рабочего участка или измерительной области частицами "трассерами". Построение векторных карт по изображениям трассеров, зачастую затруднительно из-за резкого изменения параметра количественной визуализации Ni (плотность образов частиц). На одном экспериментальном снимке воронки, параметр Ni может отличаться на порядки, а в некоторых случаях принимать нулевые значения, что существенно осложняет нахождение векторных карт. В рамках работы рассматриваются результаты графического анализа и обработки изображений вихревой воронки при помощи пакетов обработки данных Visual Studio (Dantec) и Matlab.

Кукушкин А.Н. (Пензенский государственный университет)
Разработка волоконно-оптического датчика больших угловых перемещений

В работе рассматриваются современные устройства измерения угловых перемещений для стартовой площадки космодрома, принципы их работы, достоинства и недостатки. Выявлены преимущества волоконно-оптических датчиков в сравнении с используемыми в настоящее время электрическими, тросиковыми, потенциометрическими датчиками угловых перемещений. Рассматриваются технические характеристики и объясняются недостатки волоконно-оптических датчиков угловых перемещений (ВОДУП), производимых на данный момент. Предлагается новый волоконно-оптический датчик больших угловых перемещений, в основе принципа действия которого лежит маятник с закрепленной на его подвесе цилиндрической линзой , расположенными между оптическими волокнами двух измерительных каналов, имеющий улучшенные метрологические и конструктивно-технологические характеристики. Предлагается улучшенная версия волоконно-оптического датчика больших угловых перемещений на основе аттенюатора и перспективы внедрения.

Романова Г.Э. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Беляева А.С. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Анализ способов увеличения коэффициента использования светового потока в осветительных системах с применением акустооптической фильтрации

Акустооптическая фильтрация позволяет осуществить точную спектральную перестройку с возможностью изменять количество выделенных спектральных линий и их ширину. Однако из-за малого размера кристалла и ограниченной угловой апертуры, оптическая система, сопряженная с акустооптическим фильтром (АОФ), будет иметь низкий коэффициент использования светового потока. Коэффициент использования светового потока в первую очередь определяется энергией, соответствующей выделяемой спектральной линии. Кроме того, АОФ чаще всего используется в схеме с дополнительными поляризаторами, которые необходимы для выделения рабочего дифракционного порядка. Поэтому при разработке такого типа источника важно учесть все способы, позволяющие увеличить использование светового потока. Среди этих способов можно выделить выбор оптимальной принципиальной оптической схемы, выбор оптимального источника света и проектирование эффективной сопрягающей оптической системы, а также подбор формы кристалла для возможности применения неполяризованного излучения.

Гавлина А.Е. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Новиков Д.А. (Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы)
Аскерко М.В. (Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Схема ортогональных лучей в модификации для контроля выпуклых и вогнутых зеркал

Представлен бесконтактный оптический метод контроля вогнутых сферических и асферических зеркал большого диаметра, который основан на освещении меридионального профиля поверхности расходящимся пучком лучей, падающих на контролируемое зеркало под углами, близкими к скользящим. Информация о погрешности профиля контролируемого зеркала содержится в интерференционной картине, которая создается в результате суперпозиции излучения, отраженного от зеркала, с излучением, проходящим над ним. В докладе представлен метод расшифровки интерферограммы и определения погрешностей контролируемой поверхности. Контроль всей поверхности может осуществляться вращением зеркала и непрерывной регистрацией распределений интенсивности на экране. Предложенный метод не требует применения дополнительных крупногабаритный оптических элементов, что отличает его от существующих методов и делает перспективным для контроля в первую очередь крупногабаритных астрономических зеркал. Кроме того, метод является универсальным, подходит для поверхностей с различными геометрическими параметрами, а при небольшой модификации может быть применен для контроля поверхностей, не обладающих осевой симметрией, и поверхностей свободной формы.

Федорцов А.Б. (Санкт-Петербургский горный университет)
Силиванов М.О. (Санкт-Петербургский горный университет)
Физиологически обоснованное управление процессом бережного светового пробуждения

Самочувствие человека и эффективность его производственной деятельности в большой степени определяются соответствием биоритмов человека его рабочему графику. Как было установлено на молекулярно- генетическом уровне, основным физическим фактором, позволяющим управлять биоритмами человека является свет (Нобелевская премия 2017 года). Причём влияние оказывает не только интенсивность света, но и его спек-тральный состав. Современными исследованиями офтальмологов в глазах человека был обнаружен третий, кроме палочек и колбочек, вид фоторецепторов. Эти рецепторы предназначены не для получения изображений, а в первую очередь для корректировки биоритмов, в том числе управлением процессом пробуждения. Рецепторы третьего вида чувствительны преимущественно в коротковолновой, синей области видимого спектра. Суточный или циркадный ритм задаёт фазы сна и бодрствования. Современному человеку часто приходится подгонять свой суточный ритм под рабочий график. Чаще всего для этого используется звуковой будильник. Однако в последние годы появились световые будильники. Эти приборы в заданное время включают источник света, иногда сопровождаемого звуковым сигналом. Однако эти приборы не учитывают современных требований к спектру пробуждающего излучения и тем более не позволяют его регулировать в процессе пробуждения по необходимой программе. Мы предлагаем технологию для бережного пробуждения работника, обоснованную на современных представлениях офтальмологии и биоритмологии. Технология использует компьютерное управление физическими факторами пробуждения – светом и звуком. Важно, что при этом возможно реализовать неограниченный индивидуальный подбор режимов пробуждения при использовании уже имеющегося в большинстве семей электронных приборов.

Яскин А.С. (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Каляда В.В. (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Зарвин А.Е. (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Дубровин К.А. (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Художитков В.Э. (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Истечение микроструи этанола из отверстия в вакуум

Использование микроструйных течений жидкостей в разреженных средах и вакууме в интересах космической техники стимулировало интерес к моделированию микроструйных течений на наземных вакуумных установках с контролируемой степенью разрежения. Формирование микроструи жидкости в разреженной среде определяется рядом особенностей, обусловленных, прежде всего, нарушением термодинамического равновесия. В частности, истечение в среду с давлением ниже давления насыщенных паров жидкости (перегретая жидкость) сопровождается формообразующими явлениями: вскипанием, разрывами струи и другими эффектами. В работе исследуется горизонтальное истечение жидкости из отверстий в тонкой стенке диаметром 120, 170, 290 мкм в сильно разреженную среду (моделирование условий открытого космоса, сильно разреженных атмосфер планет) с контролируемой степенью разрежения. В качестве модельной жидкости выбрана азеотропная смесь этанола (95,6 % (мас)) с водой (температура кипения 351.15 К). Исследования выполнены на газодинамическом стенде ЛЭМПУС-2 Новосибирского государственного университета. Безмасляная система вакуумирования стенда обеспечивала в камере расширения предельное разрежение (до 0,1 мПа) остаточного газа. Видеосъемка процесса течения и фотографирование микроструй этанола осуществлялись через оптическое окно при засветке потока жидкости источником света, размещенным снаружи вакуумной камеры. Протяженность участка наблюдения горизонтального течения составляла не менее 300 мм. Избыточное давление в резервуаре с этанолом (в диапазоне 10 - 100 кПа) поддерживалось постоянным во время истечения жидкости, температура измерялась термометром сопротивления с разрешением 0.1 К и могла варьироваться нагревателем в пределах от 295 до 350 К. В работе рассмотрены некоторые результаты формирования микроструй и особенности истечения этанола в вакуум, описаны аномальные проявления в динамике истечения, высказаны предположения о причинах обнаруженных процессов. Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Прикладная физика» НГУ при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект FSUS-2020-0039).

Веретенников С.В. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Евдокимов О.А. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Гурьянов А.И. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Сковородкин Е.А. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Экспериментальное исследование и анализ структуры противоточного закрученного течения с применением метода цифровой трассерной визуализации

В данной работе метод цифровой трассерной визуализации (PIV) применялся для изучения структуры закрученного потока в вихревой противоточной камере. Из-за необходимости организации зоны оптического доступа, в качестве материала для камеры энергоразделения исследуемой модели была выбрана прозрачная труба из оргстекла с внутренним диаметром 50 мм. Исследование проводилось в 6 равноудаленных друг от друга поперечных сечениях, на 3 режимах работы. Помимо этого, была получена картина распределения потока вдоль горизонтальной оси исследуемой области экспериментальной модели. В результате проведенных исследований были построены эпюры скорости, полученные при обработке осредненных векторных диаграмм. Построенные графики представляют собой эпюры азимутальной скорости, являющейся векторной суммой окружной и радиальной компонент скорости в цилиндрической системе координат.

Гурьянов А.И. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Носкова К.Р. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева)
Гурьянова М.М. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева)
Экспериментальные исследования структуры течения в камере сгорания ГТД при влиянии несимметричности входной скорости

В работе выполнены исследования влияния структуры течения в камере сгорания (КС) ГТД с учетом несимметричности входного профиля скорости на газодинамическую эффективность основных элементов камеры и величину гидравлических потерь в проточной части. Поток воздуха, поступающий в преддиффузор КС, может иметь несимметричный профиль скорости из-за нестационарного взаимодействия последней ступени компрессора и направляющего аппарата, а также остаточной закрутки потока. Проведены численные расчеты газодинамики камеры сгорания при смоделированной несимметричной входной эпюре скорости при нестационарном режиме течения. Выяснено, что с отклонением от симметричности скорости на входе в диффузоре, возрастают гидравлические потери и ухудшается газодинамическая эффективность в диффузоре, кольцевых каналах и жаровой трубе КС. Определена необходимость в верификации проведенных расчетов экспериментальным методом анемометрии по изображениям частиц (PIV). Для этого спроектирована опытная модель в виде прямоугольной развертки сектора камеры сгорания с продольным сквозным сечением вдоль генератора несимметричности профиля скорости, диффузора и внутреннего и наружного кольцевых каналов для обеспечения попадания лазерного ножа в проточную часть. Представлена методика проведения экспериментов по визуализации структуры потоков в камере с учетом входной несимметричности скорости с помощью системы PIV. Работа выполнена в рамках государственного задания на выполнение фундаментальных научных исследований на 2020 год и плановый период 2021 и 2022 годов (шифр научной темы 0774-2020-0004; номер темы: FSSG-2020-0004; регистрационный номер в ЕГИСУ НИОКТР АААА-А20-120120790010-3).

Крюков А.В. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Качурин Ю.Ю. (Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Кананыхин О.А. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Федоринов А.С. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Расчет контраста в изображении штриховой миры при его компьютерной симуляции

Работа посвящена исследованию изображения штриховой миры, созданного в режиме Image Simulation программы ZEMAX. При расчетах использована модель фотографического объектива Гелиос-40. Создана модель штриховой миры и получено ее изображение при использовании монохроматического излучения. При формировании изображения было проведено моделирование различных положений штриховой миры: в осевом и наклонных пучках лучей для зоны и края поля. Проведен расчет контраста полученного изображения для различных пространственных частот штрихов миры. Расчет контраста проведен тремя способами: с использованием максимального и минимального значений освещенности изображения, на основе интегральных значений освещенности темных и светлых полос, рассчитанных методом прямоугольников и методом трапеций. Проведено сравнение полученных значений с теоретическими значениями дифракционной модуляционной передаточной функции, рассчитанной в программу ZEMAX.

Губанова Е.А. (ФГУП "ЦАГИ")
Мошаров В.Е. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Радченко В.Н. (ФГУП "ЦАГИ")
Разработка метода измерения температуры капель в аэрохолодильной трубе

При исследовании обледенения летательных аппаратов в аэрохолодильной трубе (АХТ) важным параметром является температура переохлажденных капель в набегающем потоке перед моделью. В данной работе предложен метод измерения температуры капель в АХТ с помощью индуцированной лазером двухкомпонентной флуоресценции люминофоров, добавленных в воду. Для возбуждения люминесценции использовался непрерывный лазер с длиной волны 457нм. В качестве опорного люминофора, люминесценция которого не зависит от температуры, рассматривались Флуоресцеин и Родамин-110, а в качестве чувствительного к температуре люминофора использовался Родамин-С. По измерениям спектров на флуориметре при различных температурах (от 20 до -60С) была выбрана оптимальная концентрация люминофоров, определены оптимальные фильтры для регистрации опорного и чувствительного каналов и рассчитаны калибровочные кривые. Лучшая чувствительность по температуре составила 1.5%/С. Рассчитана теоретическая зависимость интенсивности люминесценции от размера капель, обусловленная эффектом поглощения излучения опорного люминофора чувствительным и самопоглощением чувствительного люминофора. В эксперименте в АХТ предполагается лазерное излучение развертывать в плоскость, а интенсивность люминесценции регистрировать двумя монохромными ПЗС камерами с соответствующими светофильтрами.

Смирнов В.И. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Формулы для оптимальных оценок поляризационных параметров стокса при аддитивно-мультипликативном шуме

Методами параметрической теории информации исследованы минимальные дисперсионные границы оценок параметров Стокса частично поляризованного квазимонохроматического излучения в поляриметрической схеме с анализатором и фазовым компенсатором в условиях аддитивно-мультипликативного нормального шума. Выведены формулы для получения эффективных оценок параметров поляризации. Рассчитаны предельные погрешности оценок степени поляризации. Результаты анализа подтверждены методом численного моделирования.

Смирнов В.И. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Параметрическая идентификация и компьютерная визуализация измерений полей турбулентных параметров в струе жидкости

На основе локальных лазерных допплеровских и оптико-волоконных измерений методом параметрической идентификации выполнена компьютерная визуализация полей турбулентности в осесимметричной затопленной струе жидкости при числах Рейнольдса от 3000 до 15000. Представлены картины поля средней скорости, поля интенсивности турбулентности и поля касательных напряжений.

Мурсенкова И.В. (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Ляо Ю. (Московский Государственный Университет им. Ломоносова)
Уланов П.Ю. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет)
Ши Л. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет)
Высокоскоростное теневое зондирование сверхзвукового потока с наклонной ударной волной при инициировании импульсного поверхностного разряда

Экспериментально теневым методом исследована пространственная структура сверхзвукового течения с наклонной ударной волной при инициировании наносекундного поверхностного скользящего разряда в разрядной камере ударной трубы. Наклонная ударная волна создавалась при обтекании сверхзвуковым потоком малого препятствия на стенке канала разрядной камеры прямоугольного сечения. Поверхностный скользящий разряд протяженностью 100 мм инициировался в области взаимодействия наклонной ударной волны с пограничным слоем на противоположной стенке канала разрядной камеры. Высокоскоростная теневая регистрация поля течения на различных этапах его развития проводилась при числах Маха потоков до 1,7 с одновременной регистрацией разрядных характеристик. Цифровая обработка последовательностей теневых изображений после разряда показала, что движение генерируемых разрядом ударных волн влияет на ударно-волновую структуру потока, которая остается возмущенной в течение ~100 мкс. Определено, что интенсивность ударных волн от разряда зависит от величины и геометрии тока разряда, а их динамика определяется числом Маха потока и характером взаимодействия наклонной ударной волны с пограничным слоем. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 19-08-00661).

Прохоров В.Е. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук)
Оптическая и акустическая регистрация нестационарных газовых пузырей при столкновении капли с поверхностью воды

Газовые пузырьки в водной среде – предмет интенсивных исследований, фундаментальных и прикладных, особенно в областях, связанных с подводными акустическими шумами, процессами обмена на границе "океан-атмосфера", технологиями транспортировки природного газа под водой. На практике важное значение имеет дистанционная акустическая идентификация геометрических параметров пузырей. Распространенный метод основан на уравнении механических осцилляций Рэлея-Плессета для сферического пузырька и вытекающего соотношения между частотой и радиусом. Начальной стадии формирования, когда форма пузырька далека от сферической, формально удовлетворяет модифицированное уравнение, записанное относительно текущего объема. Однако его экспериментальная проверка сильно затруднена, поскольку современными оптическими методами весьма сложно измерить быстро меняющийся объем объекта неправильной формы. В работе проведены эксперименты, в которых выделены пузыри, обладающие на стадии формирования осевой симметрией, что позволило вычислить текущий объем. Оптическая регистрация проведена высокоскоростной видеокамерой, акустические сигнала измерены широкополосным гидрофоном. Совместной обработкой видео- и акустических данных выделены осцилляции объема пузырей и сопутствующих акустических сигналов с хорошим совпадением по частоте и фазе.

Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Долгов А.В. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Паршин В.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Polarization stability of the single-mode laser diodes radiation applied in radiation scattering study complexes

Key features of semiconductor lasers and its serially manufacturing technology modernization have greatly expanded of its using at applied studies at last 20 years. But there is set of factors restricting such lasers application in a number of optical-electronic measuring complexes. Particularly in particle image velocimetry (PIV) and laser Doppler velocimetry (LDV) complexes commonly the gas and solid-state lasers is used due to more stability of spectral, energy and polarization characteristics of radiation then semiconductor lasers have. However gradual introduction of the serially manufacturing laser diodes into such systems picking up the pace that certainly characterizes the progress of reaching the required stability of its output laser radiation parameters. In laser measurement systems where medium investigation carried out by analyzing of scattering radiation in it the probe radiation polarization is often important. So the using in such systems the laser diodes as sources of radiation need to be followed by stability monitoring of its polarization characteristics which may be violated both by the outer factors and by natural degradation of inner laser diode structure. This work is devoted to the issues of monitoring the radiation polarization characteristics of the serially manufacturing single-mode laser diodes.

Борисович Б.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Зинин П.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Булатов М.Ф. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Получение графитоподобного нитрида углерода для применения в оптических целях

Графитоподобный нитрид углерода – флуоресцентный 2D материал отличающиеся своей инертностью по отношению к агрессивным средам (концентрированных щелочах, спиртах и неорганических кислот) и сохраняющий свои люминесцентные свойства при повышенной температуре вплоть до 400°C. Были получены сферические частицы g-C3N4, а также композиты с оксидом алюминия и оксидом титана. Синтез g-C3N4 происходил при происходил при повышенной температуре без доступа воздуха из меламина. Оценен относительный квантовый выход полученных материалов и факторы влюящие на флуоресценцию, а тажке возможность прикладного применения в качестве флуоресцентных меток и использовании в светодиодах. Графитоподобный нитрид углерода имеет большой потенциал в использовании в качестве флуоресцентных меток при исследовании потоков и биозондировании.

Кулак Г.В. (УО Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Беларусь)
Шакин О.В. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Ропот П.И. (Институт физики Национальной академии наук Беларуси)
Collinear acousto-optical filtration of polychromatic Bessel light beams in lithium niobate crystals

The features of collinear acousto - optical filtration of quasi - diffractive Bessel light beams of o- and e- type in uniaxial crystals are investigated. Using the method of overlap integrals, an expression is found for the diffraction efficiency depending on the parameters of the acousto-optical interaction, as well as on the values of the overlap integrals. It is shown that for the zero-order mode of a Bessel light beam for a lithium niobate crystal under conditions of transverse phase synchronism and in the optical spectrum range of 0.4-0.7 μm, the filter bandwidth of ~0.2 nm is achievable; with an increase in the order of the mode m≥1, the increase in the bandwidth is insignificant and is ~0.23-0.24 nm.

Бехтин Ю.С. ( Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Воробьев К.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Метод компрессии трехмерных изображений ультразвуковой фазированной диагностики на основе субполосного вейвлет-кодирования плоскостных срезов

При применении ультразвуковых датчиков с фазированными решетками для неразрушающего контроля металлических изделий сложной формы возникают две основные проблемы: большой объем формируемых трехмерных ультразвуковых изображений (3D УЗИ) и спекл-шум, являющийся следствием случайных фазовых отклонений отраженного ультразвукового луча. Сильно развитый спекл вносит артефакты, которые могут интерпретироваться как дефекты, и наоборот, спекл может маскировать дефект, изменяя его яркость и границы. Предлагаемый метод компрессии основан на применении двумерного дискретного быстрого вейвлет-преобразования (fast wavelet transform – FWT) с выбранным базисом к плоскостным срезам 3D УЗИ с целью одновременного сокращения избыточности и подавления спекла при фиксированной квоте битов. Основная идея метода заключается в комплексировании трех правил пороговой обработки вейвлет-коэффициентов среза (soft, hard, Vidacovic thesholding), равномерных и неравномерных квантователей и распределений квоты битов по субполосам на основе предложенной функции стоимости. С помощью функции стоимости для каждой субполосы FWT выбирается одно правило пороговой обработки, при этом величина порога рассчитывается через несмещенную оценку риска Штайна (SURE). Тип квантователя и его кодовая книга выбирается по минимуму ошибки квантования. Таким образом, предложенный метод гарантирует фиксированный объем данных, передаваемых для мониторинга и вторичной обработки, при любом взаимном расположении датчика и изделия. Результаты имитационного моделирования показывают, что при скорости кодирования до 1 бит/пиксель происходит снижение количества артефактов в среднем до 5÷7 % от первоначального числа при отношении сигнал-спекл более 16 дБ, а индекс структурного сходства (SSIM) возрастает до 0,94÷0,97 для дефектов прямоугольной, треугольной и овальной форм. В работе также приводятся результаты, доказывающие эффективность предложенного метода по сравнению с некоторыми вариантами решения по схеме «предварительная фильтрация + кодек».

Никулин В.В. (ФГБУН Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН)
Чашников Е.А. ( Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук)
Определение параметров вихревого кольца с воздушным ядром в жидкости путем компьютерной обработки видеоизображений

Работа посвящена исследованию вихревых колец, обладающих большой плавучестью. На их примере возможно выявление основных закономерностей динамики плавучих вихревых колец, встречающихся в природных и техногенных процессах. Они возникают при импульсных выбросах плавучего вещества, например, при взрывах, извержениях вулканов, формировании термиков. На практике вихревые кольца нашли применения, например, для тушения пожаров на газо-нефтяных скважинах. Графические методы обработки экспериментальных изображений, используемые ранее в области изучения вихревых колец, имели достаточно ограниченный функционал, не соответствующий актуальным потребностям. Вихревые кольца образуются при инжекции вертикально вверх импульсной струи воздуха в воду. Весь воздух содержится внутри ядра вихревого кольца. Форма воздушного ядра близка к тору, но не стационарна во времени и неоднородна в пространстве. Для сравнения экспериментов с теорией необходимо знать средние геометрические размеры кольца. В силу неоднородности, не стационарности и сложности формы ядра возникают проблемы определения его геометрических параметров, таких как объём, средние радиус тора и радиус поперечного сечения. Для этих задач в среде Matlab на базе нескольких модулей, где основным является Image Processing Toolbox, был разработан автономный метод обработки видеоизображений вихревого кольца, полученных с двух взаимно перпендикулярных направлений: сбоку, перпендикулярно направлению движения вихря, и спереди, вдоль оси движения. Предложенная методика не требует чрезмерных мощностей ПК или временных затрат, но позволяет с достаточной точностью определить эволюцию параметров вихревого кольца по мере движения. Это дало возможность впервые сопоставить экспериментальные результаты для движения плавучих вихревых колец с крупным газовым ядром сложной формы с разработанной ранее теоретической моделью, что позволило провести апробацию модели в принципиально новых условиях.

Шакин О.В. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Архангельский В.Б. (Санкт-Петербургский Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения)
Павлюк А.А. (Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН))
Казаков В.И. (Санкт-Петербургский Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения)
Бестугин А.Р. (Санкт-Петербургский Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения)
Электрооптический и магнитооптический измерители переменного напряжения и тока для высоковольтных линий передачи энергии

Рассмотрены вопросы, связанные с оптическими приборами для измерения напряжения в высоковольтных линиях передачи энергии, благодаря эффекту электрогирации. На основе выращенных кристаллов молибдата натрия висмута безградиентным методом разработаны электрооптический измерительный преобразователь переменного напряжения. Следует отметить высокую оптическую однородность этих кристаллов, что позволило их использовать в таких измерительных приборах. Рассмотрен магнитооптический измерительный преобразователь переменного тока, основанный на использовании эффекта Фарадея в стеклах различных марок. Разработанные электрооптический измеритель переменного напряжения и магнитооптический измеритель переменного тока могут быть использованы для измерения напряжения и тока в высоковольтных линиях передачи энергии. Предложено дальнейшее совершенствование приборов и уменьшение их габаритов и стоимости, благодаря использованию квазибездифракционных бесселевых пучков и акустооптических устройств.

Бурмак Л.И. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Особенности акустооптической фильтрации в схемах низкокогерентной интерферометрии с регистрацией в спектральной области

Рассмотрены основные принципы реализации измерений в схемах низкокогерентной интерферометрии (оптической когерентной микроскопии, оптической когерентной томографии) с регистрацией в спектральной области на основе акустооптической фильтрации. Описана процедура регистрации спектральных интерференционных изображений. Приведены соотношения для извлечения фазовой информации из серии спектральных интерференционных изображений, полученных при спектральной перестройке акустооптического фильтра. Эта фазовая информация может быть пересчитана в высоту профиля исследуемого объекта. Представлены результаты моделирования интерференционных сигналов для отражающих объектов и слоистых частично прозрачных объектов. Рассмотрены особенности измерений методом низкокогерентной интерферометрии с регистрацией в спектральной области, обусловленные акустооптической фильтрацией. Дана оценка влиянию параметров акустооптического фильтра на диапазон измерения глубин и разрешение по глубине. Представлены результаты моделирования интерференционного сигнала и экспериментальные данные, полученные в схеме с акустооптической фильтрацией интерферирующих пучков на выходе интерферометра Майкельсона.

Исаенков С.В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Черданцев А.В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Черданцев М.В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Влияние внешних возмущений на волновую картину пленки жидкости в дисперсно-кольцевом режиме газожидкостного течения

Изучено влияние внешних возмущений (пульсаций расхода жидкости) на эволюцию волновой картины на поверхности пленки жидкости в дисперсно-кольцевом режиме течения в вертикальном канале с внутренним диаметром 11,7 мм. Эксперименты проводились в широком диапазоне расходов жидкости (числа Рейнольдса варьировались в диапазоне от 140 до 400) и скоростей газа (от 29 до 70 м/с), длина рабочей области составляла 470 мм. Метод лазерно-индуцированной флуоресценции позволяет проводить измерения толщины пленки жидкости с высоким пространственным и временным разрешением. Анализ пространственно-временных записей толщины показал влияние некоторых частот возбуждения на развитие волновой картины течения; частота менялась в диапазоне от 20 до 100 Гц с шагом 20 Гц. Был определен частотный диапазон восприимчивости пленки к возбуждениям. Обнаружено, что для частот из диапазона крупномасштабные волны возмущения становятся более регулярными, а их формирование происходит ближе к входу в канал по сравнению с течением пленки без возбуждения. Исследовано влияние возмущений на изменение амплитуды, скорости и продольного размера волн вниз по потоку. Наложение пульсаций приводит к незначительному увеличению расхода дисперсной фазы.

Залетов И.С. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Майсков Д.И. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Сагайдачный А.А. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Фомин А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Скрипаль А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Термографическая и реографическая оценка синхронности колебаний кровотока в контралатеральных областях конечностей

Рассматривается возможность использования термографического и реографического методов исследования для оценки синхронности колебаний кровотока в контралатеральных конечностях с целью разработки метода медицинской диагностики. Проведена оценка коэффициентов корреляции температурных кривых и их вейвлет–спектров в диапазонах колебаний кожного кровотока, регулируемых центральными и местными физиологическими механизмами. Для расширения возможности исследования гемодинамических колебаний вместе с термографическим методом использовался реографический метод, позволяющий оценивать колебания выше 0,1 Гц. Для анализа синхронности колебаний в контралатеральных областях конечностей использовано преобразование Гильберта с вычислением суммарного процента фазовой синхронизации. Анализ экспериментальных данных показал высокую степень корреляции данных в диапазонах ниже 0,1 Гц для термографических сигналов и ниже 2 Гц для реографического сигнала, исключая диапазон 0,15-0,5 Гц с низким уровнем корреляции. Выявлен парадокс корреляции местных механизмов и отсутствия корреляции центрального механизма в диапазоне дыхательных колебаний. Полученные результаты позволяют говорить о возможности применения термографического метода исследования синхронности колебаний кровотока в контралатеральных конечностях вместе с реографическим методом, для оценки риска развития заболеваний связанных с нарушением регуляции кровообращения.

Губарев А.П. (ООО «НПП ВИЧЕЛ»)
Кузнецов А.С. (Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана)
Одиноков С.Б. (Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана)
Шалыгин А.Н. (Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова)
Сарычев А.К. (Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской Академии Наук)
Иванов А.В. (Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской Академии Наук)
Смык А.Ф. (ООО «Джеймс Ривер Бранч»)
Скрытая маркировка голограмм и защищаемых ими документов

Рассмотрены оригинальные методы защиты голографической продукции от подделки. Проведена оценка технологии маркировки голограмм и ее регистрации, осуществляемых либо визуальными способами, либо с помощью машиночитаемых компьютеризированных оптико-электронных средств. Проведен их сравнительный анализ. Предложен способ маркировки изделий, в том числе защитных голограмм, с помощью специальных идентификационных меток, обладающих способностью скрытного размещения на поверхности или внутри изделий, выполненных на различных основах. Метка с толщиной менее 1 микрона, в зависимости от типа защищаемого изделия, может быть выполнена либо на подложке произвольной формы, либо непосредственно на изделии. Работа таких меток основана на возбуждении металл-диэлектрических плазмонных резонансов и вызванном этими резонансами эффекте гигантского комбинационного рассеяния света.

Знаменская И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Коротеева Е.Ю. (Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова)
Дашян М.Э. (Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова)
Исследование тепловых потоков в области лица при использовании медицинских масок

Тепловизионная съемка является одним из способов бесконтактного мониторинга дыхания. Дыхание, чихание и кашель можно рассматривать как реализацию струйных затопленных потоков; в процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в дыхательный аппарат человека, нагревается, меняет состав, насыщается водяными парами. Для термографической визуализации наибольший интерес представляют углекислый газ и водяной пар, содержание которых увеличивается в выдыхаемом воздухе по сравнению с вдыхаемым в значительной степени. Таким образом, струя выдыхаемого газа благодаря температурному и концентрационному контрасту является регистрируемым объектом для инфракрасной термографии в диапазоне около 3-8 мкм. Ряд работ последних лет демонстрирует потенциал использования видео-термографии лицевой зоны в качестве бесконтактной технологии для контроля дыхания. В данной работе визуализированы динамические тепловые поля вблизи лица человека при дыхании и кашле, в том числе при наличии на лице медицинской маски. Проведены измерения частотных и амплитудных характеристик тепловых потоков, а также исследованы зависимости дальности и интенсивности тепловых затопленных струй при наличии естественной и вынужденной конвекции.

Майсков Д.И. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Сагайдачный А.А. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Волков И.Ю. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Фомин А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Скрипаль А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Фотоплетизмографическая визуализация гемодинамики и оксиметрия с применением оптического просветления кожи человека

Рассматривается влияние различных способов оптического просветления кожи человека на результаты фотоплетизмографической визуализации изменения гемодинамики и оксиметрии в области фаланги пальца. Описана экспериментальная установка и способ обработки экспериментальных данных, которые представляют собой изображение пространственного распределения амплитуды кардиальных колебаний кровотока. Установлено значительное влияние механического способа просветления кожи на результаты эксперимента, в частности, при давлении 90 мм.рт.ст. (1,2 г/мм2) наблюдается максимум амплитуды пульсовых колебаний кровотока. Дальнейшее увеличение давления приводит к уменьшению амплитуды пульсовых колебаний. Продемонстрированы возможности двумерной ФПГ-визуализации для изучения воздействия внешней компрессии на гемодинамику конечностей, а также влияние внешней компрессии на результаты оксиметрии. Установлено влияние просветления кожи с помощью химических агентов на вид двухмерного фотоплетизмографического и оксиметрического сигналов.

Залетов И.С. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Майсков Д.И. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Сагайдачный А.А. (Саратовский национальный исследовательский университет имени Н.Г.Чернышевского)
Волков И.Ю. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Фомин А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Скрипаль А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Интегральное картирование гемодинамических процессов и активности потовых желез методом динамической инфракрасной термографии

В работе проведен анализ деятельности потовых желез путем построения интегральной карты времени активности потовых пор. Показано, что при термографическом анализе гемодинамических процессов следует учитывать пространственное распределение потовых пор, а также учитывать двухкомпонентность температурного сигнала, обусловленного как испарением жидкости с поверхности кожи за счет работы потовых желез, так и влиянием периферической гемодинамики. Проведены термографические и фотоплетизмографические измерения в области пальцев рук, в группе нормальных испытуемых, в процессе выполнения пяти дыхательных экскурсий с интервалом между вдохами 30 с. В результате установлено наличие констрикции сосудов конечности и увеличения количества активных потовых желез при проведении каждого дыхательного маневра. Динамика кровотока демонстрирует синхронность в контралатеральных конечностях. Динамика активности потовых желез согласуется с моментами проведения дыхательной пробы, но синхронность не строгая. Предлагается использовать термографический метод визуализации для построения интегральных карт кровотока. Представленные карты активности потовых желез и кровотока в перспективе могут использоваться для обнаружения патологий малых нервных волокон и сосудистого русла, развивающихся при ряде болезней, например, таких как сахарный диабет.

Вытовтов К.А. (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН)
Барабанова Е.А. (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН)
Вишневский В.М. (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН)
Быстродействующая отклоняющая система 1х4 для фотонных систем связи

Разработка фотонных коммутаторов является перспективным направлением развития сетей связи нового поколения. Ранее авторами была предложена многослойная отклоняющая система 1х4 с пространственным отклонением луча на основе метаматериала, использование которой для построения фотонных коммутаторов, позволяет увеличить их быстродействие до единиц пикосекунд. Дальнейшее совершенствование пространственных отклоняющих систем требует решения двух задач: увеличение пространственного отклонения луча и уменьшение времени переходных процессов. Уменьшить время переходных процессов можно за счет уменьшения емкости структуры, а увеличение пространственного разнесения возможно путем изменения геометрии задачи. В связи с этим предлагается новая отклоняющая система 1х4 для фотонных коммутаторов, работающая на отражение и прохождение сигнала, позволяющая добиться большего пространственного отклонения и быстродействия за счет уменьшения времени переходных процессов. Предлагаемая отклоняющая система состоит из управляемых зеркал, представляющих собой структуры из ниобата лития и неуправляемых зеркал, представляющих собой кварцевые пластины. В работе представлены результаты аналитического расчета коэффициентов отражения и прохождения управляемых зеркал, пространственного отклонения лучей, емкости отклоняющей структуры и ее быстродействия. Результаты моделирования в программе Comsol подтверждают правильность расчетов.

Газизов И.М. (АО «Институт физико-технических проблем» ГК «Росатом»)
Смирнов А.А. (АО «Институт физико-технических проблем» ГК «Росатом»)
Спектральный анализ фотопроводимости для определения характеристик CdTe и CdZnTe детекторов

Рассмотрены результаты применения оптических методов: спектрального анализа фотопроводимости в диапазоне 400-1800 нм и полевых измерений стационарной фотопроводимости для исследования объемных и поверхностных характеристик CdTe и CdZnTe детекторов гамма-излучения. Исследования фотоотклика образцов проводились в разных режимах облучения: модулированным с частотой 25 Гц и стационарным световым потоком. Измерения проводились при комнатной температуре на отечественном и зарубежном материалах детекторного качества. Методом спектральной фотопроводимости в исследованных материалах проведены оценки параметров глубоких уровней, влияющие на детекторные свойства. На основании расчетов полевых зависимостей фотопроводимости определялись объемные и поверхностные параметры захвата и рекомбинации неравновесных носителей в исследованных детекторах. Проведено сравнение полученных результатов расчета транспортных характеристик переноса заряда электронами μτe в детекторах с аналогичными параметрами, измеренными с помощью традиционного метода облучения детектора α-частицами. Показана возможность контроля содержания Zn в CdZnTe детекторах с использованием метода спектральной фотопроводимости.

Волков М.В. (Университет ИТМО)
Ловчикова Е.Д. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Данилычева И.В. (ФГБУ “ГНЦ Институт иммунологии” ФМБА России)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Исследование микроциркуляции методами видеокапилляроскопии при проведении холодовой пробы

Холодовая проба является одним из основных функциональных тестов при исследовании микрососудистого русла кожи. При этом важной задачей является автоматизация визуализации капиллярной сети и измерения параметров микроциркуляции непосредственно в локальной области воспаления. В данной работе описана разработанная авторами зондовая оптико-электронная система для неинвазивной визуализации микрососудистого русла кожи произвольных частей тела человека и обработки таких изображений с целью определения морфологических параметров капиллярной сети и их изменений при внешних воздействиях. Благодаря оптимальному набору оптических характеристик предлагаемый подход обеспечивает высококачественную визуализацию кожи даже при наличии волос, незначительных вибраций тела и дыхания, а описанный алгоритм обработки позволяет получать достоверную информацию о капиллярной карте. Приведены результаты экспериментальных исследований. Полученные результаты могут быть использованы для разработки методов выявления скрытых нарушений гемодинамики и диагностики различных заболеваний.

Митрофанова А.Ю. (Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана)
Сафин А.Р. (Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН)
Кравченко О.В. (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН)
Нейроморфные вычисления на основе гибридной структуры антиферромагнетик-тяжёлый металл под действием импульсов лазерного излучения

В работе предлагается модель нейроморфного процессора, состоящего из возбуждающих и обрабатывающих нейронов – осцилляторов и детекторов. Рассмотрен концепт нейроморфных вычислений, реализуемых с помощью генерации спинового тока за счёт оптического возбуждения магнитных колебаний в антиферромагнетике. Обратный спиновый эффект Холла обуславливает генерацию электрического тока в слое тяжёлого металла. По общей шине протекает постоянный управляющий электрический ток. Магнитные колебания в принимающем нейроне возникают за счёт спинового эффекта Холла. В качестве материала базовых ячеек АФМ изоляторов использован двухосный кристалл оксида никеля, а в качестве тяжёлого металла – платина. Использование оптического возбуждения позволяет существенно увеличить скорость обработки нейроморфных вычислений при низком энергопотреблении. В представленной модели реализованы простейшие операции нейроморфных вычислений, такие как логическое OR и AND.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Зыкова Л.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Бурлаков А.Б. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Титов С.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Богаченков А.Н. (МИРЭА - Российский технологический университет)
Huang C. (National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan)
Разработка методики и средств сонографического исследования сердечно-сосудистой системы малых организмов in vivo

Development of ultrasound echocardiography technique for imaging of the cardiovascular system of small organisms in vivo A technique based on a high-frequency ultrasound scanner was developed for imaging and characterization of the cardiovascular system of small organisms in vivo. An optical microscope combined with the ultrasonic unit was used in the experimental setup for simultaneous recording ultrasonic signals and video data. It was shown that combination of optical and ultrasonic data is effective to visualize dynamic processes in a living object. In addition to imaging of the cardiovascular system, video data was processed to estimate the period and phase of the cardiac cycle and to generate a trigger signal for the ultrasonic unit. The proposed approach and developed experimental setup were applied to imaging of the Danio rerio larva. In a result of the processing of the synchronous ultrasonic and optical data, the blood flow in the heart of the larva and the movement of surrounding organs were observed.

Крюков А.В. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Якубовский С.В. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Коррекция кривизны поля в объективах видеоэндоскопов через параметры воздушного мениска

В работе представлена методика синтеза конструктивных параметров воздушного мениска, встраиваемого в оптическую схему и выполняющего роль коррекционного элемента для исправления кривизны поля всей оптической системы. Практическое применение предлагаемой методики актуально при создании миниатюрных объективов медицинских видеоэндоскопов, для которых важны малое число линз и обеспечение плоского поля изображения для матричного приемника излучения. Получены аналитические зависимости для конструктивных параметров воздушного мениска и сформированы необходимые условия для коррекции кривизны поля объектива. Выполнен численный расчет характеристик оптической системы объектива с вынесенным входным зрачком, подтвердивший правильность сформулированных условий. Проведено сравнение значений аберраций исходного объектива со значениями аберраций модернизированной системы. Показано, что в результате введения в оптическую схему синтезированных параметров воздушного мениска проведена компенсация значений кривизны поля и астигматизма при сохранении значений комы, дисторсии, фокусного расстояния и длины оптической системы на уровне исходных значений.

Цатурян Н.В. (Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет))
Маношкин Ю.В. (Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет))
Investigation of generation of ionic wind in positive sliding resistive barrier discharge (RBD) in air under normal conditions

Over the past two decades, dielectric barrier discharge (DBD) has been actively studied for the capability to control flow processes in aerodynamics. Despite active research, the physical processes occurring in the DBD remain unexplored. At the same time, the main drawback of DBD is the complex in space and non-stationary in time behavior of carriers of different signs, since DBR does not allow to work with direct current. Recently, a method to replace the dielectric barrier with a resistive one has been proposed. That allows to simplify experimental studies of discharge parameters for carriers of different polarities. Simultaneously, it is possible to create a gas flow sliding along the barrier surface in the direction of electrode. It is known that the corona discharge (CR) and DBD at atmospheric pressure are filamentary. The visual characteristics of the current filament differ significantly for negative and positive modes. In a negative discharge, the glow is observed only in the ionization zone and in a positive discharge the entire filament glows. In this paper, a positive sliding resistive barrier discharge (RBD) is used to study the electrical and gas dynamic characteristics, in which the needle is mounted on a flat silica glass. The tip of the needle is located strictly on the border of the dielectric and the barrier to create a horizontal section of the current filament.

Кувшинников А.Е. (Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН)
Бондарев А.Е. (Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН)
Processing and visualization of the results of parametric numerical calculations

In modern problems of mathematical modeling in computational gas dynamics, it is increasingly necessary to implement parametric studies. In these cases, the key factors of the problem under consideration vary with the chosen step within the given ranges. Calculations of this kind can be effectively carried out by constructing a generalized computational experiment. A generalized computational experiment is a computational technology that combines the solution of mathematical modeling problems, parallel technologies, and visual analytics technologies. The results of a generalized computational experiment are multidimensional arrays, where the dimension of the arrays corresponds to the number of key factors. Processing and visual presentation of such arrays requires solving a number of separate tasks. The report examines the types of such problems and approaches to their solution. Examples of solving specific processing and visualization problems based on the implemented generalized computational experiment in computational gas dynamics are given. The processing and visual presentation of the results are carried out for target functionals represented as a function of many variables.

Кравченко О.В. (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН)
Разумов Т.Е. (Mail.ru Group)
Чуриков Д.В. (НТЦ УП РАН)
Применение свёрточных нейронных сетей в задаче оптического распознавания текста для фильтрации нежелательных данных (сообщений)

В работе рассматривается задача обнаружения и фильтрации нежелательных данных. Решается задача оптического распознавания текста (ОРТ), на примере фильтрации спам-сообщений, получаемых по электронной почте. В качестве модели классификатора нежелательных писем в электронной почте выбрана полносвязная свёрточная нейронная сеть (FCNN), которая разделяет письма на две категории: “спам” и “не спам”. Выполнен анализ производительности CPU и эффективности обучения модели для различных Python библиотек. Проведены сравнения результатов обучения при различных методах предобработки изображений, содержащих текст: bag of words, fast text embeddings, bert embeddings. Проведен численный эксперимент, и рассмотрено влияние на скорость и качество обучения модели в зависимости от модификации функции потерь, функций активации на разных слоях, выбора метода оптимизации и изменения иных гипер-параметров. На основе свёрточной сети построена модель потоковой классификации изображений по критерию наличия нежелательной информации, предназначенной для получения идентификационных данных пользователей (фишинга). Реализовано приложение на языке C++ для запуска классификаторов изображений, имеющее микро-сервисную архитектуру, выдерживающее более 1 млн. запросов в минуту. Сервисы осуществляют взаимодействие по протоколу GRPC, передавая данные в формате protobuf.

Мурсенкова И.В. (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Тимохин М.Ю. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет)
Тихонов М.С. (Department of Mathematics, University of Virginia, USA)
Милицина А.А. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет)
Кузнецов А.Ю. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет)
Цифровая обработка теневых изображений с учетом дифракции на фронте ударной волны

Эксперименты по исследованию структуры сверхзвуковых потоков воздуха в канале ударной трубы прямоугольного сечения проводились при числах Маха ударных волн 2,20-3,60, начальном давлении воздуха 3-30 торр. Оптическая система формировала параллельный пучок света от непрерывного или импульсного источника, который зондировал участок канала рабочей секции ударной трубы через кварцевые стекла. Система синхронизации позволяла регистрировать последовательности теневых изображений поля течения высокоскоростной камерой (частота кадров до 750000 к/с) или отдельные изображения фотокамерой. Цифровая обработка экспериментальных теневых изображений проводилась путем сканирования поля изображения в заданных направлениях для определения положения ударных волн, контактных поверхностей, границ неоднородностей. С помощью программы сканирования строились профили интенсивности в выбранных направлениях; по ним определялись положения ударных волн на разных этапах движения и положения газодинамических разрывов после инициирования наносекундных сильноточных разрядов: поверхностного скользящего и комбинированного объемного. Теневые картины, полученные с использованием когерентного источника излучения, анализировались с учетом дифракции на фронте ударной волны, приводящей к качественному изменению распределения освещенности изображения.

Шторк С.И. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН))
Суслов Д.А. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Литвинов И.В. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Гореликов Е.Ю. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Использование метода лазерно-допплеровской анемометрии для поиска оптимальных режимов работы модели микрогидротурбины

Гидроэлектростанции (ГЭС) отличаются гибкостью при управлении вырабатываемой энергии, имеют высокую эффективность. На отдельной местности недорогую энергию можно получать на малых ГЭС, эти системы надежны и автономны в работе. Одной из основных задач эксплуатации микрогидротурбин - это их оптимизация на работу в заданных полевых условиях. Целью работы является разработка алгоритма для нахождения оптимальных режимов работы микрогидротурбины посредством проведения модельного эксперимента с использованием лазерно-допплеровской анемометрии (ЛДА). Прототипом микрогидротурбинного устройства послужила воздушная модель турбины пропеллерного типа. Модель состоит из последовательно установленных неподвижного и вращающегося лопаточного завихрителя, позволяющих задавать распределение скорости как на выходе после рабочего колеса реальной гидротурбины. Большинство элементов стенда были сделаны с применением технологии быстрого прототипирования. Для проникновения лазерных лучей внутрь конуса, часть стенки конуса была заменена прозрачной твердой пленкой. С применением ЛДА получены распределения скорости в осесимметричной отсасывающей трубе модели микрогидротурбины для условий потока, соответствующих широкому диапазону рабочих режимов микрогидротурбинной установки. Для детального анализа профилей скорости были выбраны три характерных режима, соответствующие режиму частичной нагрузки с образованием прецессирующего вихревого ядра, режиму наибольшего расчетного КПД и режиму перегрузки гидротурбины. Найденная значительная закрутка потока при неоптимальных режимах работы приводит к потерям энергии и снижению эффективности гидротурбины в целом. Построено поле скорости в режиме нулевой закрутки для исследования оптимального режима течения. Обнаружено, что поток равномерен по аксиальной скорости, однако имеется в центральной части завихрителя слабая перекрутка потока. С помощью анализа средних распределений скорости за рабочим колесом, показано, что для создания микрогидротурбины можно рассматривать нулевой уровень параметра крутки, как наиболее оптимальный с точки зрения работы турбины. Это дает сократить время при проектировании оборудования на заданные полевые условия водоема. Работа выполнена при государственной поддержке научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах, соглашение № 075-15-2019-1923, а также при поддержке гранта Президента РФ МК-1504.2021.4

Высоких Ю.Е. (Научно технологический центр уникального приборостроения РАН)
Ближнепольная поляризационная оптическая микроскопия на углеродных апертурных кантилеверах для характеризации доменной структуры и топографии тонких пленок

Создание перспективных запоминающих устройств на магнитных носителях, а так же широкое применение магнитооптических материалов в современной фотонике, электронике обуславливает высокую значимость создания и исследования перспективных магнитных структур. Для контроля параметров тонкопленочных материалов с высоким пространственным разрешением уже недостаточно классических методов исследования таких как магнитооптическая микроскопия. Существующие методы атомно-силовой микроскопии позволяют локализовать исследуемую область, однако обладают рядом недостатков, связанных с использованием намагниченного кантилевера. Однако комбинация магнитооптической и атомно-силовой микроскопии позволяет избавиться от недостатков и обеспечить одновременную визуализацию доменной структуры образца и его топографии с высоким пространственным разрешением. Авторами показана схема возможной комбинации методов, обеспечивающая переход от классической магнитооптике к субдифракционной поляризационной микроскопии. Показана возможность получения оптического контраста на доменных структурах размером до 100 нм при одновременном получении топографии поверхности образца с точностью до единиц нанометров.

Наумов И.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Цой М.А. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Скрипкин С.Г. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Шарифуллин Б.Р. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Программно-аппаратный комплекс трековой визуализации закрученных потоков

Для исследования ограниченных закрученных течений в вихревых устройствах создан программно-аппаратный комплекс для проведения трековой визуализации, включающий в себя систему контроля числа Рейнольдса закрученного потока и систему трековой визуализации. В замкнутых течениях вследствие вязкого трения происходит нагрев среды, сопряженный с изменением вязкости. В системе контроля числа Рейнольдса, управляющей скоростью вращения закручивающего устройства, реализована обратная отрицательная связь по температуре. Система трековой визуализации реализует разработанную и апробированную авторами методику цифровой трековой визуализации в режиме реального времени. Исследуемая оптически прозрачная среда должна содержать трассирующие частицы, которые подсвечиваются постоянным световым ножом, плоскость которого формирует диагностируемую область. Для повышения соотношения сигнал/шум применяются цифровая фильтрация на основе осреднения скользящим окном и удаление статического фона, что позволяет наблюдать слабоконтрастные перемещения светорассеивающих частиц в широком динамическом диапазоне даже при наличии значительной по интенсивности фоновой засветки. Отработка усовершенствованного метода трековой диагностики течения проводилась для различных характерных режимов вихревого и циркуляционного течения для цилиндрических контейнеров диаметров 94 и 146 мм. Для цилиндрического контейнера R = 47 мм и высотой h/R = 0.5 применение метода позволило определить и изучить критические параметры системы, влияющие на формирование циркуляционных ячеек. На основе данной методики создана программа, позволяющая настраивать параметры регистрации изображений цифровой камерой и последующей фильтрации для применения к различным течениям. Программа может быть использована для проведения исследований ограниченных и проточных вихревых течений в различных областях: медицина, авиастроительная сфера, энергетика, химическая и нефтегазодобывающая промышленность.

Скрипаль А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Джафаров А.В. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Добдин С.Ю. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Щедринов М.П. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Инкин М.Г. (Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского)
Анализ кровотока артериальных сосудов по спектру автодинного сигнала лазерного интерферометра

В работе представлены результаты исследования кровотока артериальных сосудов по Фурье-спектру автодинного сигнала полупроводникового лазерного автодина. Установлены особенности применения оконного преобразования Фурье: применение различных типов и ширины окон. Проведён сравнительный анализ предлагаемого решения и метода сфигмографии путем вычисления коэффициента корреляции между производной, полученной дифференцированием сфигмографического сигнала, и зависимостью от времени частоты оконного преобразования Фурье с максимальной амплитудой. Для реализации предлагаемого метода разработан программно-аппаратный комплекс, который позволяет одновременно регистрировать сигнал от сфигмографа и лазерного автодина, выполнять предварительную обработку сигнала, вычислять коэффициент корреляции. Проведены экспериментальные исследования кровотока артериальных сосудов на группе молодых людей в возрасте 18-22 лет. Обсуждаются полученные закономерности и особенности исследований.

Кугейко М.М. (Белорусский государственный университет)
Баравик А. . (Белорусский государственный университет)
Determination of the concentration of СО2 and H2O vapor under conditions of overlapping spectral lines

The efficiency of determining the concentration of СО2 and H2O vapors in the atmosphere has been investigated taking into account the overlap of their spectral lines. It is proposed to use regression relationships established between the determined and measured parameters of the investigated medium. These ratios can be set both for fixed values of temperature and pressure, and for a set range of their values. When calculating the absorption value, all overlaps of spectral lines are taken into account, taking into account their broadening at different temperatures and pressures. This allows the method to be used in multicomponent media with strongly overlapping spectral lines. The established regression relations are resistant to errors in the measurement information, which also improves the accuracy of determining the concentrations of the component composition of the gas medium. In addition, they are determined promptly (in real time), since the calculation of concentrations using established relationships (analytical expressions) between the determined and measured values does not present computational difficulties.

Кудрявцева А.Д. (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)
Шевченко М.А. (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)
Баранов А.Н. (Физический факультет МГУ)
Земсков К.И. (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)
Маресев А.Н. (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)
Чернега Н.В. (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)
Уманская С.Ф. (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)
Влияние температуры и длительности импульса накачки на ВКР в порошках

В работе исследовалось вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) в порошке нитрата бария в двух временных режимах: при возбуждении лазерными импульсами длительностью 11 нс и 30 пс. Показано, что порог ВКР в порошке при пикосекундном лазерном возбуждении намного ниже, чем при наносекундном, в отличие от случая сплошной среды (кристаллического нитрата бария). При возбуждении пикосекундными импульсами регистрировались две стоксовых и одна антистоксова компонента со сдвигом частоты 1047 см-1, а при наносекундном возбуждении регистрировалась только первая стоксова компонента. В пикосекундном режиме понижение температуры приводило к увеличению интенсивности ВКР и перераспределению энергии в пользу компонент более высокого порядка. С помощью интерферометров Фабри-Перо с различными базами выполнена оценка длительности импульса ВКР в пикосекундном режиме. Длительность импульса находится в диапазоне 16,5 ÷ 22 пс. При понижении температуры образцов до температуры жидкого азота длительность импульса в пикосекундном режиме возрастала, а ширина линии первой стоксовой компоненты уменьшалась. Таким образом, в работе показано, что благодаря высокой эффективности преобразования лазерного излучения накачки в ВКР в порошке нитрата бария в пикосекундном режиме и большей стабильности при лазерном воздействии, чем для сплошных образцов, он может успешно использоваться в качестве активного материала в рамановских преобразователях.

Мизев А.И. (Институт механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН))
Мошева Е.А. (Институт механики сплошных сред УрО РАН - филиал ФГБУН ПФИЦ УрО РАН)
Шмыров А.В. (Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермский федеральный исследовательский центр)
Visualizing methods for the mixing process of liquids in a continuous-flow Y-channel in the presence of double diffusive convection

Most of the chemical and pharmaceutical substances are obtained using the continuous-flow technology in microreactors. The fundamental condition for a high reaction product yield is effective mixing of the reagents. A variety of active and passive micromixers are used to ensure it. Active ones use additional energy input, obtained through using ultrasounds, electric or magnetic fields. Passive ones provide mixing due to the formation of convective flows caused by the complex geometry of the mixer or by hydrodynamic instabilities. The variety of reactions and their features require an individual approach to the choice of the microreactor geometry and the mixing method. The object of this study is the mixing process of two liquids in a continuous-flow Y-channel under conditions of the development of double diffusion instability that arises at the boundary between initial flows due to different diffusion rates of components dissolved in them. To visualize the convective flows and their structure, several experimental methods that are based on the interferometry, on the use of chemical indicators of the pH value and fluorone dyes were applied. Based on the analysis of experimental images, data on the mixing efficiency were obtained.

Крюков А.В. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Качурин Ю.Ю. (Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Датий Ю.С. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Расчет панкратической тепловизионной системы смотрящего типа

Работа посвящена разработке панкратической системы смотрящего типа, предназначенной для работы в среднем ИК диапазоне спектра. В тепловизионной системе смотрящего типа анализ изображения осуществляется с помощью многоэлементного матричного приемника излучения с наличием охлаждаемой диафрагмы для повышения контраста наблюдаемого изображения. Использование системы переменного увеличения позволяет более эффективно решать задачи обнаружения и распознавания объектов, требуя при этом решения специфических задач, не свойственных системам с фиксированным фокусным расстоянием. В связи с этим в работе представлено обоснование выбора оптической схемы четырехгруппового панкратического объектива с двумя подвижными группами линз для обеспечения большого (15-20Х) перепада фокусных расстояний, приведены аналитические зависимости для расчета законов движения подвижных групп схемы. Рассмотрены вопросы габаритного расчета проекционного объектива сопряжения, предназначенного для согласования выходного зрачка панкратической системы с холодной апертурой приемника излучения и обеспечивающего приведение размера изображения к формату сенсора.

Отмахов С.В. (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана )
Филиновский А.В. (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана )
Коррекция режима работы сети Хопфилда при восстановлении искажённых образов

В настоящей работе исследуется возможность построения области асимптотической устойчивости для системы дифференциальных уравнений, соответствующих нейронной сети Хопфилда. Как известно, нейронная сеть Хопфилда является одной из моделей ассоциативной памяти и используется в качестве инструмента решения задач распознавания образов и восстановления искажённых изображений. В силу того, что соответствующая дискретной модели сети Хопфилда система дифференциальных уравнений имеет асимптотически устойчивую точку покоя, эволюция сети происходит в направлении одного из положений равновесия, являющегося одновременно локальным минимумом функции Ляпунова системы. При этом, в режиме работы сети возможны ситуации, когда достигнутое устойчивое состояние нейронной сети не соответствует ожидаемому выходу. В данной работе анализ этой ситуации проводится путём построения области асимптотической устойчивости с помощью так называемых R-операций. Теория R-функций, устанавливающая связь между действительнозначными и булевыми функциями, была не так давно с успехом применена к исследованию устойчивости особых точек систем дифференциальных уравнений. На основе уже существующих методов построения области асимптотической устойчивости, а также наглядных геометрических свойств R-операций предложен способ корректировки алгоритма работы нейронной сети Хопфилда.

Гузеев А.С. (ФГУП Крыловский государственный научный центр)
О вихревом следе за колеблющимся крылом

В вертикальной гидродинамической трубе с прозрачным рабочим участком проведена серия исследований структуры вихревого следа за крылом, установленным под различными углами атаки в стационарном положении, а также при совершении им периодических колебаний с изменением угла атаки и при плоско-параллельном перемещении в направлении перпендикулярном направлению натекающего потока. Вертикальная гидродинамическая труба имеет рабочий участок с поперечным сечением 15х15 см и длину 60 см. В исследованиях использовано симметричное крыло соответствующее спинному плавнику дельфина афалина. Исследования проведены с использованием методов визуализации потока с помощью подкрашенной жидкости, водородных пузырьков и воздушных пузырьков. Проведен анализ картин течения и установлены некоторые закономерности структуры вихревого следа. Получены фотографии и видео фрагменты визуализированных течений.

Гузеев А.С. (ФГУП Крыловский государственный научный центр)
Вертикальная гидродинамическая труба на службе Морского флота России

Представлен обзор результатов экспериментальных исследований вихревых 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. 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.

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Горевой А.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Моделирование оптической системы акустооптического стереоскопического спектрометра

Доклад посвящен стереоскопическому спектрометру, реализованному на основе акустооптического (АО) взаимодействия двух световых пучков лучей, идущих в одиночном кристалле парателлурита по различным траекториям. Оба световых пучка, образующих изображения стереопары, взаимодействуют с акустическим пучком в одном и том же объеме, для обоих оптических пучков реализован широкоугольный режим дифракции. В докладе представлены результаты моделирования оптической системы АО стереоскопического спектрометра, выполненное в программе ZEMAX с использованием специализированного оригинального программного модуля, описывающего в геометрическом приближении распространение оптического излучения в АО кристалле. Выполнен анализ качества изображения, рассмотрены отдельные виды аберрации (дисторсия, продольный и поперечный хроматический сдвиг и др.), их зависимость от конфигурации АО кристалла, предложены способы их компенсации.

Поройков А.Ю. (НИУ "МЭИ")
Марченков А.Ю. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Шарикова М.О. (НТЦ УП РАН)
Оптическая диагностика дефектов железнодорожных рельсов

Одними из основных факторов крушений и сходов поездов являются усталостные изломы рельсов, осей колесных пар, цельнокатаных колес, боковых рам тележек вагонов и других ответственных деталей подвижного состава. Несмотря на широкое применение различных физических методов контроля (вихретокового, ультразвукового, магнитного), причинами аварий являются, как правило, пропуски дефектов в сложных элементах конструкции тележки вагона. Целью работы является повышение достоверности обнаружения дефектов в деталях подвижного состава за счет разработки унифицированного оптического метода контроля. Методы машинного зрения позволяют проанализировать форму исследуемого поверхностного дефекта и измерить его геометрические параметры. Результаты могут быть востребованы как научно-исследовательскими организациями железнодорожной отрасли при решении экспертных задач, так и производственными и ремонтными предприятиями при проведении регулярных диагностических процедур.

Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Березовская Н.В. (АО "Трест Гидромонтаж")
Тарасов А.Е. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Паршин В.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Optimization of power supply mode of single-mode laser diode by ratio of current and integral spectrum parameter

Bursting development of the technological base of semiconductor quantum electronics determined the width of the domain for use of semiconductor lasers in optical-electronic measuring systems based on the optical methods of stream research. In order to improve the accuracy of such systems it is proposed to use a simple technique for optimizing the supply mode of a single-mode laser diode based on an analysis of the current dependence of its integral spectral parameter. It is shown that the optimal value of the pumping current appears when the radiation spectrum envelope line tends to match the normalized Gaussian curve within the width of the spectral line.

Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Семенова О.И. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Березовская Н.В. (АО "Трест Гидромонтаж")
Тарасов А.Е. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Савинов Н.С. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Паршин В.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Prediction of life time of high-power IR laser diode by resolution of its spectrum to single-mode components

One of the prospective fields of development of optical-electronic measuring systems, which are used to investigate streams, is to develop active systems that allow to regulate thermal physical parameters of diagnosed stream volume in a certain range of their values. It comes in handy to use high-power infrared radiated laser diodes as a controlled source of heat flow. Thus the task of predicting the lifespan of these lasers becomes actual. In the given work it is proposed to solve this task by analysing the radiation spectrum of the multimode laser within 200 hours of operation considering this spectrum as a superposition of radiation spectra of single-mode laser diodes.

Шмыров А.В. (Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермский федеральный исследовательский центр)
Мизёв А.И. (Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермский федеральный исследовательский центр)
Studying the surfactant dynamics at non-isothermal liquid surface with thermography

The dynamics of liquid multiphase systems largely depends on the conditions on the interphase. The behavior of a system with adsorbed surfactant layers at the interphase boundaries may differ qualitatively from the behavior of a system with pure boundaries. The experimental study of such systems is very difficult, since the presence of adsorbed layers in the system can most often be judged only by indirect signs. This can be, for example, a change in the surface tension or boundary conditions for the velocity on the surface of the liquid. Therefore, most of the research is carried out by numerical modeling. Unfortunately, the currently existing numerical models of liquid multiphase systems with adsorbed surfactant layers are far from perfect. This is due to the fact that the number of different dimensional parameters that characterize the adsorption layer and can affect the dynamics of a multiphase system is close to ten. In this regard, there is an urgent need to verify the numerical models by means of a full-scale experiment. In this paper, we propose a new approach to the visualization of the boundary between a clean surface and an adsorbed surfactant layer. It is based on the comparison of track images of the fluid motion in the volume and the registration of the temperature distribution at the interphase boundary. This approach made it possible to unambiguously associate the characteristic regions on the temperature profile with the position of the so-called stagnation point. An additional confirmation of the conclusions made is the coincidence of its measured position with the calculated one. The proposed method for visualizing the stagnation point can be useful in a number of problems of interphase hydrodynamics based on the thermocapillary effect.

Гавлина А.Е. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Баландин И.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Разработка модульной системы для исследования пространственных, спектральных, поляризационных и других свойств микрообъектов

В докладе представлена схема разрабатываемого модульного многоканального оптического устройства, позволяющего исследовать микрообъекты несколькими методами одновременно. Например, просто регистрировать его изображение, визуализировать пространственное распределение его спектральных свойств с использованием перестраиваемого фильтра или поляризации с использованием поляризационно-чувствительного приемника, визуализировать объект в инфракрасном диапазоне. Разрабатываемое устройство может быть полезно, например, в исследовании биообъектов, для выявления зависимостей между их функциональным состоянием и различными оптическими характеристиками, что в свою очередь важно для разработки методов их диагностики. Конструктивно устройство состоит из общего зеркального входного объектива, работающего в широком спектральном диапазоне (от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного) и съемных модулей, присоединяемых к объективу через систему дихроичных и светоделительных зеркал. Сигналы с каждого из каналов регистрируются синхронно, чтобы получать информацию о быстропротекающих процессах в исследуемом объекте. Сбор и обработка информации осуществляются персональным компьютером со специализированным программным обеспечением, управляющим всеми устройствами (приемниками излучения, акустооптическим спектрометром).

Мошева Е.А. (Институт механики сплошных сред УрО РАН - филиал ФГБУН ПФИЦ УрО РАН)
Шмыров А.В. (Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермский федеральный исследовательский центр)
Козлов Н.В. («Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук» - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук ("ИМСС УрО РАН"))
Visualization of hydrodynamic and physico-chemical processes in rotating and vibrating containers

Variable inertial fields are an efficient way to control the behaviour of hydrodynamic systems. Forces of inertia can be used, for example, to stabilize or, on the contrary, destabilize systems with an interface or density gradient, to mix multiphase or non-isothermal fluids. The implementation of this approach implies that liquids are placed in containers that are in periodic motion. In this paper, the situations are considered when the container performs either rotation or translational vibrations. Methods for measuring the density and velocity fields of convective flows in reacting hydrodynamic systems are described. Interferometry is used to visualize the density distribution. Particle image velocimetry (PIV) is used to study the structure and velocity of the flows. Optical instruments are installed stationary in the laboratory system. For video recording, a camera shutter is synchronized with the motion of a container, and thus the images are captured in a fixed phase of oscillations or rotation. Constructions of the containers make it possible to illuminate the working volume through transparent walls at different angles or in different planes. They also provide a compensation for the centrifugal pressure and allow interference cells to be used in overload conditions. The successful application of the methods is demonstrated by an example of studies of chemo-hydrodynamic processes.

Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Тарасов А.Е. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Савинов Н.С. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Селиванов А.А. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Паршин В.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Features of measurements the IR radiation power of a laser diode used in active optoelectronic systems for studying flows

In active optical-electronic systems for stream research that regulate thermal-physical parameters of diagnosed stream volume, the controlled source of the heat flow can be acquired by radiation of high-power IR laser diodes into the void. In the current work the peculiarities of measurement of this radiation are considered, specified by its strong divergence. It is shown that the measurements can involve laser wattmeters IMO-4M with planar thermoelectric primary measuring transformers of the laser radiation with a flat receiving site provided. The design of the unit for measuring the laser diodes radiation power which excludes the possibility of working volume parasitic illumination of the flow diagnostics is described.

Скрябин А.С. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана )
Павлов А.В. (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
Телех В.Д. (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
Визуализация структуры газодинамических течений, возникающих при воздействии ВУФ излучения на тонкопленочные покрытия

Плазменный фокус магнитоплазмодинамического компрессора является уникальным источником высокояркостного (с интенсивностью от 10^5 до 10^9 Вт/см^2) широкополосного излучения ВУФ диапазона спектра (энергия квантов от 5 до 100 эВ). При взаимодействии такого излучения с поверхностями конструкционных материалов возможно формирование достаточно сложных газодинамических структур, обусловленных испарением материала и ионизацией паров образца. Отдельной задачей является изучение процессов «отклика» на воздействия указанных радиационных потоков на поверхности многослойных интерференционных просветляющих и отражающих покрытий, которые используются в современной лазерной технике, мощной оптоэлектронике и т.д. В докладе с помощью шлирен-фотографирования и лазерной голографической интерферометрии исследуются особенности газодинамических структур, возникающих при облучении покрытий на основе HfO2/SiO2 и ZrO2/SiO2 структур, при вариации спектральных параметров излучения.

Лобасов А.С. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Дектерев Д.А. (Институт Теплофизики СО РАН)
Божеева Д.М. (Сибирский Федеральный Университет)
Дектерев А.А. (Институт Теплофизики СО РАН)
Платонов Д.В. (Сибирский Федеральный Университет)
Исследование обтекания крыловых профилей, движущихся по круговой траектории, с использованием оптических методов диагностики и CFD моделирования

Крыловые профили, движущиеся по круговой траектории, нашли применение в ветро- и гидроэнергетике, судовых движителях Фойта-Шнайдера, а также в последнее время наблюдается их применение в циклоидальных движителях летательных аппаратов. Аэродинамика движущихся профилей имеет ряд отличительных особенностей от аэродинамики стационарных крыльев, и потому требует отдельного внимания. В работе проведено исследование обтекания крыловых профилей различной геометрии, стандартные крыловые профили NACA0016, NACA0020 и крыловой профиль с волнистой структурой поверхности, движущихся в гидродинамическом лотке по круговой траектории. Экспериментальное исследования обтекания крыловых профилей основано на анализе мгновенных пространственных реализаций скорости, зарегистрированных с использованием метода анемометрии по изображениям частиц (PIV, англ.: Particle Image Velocimetry). Результаты экспериментальных исследований были использованы для верификации численной модели, основанной на URANS подходе. Использование современных методов оптической диагностики и верифицированного численного моделирования позволило получить достоверную информацию об особенностях обтекания крыловых профилей разной геометрии, движущихся по круговой траектории при различных углах атаки.

Никитин П.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Герасимов В.В. (Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера СО PAH)
Температурная зависимость акустооптической дифракция терагерцевого излучения в сжиженном элегазе

Одним из перспективных методов управления параметрами излучения терагерцевого (ТГц) диапазона является акустооптический (АО) метод. Он основан на фотоупругом эффекте и позволяет с помощью ультразвука формировать в среде фазовую дифракционную решётку. Для ТГц-излучения АО-эффект проявляется наиболее сильно в сжиженном гексафториде серы или элегазе. Ввиду слабой изученности АО-эффекта в сжиженных газах, мы провели цикл исследований при различных температурах: +23С и +10С. Были измерены зависимости эффективности АО-дифракции от амплитуды напряжения, а также угловая и частотная характеристики. Установлено, что полоса углов и частот ультразвука, в которой происходит эффективное АО-взаимодействие, в пределах погрешности не изменяется с температурой. В то же время, при повышении температуры с +10С до +23С эффективность АО-дифракции увеличивается примерно на порядок при той же амплитуде управляющего напряжения. Таким образом, проведённое исследование показало перспективность использования более высоких температур сжиженного газа для эффективной модуляции ТГц-излучения.

Никитин П.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Герасимов В.В. (Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера СО PAH)
Влияние давления на эффективность акустооптической дифракции терагерцевого излучения в сжиженном элегазе

Для акустооптической (АО) модуляции излучения тарагерцевого диапазона в качестве среды взаимодействия используется сжиженный инертный газ гексафторид серы или элегаз. Как правило, исследователи обращали своё внимание лишь на температуру среды, предполагая, что при изменении давления эффективность АО-дифракции останется постоянной. Для проверки этой гипотезы мы провели эксперименты при комнатной температуре (+24C) и характерном давлении 25 бар, а также при повышенном давлении 54 бар. В обоих экспериментах была измерена зависимость эффективности АО-дифракции от амплитуды управляющего электрического напряжения. Установлено, что при одном и том же напряжении эффективность АО-дифракции понижается примерно в 5 раз при увеличении давления с 25 бар до 54 бар. Мы связываем данный факт с возрастанием плотности и скорости звука. Таким образом, несмотря на то, что при повышенном давлении возможно отодвинуть порог кавитации и использовать бОльшие мощности ультразвука, такие условия приводят к значительному ухудшению параметров АО-устройств.

Гурьянов А.И. (Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева)
Клюев А.Ю. (ФГБОУ ВО РГАТУ имени П.А. Соловьева)
Численное исследование влияния масштабного фактора на процесс горения диффузионных и предварительно-перемешанных струй

Развитие высокоэффективных технических устройств формирует тенденцию создания аккумуляторных батарей высокой емкости. Наиболее распространенные, литий-ионные аккумуляторы, обладают низкой энергетической плотностью 200 Втч/кг для продолжительной работы портативных технических устройств с высоким энергопотреблением. Альтернативу таким аккумуляторам смогут составить батареи, в качестве источника энергии которых используется углеводородное топливо, значение энергетической плотности которого в 60-70 раз выше. Принцип действия аккумуляторов, использующих энергию углеводородного топлива основан на том, что в результате реакции горения, химическая эксергия топлива преобразуется в тепловую энергию, а затем в электрическую или механическую. Создание таких устройств требует разработки микрокамер сгорания и изучения особенностей процесса горения на пространственных масштабах менее 10^(-3) м. В работе представлены результаты численных исследований влияния масштабного фактора на процесс горения и структуру пламени. Расчеты выполнены для диффузионных и предварительно-перемешанных топливно-воздушных струй на пространственных масштабах: 10^(-2);10^(-3);10^(-4) м. Получены характеристики распределения термохимических и газодинамических параметров по длине рабочей области.

Знаменская И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Дорощенко И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Иванов И.Э. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Татаренкова Д.И. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Анализ больших данных высокоскоростной регистрации миллисекундного течения в ударной трубе

Представлены результаты исследований нестационарного газодинамического течения длительностью до 6 миллисекунд, визуализированного теневым методом в рабочей камере ударной трубы. Количественные данные получены непрерывной высокоскоростной теневой съемкой и последующей обработкой больших данных – на основе машинного зрения (выделение границ и преобразование Хафа) и машинного обучения (сверточная нейронная сеть). Исследовалась с частотой съемки 150 тыс. к/с качественно и количественно эволюция разрывных потоков в прямоугольном канале ударной трубы за ударной волной с числами Маха от 2 до 4; оценено двумя методами время выхода течений на дозвуковой режим. Получены изображения цуга псевдоскачков и проведено их автоматическое распознавание при помощи сверточной нейронной сети. Данные сравнивались с газодинамическим расчетом течения. Показана возможность проведения исследований в газодинамике на основе анализа больших данных цифровой съемки с помощью предложенного подхода.

Горевой А.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Быков А.А. (НТЦ УП РАН)
Применение акустооптической фильтрации для дистанционного определения температуры нагретых объектов

Исследование свойств и взаимодействие различных веществ таких как металлы и сплавы, углерод, графит и пр., требует не стандартного подхода и востребованы в различных областях науки, в том числе при синтезе материалов с уникальными свойствами. Так как при нормальных условиях такие вещества давно изучены, применяются различные методы нагружения образцов, которые позволяют изучить поведение таких материалов при экстремальных условиях. Для нагружения образцов применяются ячейки высокого давления, куда помещается образец и нагревается лазерным излучением через оптически прозрачные элементы. При лазерном нагреве необходимо дистанционно контролировать распределение температуры по поверхности образцов. Для решения такой задачи применяется метод акустооптической (АО) видеоспектрометрии на основе одиночного АО фильтра. В силу того, что для реализации такого рода исследований требуется достаточно сложная оптическая система, возникают трудности связанные с ухудшением качества передаваемого изображения на приемник АО видеоспектрометра. Возникновение продольных аберраций ограничивает спектральный диапазон перестройки АО видеоспектрометра, что негативно влияет на точность измерений. В работе рассмотрены некоторые возможные оптические схемы установки для измерения температуры в ячейках высокого давления и произведена оценка влияния оптических элементов схемы на смещение изображения вдоль оптической оси. Предложен классический метод компенсации продольных аберраций при помощи системы линз и оценена эффективность данного подхода. Работа выполнена на УНУ «Лазерный нагрев в ячейках высокого давления» (https://ckp-rf.ru/usu/507563/?sphrase_id=3586517)

Знаменская И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Иванов И.Э. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Татаренкова Д.И. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Кули-заде Т.А. (Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова)
Визуализация дифракции ударной волны на уступе импульсным объемным разрядом

Представлены результаты визуализации нестационарного газодинамического течения методом импульсного объемного разряда в разрядной камере ударной трубы прямоугольного сечения (48 мм х 24 мм). Получены изображения последовательных стадий взаимодействия плоской ударной волны с числами Маха M = 2,8 – 3,5 и потока за ней с прямоугольным препятствием (48 мм х 6 мм х 2 мм) на нижней стенке канала. Использовался импульсный объемный разряд с длительностью протекания электрического тока 200 – 400 нс и силой тока 0,8 – 1,5 кА. Свечение разряда дает мгновенную визуализацию структуры потока, поскольку его экспозиция составляет менее 1 мкс (время свечения газового заряда). Это коррелирует с распределением плотности, которое связано со значением коэффициента ионизации. Таким образом объемный импульсный разряд визуализирует ударные волны, скачки уплотнения и неоднородности плотности различной природы. Интегральные изображения сравнивались с газодинамическим расчетом исследуемого течения. Численное моделирование потока было выполнено на основе двумерных нестационарных уравнений Навье-Стокса. Это позволяет понять детальную эволюцию структуры потока.

Филиппов М.В. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Чохар И.А. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Терехов В.В. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Терехов В.И. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Баранов И.Н. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Восстановление структуры трехмерных течений с помощью двухкомпонентного ЛДА

Работа направлена на восстановление трехмерной структуры турбулентных течений с помощью двухкомпонентного лазерно-доплеровского анемометра. Работа имеет важное значение для физики трехмерных течений и представляет особую актуальность для течений, создаваемых в каналах сложной формы. Для повышения скорости исследований и визуализации 3х-мерных течений используется 2х-компонентный LDA, который направляется под двумя разными углами к месту измерения. Далее, с помощью тригонометрических формул проводится расчёт трех компонент скорости. С помощью трёхкомпонентного координатно-позиционирующего устройства, производятся измерения массива точек под двумя углами. В дальнейшем проводится анализ данных и визуализация проводимых измерений. Такой метод позволяет достаточно точно измерить каждую точку массива и при ошибках в некоторых точках, связанных с засветкой или другими факторами, позволяет быстро перемерить данные в конкретных точках. Также для каналов сложной формы, где нет возможности измерить другими бесконтактными методами, точеный метод ЛДА позволяет получать трехмерное течение. Это выгодно отличает метод LDA над другими бесконтактными измерителями скорости.

Хасанов И.Ш. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Использование Фурье-преобразований спекл-картин для повышения качества фантомных изображений

Метод фантомных изображений (ФИ, ghost imaging) позволяет получать изображение объекта с помощью однопиксельной камеры. Изображение объекта восстанавливается вычислением функции корреляции второго порядка между известным распределением интенсивности света, освещающего объект, и сигналом однопиксельного приёмника. Таким образом суть метода заключается в использовании в качестве зондирующего поля модулированного освещения. Наиболее удобно использовать для модуляции света специальные устройства - пространственные модуляторы света. Однако такие устройства доступны не для всех диапазонов спектра электромагнитного поля. В частности, в среднем и дальней инфракрасной (ИК) и терагерцовой области спектра более доступным способом модуляции света является генерация спекл-картин. Однако, техническое несовершенство камер (их низкая чувствительность) и источников излучения (в частности, короткая длина когерентности) приводят к снижению контраста наблюдаемых спеклов, что в свою очередь ведёт к пониженному контрасту восстановленного ФИ. Основываясь на свойстве линейности преобразований в методе ФИ, мы предлагаем использовать Фурье-образы спеклов для восстановления ФИ, что позволяет повысить контраст. Данное преобразование, в частности, позволит повысить вертикальную разрешающую способность в случае применения метода ФИ в микроскопии поверхностного плазмонного резонанса.

Хасанов И.Ш. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Анисимов А.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Влияние аберраций оптических систем на взаимнокорреляционные свойства спекл-структур

Спеклы крайне чувствительны к малейшим внешним изменениям среды, благодаря чему спекл-структуры содержат в себе статистическую информацию о взаимодействии света с веществом. Спекл-модулированные оптические поля используются во многих методах, таких как спекл-интерферометрия, оптические потоки, фантомные изображения и т.д. Однако крайне неустойчивый стохастический характер спекл-структур затрудняет их передачу и обработку. Так при построении изображения спекл-картины различные типы аберраций в оптических системах приводят к различной степени декорреляции с невозмущённой спекл-картиной в свободном пространстве. В докладе будут рассмотрены основные типы фазовых искажений и их влияние на передачу спекл-сигналов. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации оптических систем, в которых спеклы играют значительную роль, и в частности в фантомной микроскопии поверхностного плазмонного резонанса.

Польщикова О.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Макеев М.О. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Осипков А.С. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Кочервинский В.В. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Рыженко Д.С. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Юрков Г.Ю. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Исследование фазовой задержки излучения прозрачной сегнетоэлектрической полимерной плёнкой

В работе исследованы образцы оптически прозрачной сегнетоэлектрической полимерной плёнки с напыленными наноразмерными электропроводящими покрытиями, разработанной для модуляции проходящего электромагнитного излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона длин волн. Подобные плёнки могут найти применение, например, в интерференционных устройствах для компенсации фазовой задержки или для реализации метода фазовых шагов, в адаптивной оптике и т.п. Для измерений фазовой задержки излучения, проходящего через исследуемые образцы, использована установка на основе интерферометра Маха-Цендера. В осветительной ветви интерферометра установлен широкополосный источник излучения и перестраиваемый акустооптический фильтр; в рабочей ветви – испытуемый образец. Интерференционная картина регистрировалась на матричный приемник излучения; информация о фазе расшифровывалась методами цифровой голографии. В докладе представлены результаты измерений и показано, что под действием электрического поля в результате изменения геометрических размеров плёнки возникает модуляция прошедшего оптического излучения.

Знаменская И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Кули-заде Т.А. (Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова)
Сысоев Н.Н. (Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова)
Галерея визуализации потоков физического факультета МГУ

Собрана база данных цифровых научных изображений и анимаций потоков газа, жидкости, плазмы, многофазных сред, полученных панорамными методами на физическом факультете МГУ в 1965-2020гг. В интернете на сайте http://molphys.phys.msu.ru/galery/ размещена открытая для свободного доступа цифровая галерея потоков, визуализированных различными методами. В галерею вошли: визуализациии потоков объемным наносекундным разрядом при его инициировании в газодинамическом канале; теневая цифровая съемка динамики взрывных и ударных волн в ударной трубе, и инициированных импульсными разрядами; девятикадровая съемка свечения плазмы с экспозицией от 100 нс; численная визуализация PIV полей скорости за ударными волнами, теневые, интерферометрические снимки, термографические изображения тепловых потоков и др. Проведена систематизация и дано краткое описание изображений и фильмов, помещенных в галерею: объект и метод регистрации, параметры регистрации. Сформирована компьютерная сеть для сбора и хранения баз данных по цифровым изображениям и анимациям потоков. Создана первичная галерея фотографий и видео по материалам научных работ, выполненных в МГУ, в том числе из архивов. Обнародовано описание изображений и анимаций. Галерея включает более 100 оригинальных изображений и научных анимаций потоков, полученных с использованием цифровой аппаратуры либо оцифрованных изображений, собранных в анимации. Также размещены примеры визуализации результатов двумерного и трехмерного численного моделирования течений.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Бурлаков А.Б. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Галанова В.С. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Huang C. (National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan)
Хохлов Д.Д. (НТЦ УП РАН)
Регистрация поляриметрических изображений эмбрионов Danio rerio

Эмбрионы аквариумной рыбы Danio rerio широко используются в качестве модельного объекта при тестировании лекарств, а также для исследования патологий разной природы: болезней сердечно-сосудистой системы, инфекционных заболеваний, нарушений в развитии опорно-двигательного аппарата и др. Развитие эмбрионов происходит во внешней среде, что вкупе с прозрачностью в оптическом диапазоне электромагнитного излучения делает возможным их неинвазивное наблюдение на разных стадиях развития. Для наблюдения за эмбрионами Danio rerio применяются различные методы микроскопии, видеокапилляроскопии и машинного зрения, что позволяет in vivo бесконтактно оценивать различные параметры органов и тканей. В частности, для визуализации мышечных тканей развивающегося эмбриона используется метод поляризационной микроскопии. В настоящей работе для количественной оценки характеристик мышечной ткани по степени её оптической активности предлагается применять поляриметрические измерения. Приведены результаты экспериментальных исследований Danio rerio на различных стадиях развития.

Желебовский А.А. (Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана)
Сумин А.А. (Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана)
Дмитриченков Н.В. (Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана)
Применение алгоритма Хафа для сортировки полидисперсных микрочастиц

В работе рассматривается применение оптических подходов к сортировке полидисперсных микрочастиц на фракции. Монодисперсные частицы находят широкое применение в задачах физического моделирования многофазной газодинамики. Базовыми частицами являются стеклянные микросферы с заявленным производителем разбросом 100-200 мкм, которые в свою очередь подвергаются просеиванию через лабораторное сито (160 мкм и 250 мкм). Для оценки качества полученных фракций рассматривается возможность применения алгоритма Хафа с целью определения дисперсии отсортированных микросфер. Вводными данными для обработки алгоритмом являются фотографии микросфер, полученные при помощи микроскопа с 80-ти кратным увеличением. Определяются положения центров сфер и их диаметры. Полученные результаты заносятся в отдельную таблицу для каждого снимка. По данным из таблиц строится гистограмма распределения диаметров частиц, определяется средний размер сфер и среднеквадратическое отклонение. Отдельно определяются частицы, форма которых на изображении значительно отличается от окружности. Алгоритм написан в среде MATLAB с использованием библиотеки Image Processing Toolbox.

Карякин Ю.Д. (ООО "Интеллектуальные технологии мониторинга", г.Москва)
Использование теневого метода для регистрации воздушных потоков камерой видеонаблюдения

Теневой корреляционный метод эффективно используется для измерения параметров движения воздушных потоков при помощи камеры. Чувствительность метода зависит от точности измерений корреляционных сдвигов элементов каждого изображения относительно опорного изображения, которая в свою очередь в известных методах обработки обратно пропорциональна пространственному разрешению камеры и кратна размеру пикселя камеры. Рассмотрена новая технология быстрого вычисления корреляционных сдвигов фрагментов изображения с погрешностью в сотые доли пикселя (при хорошем освещении и мелкозернистой структуре фона), что позволяет существенно увеличить чувствительность метода. Экспериментальные исследования показали возможность регистрации естественных потоков воздуха на обычном фоне при помощи стандартной камеры видеонаблюдения. Экспериментально доказана высокая эффективность обнаружения бесконтактного увеличения воздушного потока вследствие движения человека или возгорания, что позволяет обнаружить аномальное состояние охраняемого объекта даже если источник аномалии находится за пределами зоны видимости камеры видеонаблюдения.

Сцепуро Н.Г. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Ковалев М.С. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Красин Г.К. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Гриценко И.В. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Инструментальная погрешность цифрового датчика волнового поля

Измерение и оценка формы волнового фронта световых пучков являются традиционными задачами прикладной оптики и лазерной физики, а также востребованы в бурно развивающейся биофотонике. Такие прецизионные измерения необходимы при визуализации биологических микрообъектов, при контроле и управлении состоянием оптических систем средствами активной и адаптивной оптики, при передаче и приеме информации через турбулентные среды, при оптическом атмосферном мониторинге, в крупногабаритных высокоразрешающих наземных астрономических телескопах, офтальмологии и т.д. Кроме того измерения необходимо осуществлять в реальном времени с низкой погрешностью и высоким пространственным разрешением. Как известно, форма волнового фронта непосредственно связана с пространственным распределением фазы волны. Однако современный уровень технического развития не позволяет осуществлять прямые измерения фазы световой волны. Поэтому в основе большинства работ лежит рассмотрение датчиков волнового фронта, где осуществляется преобразование распределения фазы волны в фиксируемое фотоприемниками распределение интенсивности и последующий пересчет сигналов от фотоприемников в фазовые искажения волны (вычисление локальных фазовых искажений или волновых аберраций). При этом существует несколько классических типов датчиков, у которых преобразование распределения фазы в фиксируемое фотоприемниками распределение интенсивности основано на принципах оптической интерферометрии или геометрической оптики. Принцип работы одной группы датчиков основан на интерферометрических методах. И хотя эти методы позволяют проводить прецизионные измерения фазы, они обладают высокой чувствительностью к флуктуациям (влияниям) окружающей среды (например, механическим вибрациям и изменениям температуры), а также требуют наличия опорного пучка (что не всегда возможно реализовать), не позволяя получать компактную измерительную систему для большинства приложений. В качестве альтернативы возникла вторая группа датчиков, основанных на методах, задача которых состоит в восстановлении той же информации без использования опорного пучка. Представленная авторами работа направлена на развитие таких методов измерения пространственных распределений комплексной амплитуды когерентных световых пучков и основана на использовании компьютерного голографического синтеза и алгоритмов математической оптимизации.

Владимиров А.П. (Уральский Федеральный Университет, Институт машиноведения УрО РАН, Екатеринбургский институт вирусных инфекций предприятия Вектор Роспотребнадзора)
Спекл-диагностика необратимых процессов, протекающих в некоторых живых и технических объектах

Доклад посвящен использованию спекловых изображений для изучения необратимых процессов, протекающих во времени, возникающих при многоцикловой усталости материалов и в живых клетках. Актуальность указанных исследований связана с тем, что несмотря на длительную историю изучения указанных явлений, в настоящее время отсутствуют физические модели многоцикловой усталости и функционирования клеток. Поэтому отсутствуют методы оценки и расчета остаточного ресурса деталей, эксплуатируемых в условиях многоцикловой усталости, а также методы контроля метаболический процессов в живых клетках, которые удовлетворяли бы требованиям инженерной и медицинской практики соответственно. Ранее нами была предложен метод усредненных во времени спекловых изображений, позволяющий по изменению спеклов в пикселе или фрагменте изображения количественно определять среднее значение, дисперсию, временную автокорреляционную и спектральную функцию разности оптических путей двух волн, проходящих через область в плоскости объекта. Размер этой области равен линейному разрешению линзы, формирующей изображение отражающего или тонкого прозрачного объекта. Полученные ранее результаты были обобщены в главe монографии [1]. Новизна представляемых материалов основана на возможности анализа процессов, протекающих в твердых телах с разной скоростью, а в прозрачных средах - дополнительно послойно по толщине объекта, обоснованной в недавней публикации [2]. Показывается, что при многоцикловой усталости имеет место локализация необратимых деформаций на базах порядка 10-100 мкм, определение подобных деформаций в реальном времени затруднительно традиционными методами. Приводятся данные о предельных значениях физических величин ряда материалов, соответствующих локальному разрушению. Обсуждается концепция оценки остаточного ресурса деталей, предложенная на основе полученных данных. Приводятся результаты последних исследований по анализу процессов, протекающих в клетках и в турбулентном потоке газа. Обсуждаются направления дальнейших исследования по применению метода. Литература. 1. Alexander Vladimirov (November 5th 2018). Dynamic Speckle Interferometry of Technical and Biological Objects, Interferometry - Recent Developments and Contemporary Applications, Mithun Bhowmick and Bruno Ullrich, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.81389. Available from: https://www.intechopen.com/books/interferometry-recent-developments-and-contemporary-applications/dynamic-speckle-interferometry-of-technical-and-biological-objects 2. А. П. Владимиров. К СПЕКЛ-ТОМОГРАФИИ ФУНКЦИЙ ЖИВОЙ КЛЕТКИ. Том LXIII, № 8, Известия вузов. Радиофизика 2020.

Владимиров А.П. (Уральский Федеральный Университет, Институт машиноведения УрО РАН, Екатеринбургский институт вирусных инфекций предприятия Вектор Роспотребнадзора)
Спекл-диагностика турбулентного потока

В настоящее время имеются различные методы изучения турбулентных течений, имеющие свои преимущества и недостатки, задача определения параметров турбулентных течений в режиме реального времени не является окончательно решенной. В связи с этим разработка новых методов диагностики турбулентных течений является актуальной задачей. Целью доклада является ознакомление участников конференции с новым оптическим методом, потенциально пригодным для послойного определения с пространственным разрешением порядка линейного разрешения линзы среднего значения, дисперсии, времени корреляции, временной автокорреляционной и спектральной функции показателя преломления (плотности, температуры) среды. В начале кратко рассматривается модель объекта и теория метода. Затем обсуждается опыт, поставленный для апробации метода. В эксперименте турбулентное течение создавалось путем включения бытового паяльника с жалом конической формы, закрепленного вертикально. Рассматриваются зависимости цифрового значения интенсивности от времени в разных пикселях плоскости изображения потока, обсуждаются особенности сигналов на стадиях ламинарного, турбулентного, стационарного и нестационарного течения. Рассматриваются временные автокорреляционные функции интенсивности излучения на разных участках потока. Обсуждаются процедура выделения сигналов, характеризующих изменения показателя преломления с разной скоростью, методика определения дисперсии и времени корреляции показателя преломления среды на разных участках вдоль поперечного сечения потока. Сделан вывод о несовершенстве опыта и о необходимости устранения выявленных недостатков установки для получения полной количественной информации о параметрах турбулентного течения.

Неверов С.М. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Расчёт оптической системы мультиспектральной видеокамеры для диапазона 8-14 мкм

Для решения актуальной задачи определения состава газовой смеси при неконтролируемой утечке на промышленных площадках предлагается применять мультиспектральную камеру, позволяющую формировать одновременно несколько спектральных изображений на болометрической матрице. Данный метод обеспечит визуализацию облака газа в дальнем инфракрасном диапазоне от 8 мкм до 14 мкм с селекцией по химическому составу. В статье предложена оптическая схема для одновременной регистрации изображений в восьми узких спектральных диапазонах длин волн, а также приведен расчет её элементов для болометрической матрицы разрешением 640х480 пикселей: объектива, растра, светофильтров с помощью пакета прикладных программ ZEMAX. В результате расчета получен светосильный трехлинзовый объектив для заданного поля зрения и растр с блоком светофильтров, формирующие шестнадцать изображений в разных спектральных диапазонах. Таким образом решена задача построения оптической системы с минимальными аберрациями для мультиспектральной камеры.

Dushkin A.D. (The Loginov Moscow Clinical Scientific Center is State Institution funded by Moscow Health Department)
Afanasiev M.S. (I.M. Sechenov First Moscow State Medical University)
Afanasiev S.S. (G.N. Gabrichevsky Moscow Research Institute for Epidemiology and Microbiology)
Grishacheva T.G. (First Pavlov State Medical University of St. Petersburg)
Digital analysis of colposcopic images in papillomavirus infection

Acetowhite epithelium (AWE) is the main clinical indicator of papillomavirus infection in squamous cell lesions. AWE has a different intensity in various degree of the cervix papillomavirus infection. The digital approach gives the opportunity to estimate AWE intensity by numeric values. The investigation aim is a quantitative assessment of cervical surface changes in papillomavirus infection with digital analysis and computer technologies. The spread of AWE on the cervical surface area has a value of the cervix papillomavirus infection in squamous cell lesions. These two features provide to create the index intensity (IndInt) and index grey value (IndGV). Open-source software ImageJ was used to analysis of colposcopic images. The 8-bit mode was used for the estimation of the AWE grey value. The algorithm of digital analysis detected indicators that provide the severity of papillomavirus infection. The outcomes of an algorithm were the identification of the cervix surface condition severity by an objective quantification.

Сцепуро Н.Г. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Ковалев М.С. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Красин Г.К. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Данилов П.А. (Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук)
Кудряшов С.И. (Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук)
Трёхмерное картирование распределения оптических центров в объеме природного алмаза фотолюминесцентной спектроскопией

В оптическом поглощении и/или в спектрах люминесценции оптически активные дефекты природных алмазов образуют специфические спектральные полосы, которые называются оптическими центрами. Оптические центры в видимом спектральном диапазоне и соответствующие им дефекты называют центрами окраски. Спектральные полосы поглощения и люминесценции обычно занимают в спектральном диапазоне несколько десятков нанометров и часто имеют сложную структуру. Эта спектральная структура уникальна для каждого оптического центра. Предварительно в работе проведена стационарная широкополосная УФ-СИК характеризация начального набора оптически-активных комплексов точечных дефектов в объеме природных алмазов разных типов с широко варьируемой концентрацией примеси замещения/внедрения. Проведено сравнение исходной и модифицированной примесно-дефектной структуры приповерхностных слоёв алмаза методом катодолюминесценции и катодолюминесцентной топографии.

Сцепуро Н.Г. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Ковалев М.С. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Красин Г.К. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Данилов П.А. (Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук)
Кудряшов С.И. (Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук)
Детектирование и исследование поляризованной импульсной фотолюминесценции алмазов для определения возможности голографического картографирования природного алмаза

На практике для визуализации слабо поглощающих биологических образцов применяются фазово-контрастные и дифференциальные интерференционно-контрастные методы микроскопии. Однако эти методы имеют один важный недостаток, заключающийся в том, что измеренная интенсивность имеет нелинейную, а, следовательно, и неконвертируемую связь с фазой образца. А без информации о фазе невозможно определить морфологию исследуемых образцов, такие как размер, оптическую толщину, свили и т.д. Эти ограничения, в сочетании с появлением цифровых датчиков изображения и прогрессом в области информационной оптики, привели к появлению и расширению области фазовых измерений и методов количественной фазовой визуализации, который сочетает в себе инновации в области оптики, теории визуализации и вычислительных методов для количественного отображения фазовой информации различных образцов. Несмотря на достижения оптической интерферометрии на протяжении десятилетий развивались и другие методы фазовой визуализации, например, методы интерферометрической микроскопии и цифровой голографии, низкокогерентные методы голографии или интерферометрическую микроскопию белого света. В отличие от указанных выше методов, существует категория методов извлечения фазы из измерения интенсивности не итерационным способом. По сравнению с традиционными интерферометрическими методами, уравнение переноса интенсивности (TIE) имеет много преимуществ, нет опорного пучка, простота расчета, возможность работы с временными/частично-временными когерентными пучками, отсутствие необходимости в фазовой развёртке и сложных оптических установок и стабильная среда измерения. Использование TIE оказывается достаточным, когда ставится задача голографического восстановления (пусть и цифрового) лишь трех характеристик объектного поля: амплитуды, фазы и длины волны. Однако важная изначальная характеристика рассеянного объектом поля — состояние его поляризации на голограмме не отображается и в процессе восстановления не воспроизводится. Картирование объема природного алмаза ставит задачи, где требуются измерения состояния поляризации не только на выходе, но и внутри этой среды. Это направление развивается последние несколько десятилетий и позволяет рассчитать не только амплитуду и фазу излучения, в любой точке пространства, но и учесть состояние поляризации. Реализованные методы будут эффективным инструментом для структурного описания оптических центров алмаза.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Крень А.П. (Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси)
Худолей А.Л. (Институт тепло- и массообмена им А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси)
Ланцман Г.А. (Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси)
Исследование точности определения диаметра отпечатка при динамическом индентировании на основании оптических измерений

Точное измерение значения диаметра контактного отпечатка, образующегося в результате пластической деформации, играет важную роль при неразрушающем контроле механических характеристик металлов методами индентирования. В последнее время наибольшую популярность приобретают методы инструментального индентирования, которые позволяют вычислить значение диаметра отпечатка, используя данные диаграммы нагружения. При этом в теоретических расчетах применяются положения, которые не учитывают особенности деформирования, связанные с процессами pile up и sink in. Данные процессы могут приводить к тому, что форма и размеры отпечатка на уровне исходной поверхности образца в значительной мере отличается от реального. В этой связи в работе проведено сравнение результатов измерений формы и размеров отпечатка, полученных на основании данных индентирования, традиционной оптической микроскопии и интерферометрии белого света. Показано, что для материалов с различным показателем деформационного упрочнения форма отпечатка при ударном индентировании может в значительной мере отличаться от предполагаемой, что вносит существенную погрешность в результаты измерения механических характеристик.

Дмитриев А.С. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Особенности оптической визуализации эффекта Лейденфроста на струнах и сетках

Особенности оптической визуализации эффекта Лейденфроста на струнах и сетках А.В. Артамонов, А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров Исследованы особенности оптической визуализации и лазерной диагностики ("лазерный" нож) процессов кипения одиночных капель жидкостей на сильно неоднородных поверхностях (металлические струны и сетки) в широком диапазоне температур - от комнатной до температуры пленочного кипения (температуры Лейденфроста). Представлены данные о динамике движения испаряющихся левитирующих капель, температурных полях и особенностям взаимодействия с ограничивающими стенками. Изучены особенности влияния неоднородности металлических струн (дополнительная обмотка с различным шагом) на динамику капель; установлено, что левитирующие капли, взаимодействуя через паровой слой, меняют свою динамику в зависимости от геометрии металлических струн и других параметров. Представлены новые данные по процессам кипения и испарения на графеновых подложках, включая скорости испарения и охлаждения подложек применительно к термоменеджменту электронного и энергетического оборудования.

Дмитриев А.С. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Жуков А.А. (Национальный исследовательский университет "МАИ")
О дезинфекции контактных поверхностей широкополосным электромагнитным излучением

Рассмотрены проблемы дезинфекции контактных поверхностей широкополостным электромагнитным излучением. Показано, что применение мощных светодиодов с рабочими длинами волн 240-265 нм, 315-390 нм, 400-480 нм и 900-3000 нм приводит к синергетическому эффекту при воздействии на грибки, бактерии и вирусы, эффективно снижая их активность и сокращение времени активных мутаций. Изучены особенности применения оптических линз для повышения эффективности воздействия, вариация плотности мощности излучения, а также активизация воздействия при использовании наноматериалов, в частности, графеновых покрытий. Приведены примеры разработки дизайна устройств дезинфекции для дверных ручек, поручней, ручек тележек и т.д. в магазинах, супермаркетах и клиниках, особенности их применения в автоматизированном режиме с применением датчиков присутствия людей и животных. Рассмотрены математические модели воздействия электромагнитного излучения и синергетического эффекта на микрофлору и клеточные структуры на основе генерации под действие указанного выше электромагнитного излучения озона и синглетного кислорода.

Жиленко Д.Ю. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Кривоносова О.Э. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Волновые структуры при нестационарном вращении вязкой несжимаемой жидкости

Представлены результаты прямого численного моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости в сферическом слое, вызванных вращательными колебаниями внутренней сферы с двумя независимыми частотами относительно состояния покоя. Волновые структуры течений определялись построением волновых поверхностей, на которых колебания происходят в одной и той же фазе. Показано, что возрастание амплитуды колебаний на большей из двух частот может приводить к увеличению амплитуды низкочастотной моды. При этом изменяется волновая структура течения: затухающие в радиальном направлении сферические волны вблизи внешней границы начинают распространяться в меридиональном направлении. Рассматриваемое явление - перекачка кинетической энергии от высокочастотных колебаний к низкочастотным - может рассматриваться как аналогия обратного каскада в турбулентных течениях. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 19-05-00028.

Алифанова И.Е. (ООО "Научно-технический центр "Эталон")
Федоров А.В. (Университет ИТМО)
Быченок В.А. (ООО "Научно-технический центр "Эталон")
Беркутов И.В. (ООО "Научно-технический центр "Эталон")
Методика оценки неопределенности механических напряжений, измеренных ультразвуковым методом с помощью оптико-акустического раздельно-совмещенного преобразователя

The work is devoted to the ultrasonic method for controlling mechanical stresses using ultrasonic head waves. The speed of the head ultrasonic wave is the highest, which allows it to be recorded stably among other types of ultrasonic waves and noises. To determine mechanical stresses, registration of the relative change in the velocity of propagation of the head ultrasonic wave is used, corrected for the change in the measured value caused by the change in the temperature of the test object. Thus, mechanical stresses are not measured directly, but the sources of uncertainty are the results of measurements of the propagation velocity of the head ultrasonic wave, the temperature of the environment and the test object, the coefficients of acoustoelastic and thermoacoustic coupling, and the parameters of the optical-acoustic transducer. The contribution of each of these factors to the results of measurements of mechanical stresses is estimated. On the basis of GOST 34100.3-2017, a method has been developed for assessing the uncertainty of measurements of mechanical stresses by the ultrasonic method using head waves. The dependence of the expanded measurement uncertainty on the value of the measured mechanical stresses was obtained. This dependence shows that measurements of mechanical stresses in the range of less than 100 MPa have an uncertainty of more than 10% of the measured value. When measuring mechanical stresses over 200 MPa, the measurement uncertainty will not exceed 4% (at a confidence level of 95%). The proposed approach to assessing the uncertainty of measurements of mechanical stresses can be useful in the development of requirements for the used measuring instruments, alignment samples and control objects, as well as in the development of methods for monitoring mechanical stresses by the ultrasonic method using an optical-acoustic separate-combined transducer.

Ливерко Е.А. ("Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского")
Иншаков С.И. ("Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского")
Бесконтактное определение характеристик твердой и жидкой фазы в многофазных потоках

Глобальной целью данной работы является изучение параметров частиц переохлажденной жидкости в потоке применительно к аэрохолодильным установкам ЦАГИ с целью исследования ЛА в условиях обледенения. В частности, была собрана установка бесконтактного теневого метода PSV (Particle Shadow Velocimetry), а так же проведена ее калибровка. При помощи данного метода исследовались различные параметры капель водного спрея, из которых наиболее важными для понимания процессов, происходящих в двухфазном потоке, являются размеры самих капель, их водность и распределение по размерам. Кроме того, в работе представлены результаты бесконтактного исследования равномерности распределения частиц в потоке применительно к форсункам аэрохолодильной трубы, что осуществлялось благодаря подсветке лазерной плоскостью и дальнейшей обработкой экспериментальных результатов.

Плетнева В.А. (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
Коробков Д.А. (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
Якимчук И.В. (Московский научно-исследовательский центр Шлюмберже)
Визуализация и анализ динамики процесса изменения внутренней структуры образцов горной породы при кислотной обработке методом рентгенографии

В докладе рассмотрена задача рентгенографической визуализации в режиме реального времени процесса кислотной обработки образцов горной породы с целью определения параметров химических реакций и эффективности применяемых реагентов, а также количественного анализа процесса растворения минеральной матрицы и образования новых фильтрационных каналов на микроуровне, происходящих внутри образца. Для решения поставленной задачи, была собрана установка, позволяющая проводить рентгенографические исследования процессов, сопровождающих кислотную обработку в керне при давлениях, имитирующих пластовые. Установка основана на системе для микротомографии SkyScan 1172 (Bruker MicroCT), что обеспечивает пространственное разрешение до 2 мкм. Течение жидкостей обеспечивается прецизионным насосом Quizix QX020 (Ametek), оснащенным комплектом кислотоустойчивых разделительных емкостей для подачи различных флюидов и системы противодавления. Перед началом работ, исследуемый образец помещается в томограф в специальном рентгенопрозрачном кернодержателе, обеспечивающем всестороннее обжимное давление до 40 МПа. Затем проводится закачка модели пластовой воды с последующей закачкой кислоты. Для остановки химических реакций производится закачка модели пластовой воды с более высокими скоростями. На данный момент успешно проведено несколько серий экспериментов на карбонатных породах, в т.ч. известняке Austin chalk. По теневым рентгеновским изображениям хорошо виден процесс растворения карбонатной минеральной матрицы и образование новых каналов. Последующая обработка теневых изображений, включающая в себя пространственное совмещение и вычитание фонового изображения, полученного на начальном этапе при прокачке модели пластовой воды, позволяет получить разностные изображения, отражающие изменение структуры образца при кислотной обработке, и оценить влияние на нее различных параметров, таких, как скорость закачки, концентрация кислоты и пр. В докладе будут подробно представлены технические характеристики разработанной системы и полученные на данный момент результаты.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Вин Т. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Ильин Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Crosscorrelation image processing for surface shape reconstruction using fiducial markers

In the course of the research carried out in this paper, the process of airflow around surfaces with different degrees of roughness was studied. This phenomenon was investigated both experimentally and theoretically, which consisted, respectively, in the physical and mathematical modeling of the process under consideration. The result of the experimental part of this study was to obtain vector fields of the flow velocity for samples of a smooth surface and four rough surfaces with different degrees of roughness at different values of the speed of the generated airflow flowing around these samples. From the obtained vector fields, which made it possible to visualize the airflow around the considered surfaces, information was extracted about the flow velocity above the surface of each of the samples, depending on the coordinate along with the flow. To get it was possible to verify the data obtained as a result of the experiments, a mathematical simulation of the flow of air flow around surfaces with different degrees of roughness was performed. When modeling the flow around rough surfaces, there was a problem associated with the need to use large computing power, since when creating models of rough surfaces that are close in their parameters to real samples used in experimental studies, the amount of calculations required depends on the surface parameters. This difficulty consists in the fact that with a decrease in the degree of surface roughness, the average characteristic dimensions of the surface irregularities become smaller, and their number in the sample area of the same length, respectively, increases markedly. When creating sufficiently realistic models of rough surfaces, this circumstance inevitably leads to a significant increase in the time spent on calculations.

Коротких И.И. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Применение теневого фонового метода для определения температурного поля искрового и поверхностного разрядов

Проведено исследование температурного поля искрового и поверхностного разрядов, представлены результаты определения температурного поля этих разрядов. Для проведения исследования собран экспериментальный стенд на базе цифровой высокоскоростной камеры, теневого фонового экрана, источников искрового и поверхностного разрядов, двух контрольных термопар и персонального компьютера. Для определения температурного поля газовых разрядов существует необходимость использования бесконтактных методов, т.к. классические контактные методы с использование термопар для определения температуры не годятся в силу возможного пробоя на них, а тепловизор и инфракрасная камера ограничены малым пространственным разрешением. Эту проблему позволяет решить теневой фоновый метод. Определение температуры вблизи поверхностного разряда необходимо для обеспечения устойчивого режима работы озонаторов, прогнозирования их срока службы, а температурное поле искрового источника низкотемпературной плазмы позволяет также определить состав и концентрацию частиц разряда, а также контролировать температурное поле разряда.

Жиленко Д.Ю. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Кривоносова О.Э. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Спектры турбулентных течений во вращающихся сферических слоях жидкости

Представлены результаты прямого численного моделирования изотермических турбулентных течений вязкой несжимаемой жидкости в сферическом слое. Рассматривались течения, формирующиеся при встречном вращении сферических границ, и периодической модуляции скорости вращения одной из сфер. Установлено, что под действием модуляции наблюдается периодическая зависимость азимутальной составляющей кинетической энергии течения от времени, тогда как меридиональная составляющая демонстрирует хаотическое поведение. Показано, что в случае модуляции скорости вращения внутренней сферы на средних широтах в турбулентных течениях формируются спектры двумерной турбулентности. Для таких спектров характерен постоянный наклон -5/3 на меньших частотах и наклон -3 на больших частотах. В случае модуляции скорости вращения внешней сферы вид спектров изменяется. Вблизи внутренней сферы наблюдаются характерные для трехмерной турбулентности спектры с постоянны наклоном -5/3 на всем инерционном интервале. Вблизи внешней сферы обнаружены спектры турбулентности, качественно близкие к спектрам турбулентности в верхних слоях атмосферы, с постоянным наклоном -3 на меньших частотах и постоянным наклоном -5/3 на больших частотах. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 19-05-00028.

Чашечкин Ю.Д. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук)
Теневая и численная визуализация картины обтекания полосы стратифицированной жидкостью

Основу согласованного теоретического и экспериментального изучения картины обтекания полосы в широком диапазоне размеров и полного диапазона углов наклона полосы, стратификации (сильная и слабая, а также актуально и потенциально однородная) и скорости жидкости, составляет система фундаментальных уравнений механики несжимаемых вязких жидкостей, включающая уравнения неразрывности, Навье-Стокса, Фика с граничными условиями прилипания для скорости и непротекания для вещества на твердых поверхностях. Система анализируется с учетом условия совместности, определяющего полное решение линеаризованной версии и требования к пространственному разрешению численных кодов или теневого инструмента. Полная классификация компонентов течений включает волны различных типов (инерциальные, гравитационные поверхностные и внутренние, акустические и гибридные), лигаменты, вихри. Каждый из компонентов течения характеризуется собственными пространственно-временными масштабами, которые определяются геометрией задачи, частотой плавучести, скоростью тела, значением коэффициентов кинематической вязкости и диффузии. Согласующиеся расчеты и наблюдения течений, выполненные на стендах УИУ «ГФК ИПМех РАН», показывают, что тонкие структуры, связанные с лигаментами, наблюдаются во всем диапазоне чисел Рейнольдса от 1 (ползучие течения, индуцированные диффузией) до 100 000 (нестационарный вихревой режим). Подход позволяет изучать все структурные свойства течений – заблокированную жидкость, донный вихрь, след, поля нестационарных и присоединенных волн без привлечения дополнительных параметров и связей, рассчитывать в единой постановке силы и моменты, действующие на тела в потоке. Литература 1. Chashechkin гY.D. ICACM 2018. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, vol 320. 2020. 2. Chashechkin Yu. D., Zagumennyi I. V. Physica Scripta. 2019. V. 94. No. 5 P. 1-17. 3. Chashechkin Yu.D., Zagumennyi Ya.V. The 2D flow around tilted plate // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. 2019. No. 4. P. 73–88. 4. Chashechkin Yu. D., Zagumennyi I. V. Visualization of stratified flows around a vertical plate: laboratory experiment and numerical simulation // Intern. J. Comput. Meth. Exp. Measure. (CMEM). 2020. V.8 (2). P. 148 -161.

Чашечкин Ю.Д. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук)
Visualization of fine components of drop impact flows

High-resolution photo and video recording of drip flows, carried out at the stands of the GFK IPMech RAS, give room to study determine the values of the velocities of components (in particular, sprays), significantly exceeding the droplet falling velocity [1]. The observed features indicate the need to take into account the conversion processes of the available potential surface energy, which occurs in the course of direct atomic-molecular interactions during the elimination of the free surface of coalescent fluids. On a large scale, energy is transferred by flows, waves, and slowly - by dissipative mechanisms. The combined action of fine fast and slow processes ensures the formation of ligaments - new structural components of flows that complement the traditionally studied cavity, crown, and traveling capillary waves. The structure of thin three-dimensional components that appear in the geometry of the free surface is visualized in the phase of the formation of a splash, detachment of large drops from its top, and their fall on the surface of the target fluid liquid [2]. The evolution of the general flow geometry in the mode of splash formation [3], the development of a sequence of processes of droplets soaring on the surface, their rebound and fast partial bounce [4], and thin ligaments forming a fine structure in various phases of flows are traced. This work was supported by the Russian Science Foundation (project 19-19-00598). References 1. Chashechkin Yu. D., Ilinykh A. Yu. Doklady Physics. 2020. V. 65. No. 10. P. 384–388. 2. Chashechkin, Yu. D., Fluid Dynamics. 2019. Volume 54, Issue 7, pp 919–926. 3. Chashechkin Yu. D. Atmospheric and Oceanic Physics, 2019, Vol. 55, No. 3, pp. 285–294. 4. Chashechkin Yu. D., Ilynykh A.Yu. FDMP. 2020. V. 16, No. 4, pp. 801-811. 5. Chashechkin Yu. D. FDMP. 2020. V. 16. P. 773-800.

Козлов А.Б. (АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха»)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Макеев М.О. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Осипков А.С. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Михалёв П.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Паршин Б.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Исследование стойкости защитных алмазоподобных покрытий к воздействию циклического изменения температуры

Оптические элементы, используемые в условиях открытого космоса, должны быть рассчитаны на воздействие таких факторов, как космический вакуум, атомный кислород на низких орбитах, солнечное и космическое излучение, большие перепады температур, газовыделение материалов и элементов конструкции КА, космическая пыль и мусор. Для упрочнения и защиты от внешних факторов зеркальных поверхностей оптических изделий рассмотрено нанесение на их поверхность углеродных алмазоподобных покрытий. Данные покрытия характеризуются высокими прочностными и износостойкими свойствами, в частности, высокой твердостью, низким коэффициентом трения, высокой износоустойчивостью и химической инертностью. Это обуславливает их широкое применение в различных областях науки и техники, в том числе в оптическом приборостроении. В работе приведены результаты испытаний алюминиевого зеркала с алмазоподобным покрытием на воздействие циклического изменения температуры с целью определения их способности выдерживать быструю циклическую смену температуры окружающей среды, а именно сохранять оптические и механические свойства.

Иго А.В. (Ульяновский государственный университет)
Бекмухамедов .Э. (Химический институт им. А.М.Бутлерова, Казанский (Приволжский) федеральный университет)
Егорова С.Р. (Химический институт им. А.М.Бутлерова, Казанский (Приволжский) федеральный университет)
Кожевин А.Е. (АНО "Центр стратегических исследований Ульяновской области")
Яхваров Д.Г. (Федеральный Исследовательский Центр "Казанский научный центр Российской академии наук" Институт органической и физической химии им.А.Е.Арбузова)
Измерение величины напряжений и остаточных деформаций в алюмохромовых катализаторах дегидрирования низших алканов методом спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Большинство процессов нефтехимической промышленности являются каталитическими. Важнейшей разновидностью катализаторов дегидрирования С4-С5-алканов является оксид хрома(III), распределенный на поверхности алюмооксидного носителя. Исследования в направлении увеличения эффективности данной каталитической системы актуальны и в настоящее время. Исследуется влияние химического и фазового состава, параметров кристаллической и пористой системы на эксплуатационные свойства катализаторов (активность, селективность, срок службы). Эффективность катализаторов в процессе дегидрирования определяется состоянием активного компонента – ионов Cr3+, координированных с кислородом в составе фазы оксида хрома(III). В настоящей работе проведены исследования напряженного состояния и структуры внутренних деформаций на границе кристаллических фаз оксида хрома (Cr2O3) и оксида алюминия (γ-Al2O3). Измерения проведены методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Спектры КРС содержат информацию о частотах оптических колебаний кристаллической решетки исследуемой фазы. В кристаллической фазе Cr2O3 при атмосферном давлении и комнатной температуре частоты колебаний составляют 528 см-1, 550 см-1, 615 см-1. В напряженном состоянии частоты колебаний изменяются. Зависимости частот колебаний от приложенного напряжения для кристаллов Сr2O3 известны. Измерение сдвига частот оптических колебаний позволяет определить величину внутренних напряжений в катализаторах. Используя известное уравнение состояния для Cr2O3, эти данные можно использовать для оценки величины деформации в активном компоненте катализатора и изменения величины и симметрии кристаллического поля в окружении иона Cr3+. Нами было проведено измерение спектров КРС для 4 образцов катализаторов, характеризующихся различной эффективностью в процессе дегидрирования н-бутана. Целью измерений явилось установление взаимосвязи между величиной напряжений в оксиде хрома(III) и каталитической активностью в процессе дегидрирования.

Кулеш В.П. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Швардыгулов Г.Е. (Федеральное государственное унитарное предприятие «ЦАГИ»)
Курулюк К.А. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Особенности применения видеограмметрической системы Vic-3D в аэродинамическом эксперименте

На рынке измерительного оборудования представлены различные измерительные видеограмметрические системы, которые применяются для бесконтактных измерений распределенных геометрических параметров положения, движения и деформации объектов различной конструкции и формы. Одной из коммерческих видеограмметрических систем является стереограмметрическая система Vic-3D компании Сorrelated Solutions (США). Данная система является универсальным инструментом для статических и динамических испытаний в прочности, вибрационном анализе, биоинженерии и многом другом. Целями данной работы являлись апробация системы Vic-3D в условиях промышленного аэродинамического эксперимента в аэродинамической трубе Т-128 ЦАГИ, получение и анализ результатов измерения положения и деформации модели самолета, сравнение с результатов с используемой в ЦАГИ методикой монограмметрии. Объектом исследований служила модель пассажирского широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета с размахом крыла 2010 мм, закрепленная в хвостовой державке. Система Vic-3D применялась для выполнения измерений модели самолета при имитации пуска без потока на углах тангажа в диапазоне от –3 до +12 градусов, а также в рабочем пуске с числом Маха М = 0,853 и углами тангажа от –4 до +11 градусов. В работе описан алгоритм работы с системой Vic-3D, представлены результаты измерений, проанализированы ошибки и погрешности, даны рекомендации по использованию системы в аэродинамическом эксперименте.

Воейков В.Л. (Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова)
Новиков К.Н. (лаборатория физико-химии биологических мембран биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова)
Буравлева Е.В. (Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова)
Photonic emission from blood: a signature of vital activity

Ultraweak photon emission (UPE) in the visible range of electromagnetic spectrum from living organisms is a well-established fact. However according to the widely accepted point of view UPE is not considered as a biologically relevant factor, rather it is thought as a mere by-product of oxidative reactions with the participation of reactive oxygen species (ROS). ROS themselves were claimed until recently as dangerous particles appearing as by-products aerobic metabolism. We used non-diluted human blood to evaluate if processes with ROS participation accompanied with UPE play significant biological role. In some cases, to amplify the intensity of UPE from blood specific luminofores such as Lucigenin or Luminol were added to blood. We obtained that blood is a continuous source of biophotons indicating that it persists in electronically excited state, generated in reactions with ROS participation. Excited state of blood is an oscillatory one. This suggests of interaction between individual sources of electron excitation that is extremely sensitive to the tiniest fluctuations of external photonic fields but resistant to temperature variations. The latter is reflected in hysteresis of PE in response to temperature variations. We observed that samples of blood could interact with each other if the optical contact between them was provided. Besides even if a small part of photons from blood in which immune reaction was induced were reflected back by a semi-permeable mirror it affected the intensity of UPE from blood. These data suggest that blood is a highly cooperative non-equilibrium and non-linear system, whose components unceasingly interact in time and space and that blood is able to store energy of electron excitation in the course of its own metabolism. From a practical point of view, the analysis of these blood qualities suggests design of new approaches to diagnostic procedures.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Ильин Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Visualization of combustion temperature field by Rayleigh thermometry

Combustion processes can be found in many areas of human activities and that explains why different fields of science and technology are interested in this issue in a great way. Rayleigh thermometry is one of the optical methods with their main advantage of contactless measurements which is used for combustion research. This method is based on Rayleigh scattering of laser light by particles of the substance being studied. Rayleigh thermometry makes it possible to determine parameters of the explored medium as its total density and temperature. The recorded Rayleigh scattering signal is proportional to the total gas density which allows to obtain temperature maps if gas composition and pressure are known. An experimental research of combustion process for different flame structures produced by gas burner is being conducted.

Кукушкин А.Н. (Пензенский государственный университет)
Бадеева Е.А. (Пензенский государственный университет)
Мурашкина Т.И. (Пензенский государственный университет)
Мотин А.В. (АО "НИИ физических измерений")
Features of microlensing formation at the radiating end of the optical fiber

The purpose of this work is to improve the technical characteristics of fiber-optic sensors with an open optical channel, namely, to increase the radiation power transmitted from the radiation source through the optical fiber supply to the working area, as well as to reduce the mass and size characteristics of the devices. To achieve this goal, it is proposed to use a microlens formed directly on the radiating end of the optical fiber that leads to the measurement zone. A design and technological design of a microlens on the end of an optical fiber made of an optical compound of the calculated size, based on the required aperture angle of the optical radiation output from the emitting end of the optical fiber, is proposed. To determine the volume of the drop associated with its radius, the method of calculating the volume of the body of rotation through a single integral is used. The technology of microlensing formation is considered. Using a metering device, the volume of the compound calculated according to the derived formula is applied to the prepared end of the optical fiber. A microlensing drop is formed under the influence of surface tension forces. The use of microlensing makes it possible to focus the output radiation with the required aperture angle, which increases the transmitted optical power and reduces the mass-dimensional characteristics of fiber-optic sensors.

Павлов И.Н. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Платонова И.В. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Расковская И.Л. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Распространение лазерных пучков при наличии искривленных границ раздела прозрачных сред

В докладе представлены математические модели распространения гауссовских, коллимированных и структурированных лазерных пучков в прозрачных оптически однородных средах при наличии искривленных границ раздела. Разработаны аналитические и численные алгоритмы моделирования изображений сечения пучка при его прохождении через поверхности, задаваемые степенными и периодическими функциями. Получены аналитические выражения, описывающие распространение пучка в лучевом приближении. На основе волнового представления приведены основные соотношения, определяющие фазовые и амплитудные искажения пучков при прохождении ими границ раздела. Исследованы вопросы, касающиеся условий фокусировки пучков и образования каустик. Представленные результаты получены на основе решения прямых задач распространения лазерного излучения при наличии резких границ сред, однако применение их для решения соответствующих обратных задач позволяет разработать алгоритмы для количественной диагностики формы поверхности. Наиболее перспективным с этой точки зрения является зондирование поверхности астигматическими (плоскими) лазерными пучками. В докладе приведены также описание экспериментальной установки, методики проведения экспериментов и результаты зондирования поверхности капли жидкости коллимированным и плоским пучком. Полученные результаты могут быть использованы для диагностики формы граничных поверхностей жидких сред, в частности мониторинга их динамики. Кроме того, актуальным представляется исследование возможностей применения указанного подхода для диагностики формы поверхностей прозрачных твердых тел, в том числе для мониторинга их динамических деформаций.

Матвеева И.А. (Самарский национальный исследовательский университет)
Морятов А.А. (Самарский государственный медицинский университет)
Мякинин О.О. (Самарский национальный исследовательский университет)
Classification of human skin Raman spectra using multivariate curve resolution (MCR) and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA)

The main purpose of the paper is classification of the human skin Raman spectra using partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) into classes depending on the disease. In vivo Raman spectra of normal skin, malignant melanoma and pigmented nevus are considered. A feature of the approach is the analysis not of the Raman spectra themselves, but of the concentrations of the eight most significant spectra components identified using multivariate curve resolution (MCR). As a result, the ROC curve was calculated and the optimal classification threshold was chosen. The accuracy of the classification models ranged from 63,3 to 86,7%, depending on the model. The findings suggest that this approach could also be useful for classification of specific diseases.

Барткус Г.В. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Кузнецов В.В. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
Применение метода лазерно-индуцированной флуоресценции для исследования локальных характеристик газожидкостного течения в микроканале

Исследование процессов, происходящих в микроканалах при двухфазном газожидкостном течении, является актуальной задачей из-за распространения систем на основе микроканалов в различных научных и промышленных приложениях: при проектировании дизайна микротеплообменников, химических микрореакторов и др. Знания о гидродинамических характеристиках газожидкостного потока, таких как характерные режимы течения, перепад давления, структура распределения фаз внутри течения дают глубокое понимание о процессах происходящих на микромасштабе и способствуют оптимизации устройств. В данной работе был применен метод лазерно-индуцированной флуоресценции (µLIF) для определения локальных характеристик газожидкостного потока в щелевом микроканале с соотношением сторон 1:6. Проработана методика измерения методом и проведена его калибровка. С помощью метода µLIF проведены измерения и построены распределения жидкой фазы вдоль широкой стороны микроканала для течения этанол-азот. Было выполнено сравнение средней толщины пленки в зависимости от приведенной скорости газа с известными зависимостями. Обнаружено, что при увеличении расхода жидкости для одинакового расхода газа средняя толщина пленки увеличивается. Показано, что в рамках одного расхода газа и жидкости (вдоль одного пузыря) средняя толщина пленки убывает при удалении от начала пузыря из-за стягивания жидкости в углы канала капиллярными силами. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №19-38-90255.

Меледин В.Г. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Двойнишников С.В. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Чубов А.С. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Кабардин И.К. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Развитие метода лазерной доплеровской спектроскопии наночастиц в жидкостях и реализация метода в спектрометре ЛАД-079

Большой интерес для механики, теплофизики, химии и биологии представляют возможности исследования и диагностики сложных структур в наножидкостях. По-лучаемая диагностическая информация особо перспективна для управления такими физическими параметрами наножидкостей, как теплопроводность, фазовые перехо-ды, вихреобразование и т.д. Целью этой работы было развитие метода для физико-химических и биологических оптических исследований распределений наночастиц по размерам и реализация его в спектрометре ЛАД-079. Работа созданных полупроводниковых лазерных доплеровских спектрометров-анемометров основана на параллельном многоугловом спектральном анализе результатов многолучевой интерференции лазерного излучения, рассеянного на смещающихся за счет броуновского движения в термостатированной жидкости наночастицах (ближайший аналог - многоканальная фотон-корреляционная спектроскопия). Измерение корреляционных функций флуктуаций интенсивности рассеянного света и интегральных интенсивностей рассеяния в заданных угловых спектрах позволяет определять коэффициенты диффузии дисперсных частиц в жидкости, и, находя решение обратной некорректной задачи, вычислять спектр гидродинамиче-ских размеров наночастиц в жидкостях и молекулярный вес полимерных молекул. Распределение наночастиц по размерам рассчитывается на основе анализа коэффициентов диффузии в рамках модели Стокса-Эйнштейна. К отличительным особенностям спектрометра ЛАД-079 относятся следующие. - Многоугловые параллельные измерения статического и динамического рассеяния света, угол рассеяния от 0-180°. - Зондирование на трех длинах волн с возможностью анализа поляризацион-ной активности образца( 488 нм, 532 нм, 650 нм). - Программируемый прецизионный термостат с погрешностью менее 0.1°С в интервале 0...+80°С с возможностью построения и программной реализации плана эксперимента. -Жесткая моноблочная конструкция спектрометра, не требующая юстировок и специального оптического стола. - Возможность измерения размеров дисперсных наночастиц в малопрозрачных жидкостях. Работоспособность предложенного метода экспериментально подтверждена успешным выполнением тестовых измерений эталонных наножидкостей. Совместно со специалистами ряда институтов СО РАН выполнены эксперименты по лазерной гранулометрии многих наножидкостей, в том числе полимеров, неорганики (кремнезем), диатомовых водорослей, нанотрубок, графена и др. Показано, что предложенный метод особенно перспективен для лазерной нанодиагностики уроонкологических заболеваний на основе лазерной гранулометрии наночастиц в моче человека.

Ивченко А.В. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (Самарский университет))
Flow Visualization around Cylinder under Surface Discharge Action in the Still Atmosphere

Известно, что незавершенные поверхностные разряды способны формировать пристеночные течения, которые могут быть использованы для изменения пограничного слоя и процессов тепло-массопереноса при обтекании тел. Поэтому знание свойств электро-газодинамических потоков возникающих непосредственно под действием плазменного листа играет важную роль при решении вопросов технической аэродинамики, теплотехники и плазмохимии. В докладе представлена универсальная система для визуализации течений поверхностного разряда на цилиндрической образующей, которая использовалась при проведении PIV экспериментов и теневых исследований. Предложенная система обеспечивала визуализацию течений формируемых под действием поверхностных разрядов, контроль потребляемой мощности на возбуждение газоразрядных процессов и измерение температурных полей на поверхности модели. При исследование течений в неподвижной воздушной атмосфере показано, что в окрестности цилиндра по мере увеличения возбуждающего разряд напряжение возникает периодическая вихревая структура, перестраивающаяся в систему расходящихся радиально струй. Наблюдаемые струи выходят за пределы теплового пограничного слоя и способны оказывать воздействие на отдаленные области пространства. Полученный результат свидетельствует о том, что незавершенные поверхностные разряды могут представлять эффективное средство управления газодинамическими, теплофизическими и массообменными процессами при обтекании тел.

Лебедева М.С. (Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова)
Цыбров Е.Г. (Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова)
Никандрова А.Е. (Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова, факультет Вычислительной математики и кибернетики, кафедра математической физики)
Эксперименты по лазерной дифрактометрии мазков крови

Целью нашей работы является измерение распределения эритроцитов по размерам с помощью метода лазерной дифрактометрии, а также создание удобного в использовании прибора, позволяющего быстро проводить данные измерения. Новизна этой работы заключается в том, что в настоящее время такие приборы отсутствуют, хотя возможность измерений доказана, в частности, в теоретических работах нашей лаборатории была получена зависимость разброса эритроцитов по размерам от видности дифракционной картины. В ходе исследования особое внимание уделяется методике приготовления влажного мазка крови и вопросам компьютерной обработки дифракционных картин, рассматриваются схемы потенциальных приборов. В результате получен протокол проведения измерений, написаны несколько компьютерных программ, позволяющих проводить обработку дифракционных картин и изображений мазков под микроскопом, выявлены новые зависимости видности дифракционных картин от форм клеток.

Чупин В.А. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Гусев Е.С. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Регистрация лазерными методами инфрагравитационных волн вызванных тайфунами

Представлены результаты натурных измерений, выполненных уникальным измерительным комплексом. Основными измерительными приборами комплекса являются лазерные деформографы, принципы измерения которых построены на лазерно-интерференционных методах. В результате выполненной обработки значительного объема данных, обнаружено, что при прохождении активных тропических циклонов по акватории Японского моря генерируются низкочастотные колебания в полосе частот от 7 до 11 Гц. Такой процесс имеет название «голос моря» и впервые был зарегистрирован нами при измерении деформаций земной коры. Статистически исходя из объема имеющихся данных лазерных деформографов за последнее десятилетие была выявлена определенная тенденция в генерации подобного сигнала, проведены сравнения с другими дистанционными методами регистрации тайфунов и выявлены некоторые закономерности генерации подобных инфрагравитационных волн у дальневосточного побережья России.

Носов П.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Принципы разработки оптических систем для отображения информации в непоглощающих средах

При решении задач в различных областях науки и техники возникает задача визуализации информации с прозрачных сред или материалов. Прохождение излучения через такой носитель информации приводит к изменению какого-либо из параметров, характеризующего световой поток (поляризации, углового распределения интенсивности излучения и т.п.). При разработке устройств для воспроизведения фазовой информации на непоглощающем носителе важными задачами являются выбор источника излучения и схемы оптической системы. Особенностью оптической системы для воспроизведения информации с рассматриваемых носителей является использование в оптической схеме визуализирующего объектива. В работе рассматриваются особенности построения оптических устройств для отображения информации в непоглощающих средах, а также принципы коррекции аберраций осветительного объектива и проекционного объектива оптической системы.

Antsiperov V.Е. (Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics (IRE) of Russian Academy of Sciences )
Kershner V.A. (Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics (IRE) of Russian Academy of Sciences )
Автоэнкодеры с архитектурой рецептивных полей для сжатого представления биомедицинских изображений

The report discusses a new method for autoencoding biomedical images based on the local characteristics of their shape intensity. The proposed method is mainly focused on CT, PET, SPECT images, characterized by poor resolution, low contrast, and low signal-to-noise ratio due to the low intensity of the recorded radiation. The proposed method uses the principles of machine (unsupervised) learning based on random samples of photocounts formed from poorly exposed images. The implementation of the proposed method is reduced to a (recurrent) procedure for the formation of maximum-likelihood local image descriptors associated with the receptive fields, specified on the lattice. The achieved characteristics of the method and its relation to modern approaches in the field of image processing are discussed.

Морятов А.А. (Самарский государственный медицинский университет)
Мякинин О.О. (Самарский национальный исследовательский университет)
Винокуров В.О. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Нейросетевой классификатор гиперспектральных снимков кожных патологий

В работе приводятся результаты применения нейросетевого классификатора для анализа снимков новообразований кожи, полученных с помощью гиперспектральной камеры. Использование трёхблочной нейросети на базе архитектуры VGG, позволяет произвести мульти-классовую классификацию набора двумерных изображений меланомы, папилломы, базальноклеточной карциномы и пигментного невуса. Экспериментальные данные ограничены спектральным диапазоном 600-606 нм., характеризуемым наибольшим поглощением меланина и гемоглобина, являющихся основными маркерами распознавания кожных новообразований. В работе исследована зависимость итоговой точности классификации от количества данных в обучающей выборке и их распределения по классам. Полученные результаты позволяют судить о значительных перспективах применения нейросетевых алгоритмов обработки гиперспектральных данных для классификации различных кожных патологий. При относительно малом наборе обучающих данных, точность классификации для четырёх типов новообразований составила 93%.

Епихин В.М. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Мазур М.М. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Рябинин А.В. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Карнаушкин П.В. (Пермский государственный национальный исследовательский университет.)
Мазур Л.И. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Акустооптические модуляторы-частотосдвигатели с одномодовыми волоконными световодами

Разработаны, изготовлены и экспериментально исследованы акустооптические модуляторы-частотосдвигатели на кристаллах TeO2 с одномодовыми световодами, поддерживающими и неподдерживающими поляризацию, для коллимированных и фокусированных световых пучков на длинах волн излучения 785, 1064, 1550 нм. Определены механизмы формирования и способы расширения рабочей полосы модулятора. Создан двухкристальный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения с рабочей полосой ≈ 40 МГц. Рассмотрены однокристальные модуляторы на коллимированных пучках с частотной полосой ≈ 10 МГц. Исследован однокристальный модулятор с фокусированным световым пучком с временем переключения ≈ 18 нс и расширенной полосой приема ≈ 40 МГц. Показано, что фокусировка светового пучка даёт возможность реализовать модулятор с минимальным временем переключения ≈2-3 нс, ограниченным электрическим пробоем используемого излучателя ультразвуковой волны.

Копьев В.Ф. (Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ))
Зайцев М.Ю. (Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ))
Копьев В.А. (Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ))
High-speed PIV investigation of the flow created by the model rotor in hover mode

A study of the instantaneous and average velocity and vorticity fields in the flow created by the model helicopter rotor in the hover mode was carried out. The velocity fields of the flow generated by the model rotor were obtained by a two-dimensional PIV system, which provided two components of the velocity vector in the diagnostic light plane. The integrated hardware and software system FlowMaster HS-PIV from LaVision was used. A high-speed double-cavity Litron LDY300 Nd: YAG laser (output wavelength 532 nm, pulse energy 2x22.5 mJ at a laser pulse repetition rate of 1000 Hz) was used as a light source. The light plane was formed by a system with cylindrical optics with a focal length of 10 mm. The optical system was located above the model, the light plane was vertical and passed through the rotor axis. The thickness of the light plane in the field of view was 1 - 2 mm, the width of the field of view was about 35 cm. The flow was seeded with Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat (DEHS) tracer particles with an average particle diameter of about 1 μm. The processing of the obtained raw images was carried out using a two-frame algorithm with adaptive interrogation windows implemented in the DaVis 10.1 software package (LaVision FlowMaster Software DaVis 10.1). The experiments carried out have shown the possibility of using the PIV technique to visualize the tip vortex structure descending from the rotor blade. This possibility seems to be especially interesting as one of the means of validation of the numerical methods for calculating rotor aerodynamics and acoustics. The effect of different model scales and different rotor operation modes on vortex structure and velocity field was investigated.

Корсаков А.С. (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
Жилкин Б.П. (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
Тураби А. (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина )
Жукова Л. (Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина)
Шмыгалев А. (институт высокотемпературной электрохимии уро ран)
Руденко А. (институт высокотемпературной электрохимии уро ран)
Thermal conductivity measurement of infrared optical fibres based on silver halide solid solution crystals

Infrared (IR) fibres based on silver halide solid solution crystals, have a wide range of applications and can be used,for the transmission of IR radiation in the mid spectrum range of 2 - 25 µm. These polycrystalline light guides can also be used to provide efficient heat dissipation in power semiconductor devices (PSD). The efficiency of heat dissipation in a PSD depends significantly on the thermal conductivity of the materials used. The aim of the study is to measure the thermal conductivity of silver halide light guides based on crystals of the AgCl-AgBr system used in PSD production technologies.The conductivity temperature coefficient of the samples under study were determined by the laser flash method using the LFA 427 (NETZSCH) installation.We studied mono- and polycrystalline samples of solid solutions with the composition AgCl0.25Br0.75 at a temperature of 295 K.The thermal conductivity of the investigated materials was then calculated using literature data on density and heat capacity. The thermal conductivity coefficient ranges from 0.8 to 1.1(W/m.K), depending on the microstructure of the sample.

Ковалевич А.С. (Университет ИТМО)
Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Степанова К.А. (ООО "Научно-технический центр "Эталон")
Исследование кинетики разрушения материалов, выполненных технологией селективного лазерного плавления, с применением метода акустической эмиссии

Особенности процесса получения изделий методом селективного лазерного плавления приводят к наличию в данном изделии различных структурных несовершенств, таких как: поры, трещины, дополнительные включения, что в свою очередь приводит к понижению прочностных характеристик. Вследствие этого на сегодняшний день возрастает необходимость неразрушающего контроля качества изделий, в частности, при исследовании прочностных характеристик. В качестве метода анализа процессов разрушения деталей, изготовленных по аддитивной технологии SLM (селективного лазерного сплавления), была выбрана акустическая эмиссия. Детальное исследование кинетики разрушения материалов с применением метода акустической эмиссии обеспечит возможность обнаружения и развития в материале процессов усталостного разрушения на ранних стадиях, что позволит перейти к разработкам методик прогнозирования ресурсных характеристик ответственных элементов и конструкций.

Роньшин Ф.В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Дементьев Ю.А. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Кочкин Д.Ю. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Элоян К.С. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Вожаков И.С. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Исследование формирования газо-жидкостных течений в мини- и микроканальных смесителях

В настоящей работе при помощи теневого и шлирен- методов проведены исследования газо-жидкостных течений в мини- и микроканалах. Создана экспериментальная установка для исследования формирования Тейлоровских пузырей в миниканалах. Угол подвода в исследуемых смесителях изменялся от 30° до 150°. Проведено экспериментальное исследование формирования двухфазного течения, где в качестве жидкости использовалась вода Milli-Q, а в качестве газа - азот высокой чистоты. Исследование проводилось в широком диапазоне расходов газа и жидкости. Определены основные режимы течения и построена режимная карта. Определено 5 характерных режимов течения для миниканалов с T- и Y-смесителями: параллельный (parallel), снарядный (Slug или Taylor), пузырьковый (Bubbly) , вспененный (Churn) и снарядно-кольцевой (Slug-Annular). Визуализирован переходной режим - пузырьково-снарядный (Bubbly-Slug). Для визуализации использовался скоростной теневой метод, позволяющий четко визуализировать межфазную границу. Разработан алгоритм в среде matlab, анализирующий полученные изображения. В процессе обработки программа следует за каждым пузырем, тем сам определяя такие динамические величины, как скорость, его длина и длина жидкостной перемычки. В результате обработки данные выводятся в файл, где для каждого пузыря во времени приводятся измерения. Из полученных обработанных построены распределения размеров и скоростей пузырей, а также размеров жидкостных перемычек. Построена режимная карта, проведено сравнение с корреляцией Haase et al. (2019) для предсказания границы перехода между пузырьковым и снарядным режимами течения. Показано хорошие количественное и качественное соответствие экспериментальных точек и корреляции. Исследовано влияние угла подвода в указанных смесителях. Показано, что угол подвода оказывает существенное влияния на границы режимов течения, а также на длины газовых снарядов и жидкостных перемычек. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-31-70038.

Павлюк А.А. (Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН))
Мазур М.М. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Рябинин А.В. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Мазур Л.И. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Шорин В.Н. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Пальцев Л.Л. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Акустооптический модулятор для волоконных систем на кристалле LiBi(MoO4)2

Ранее наши исследования акустических и фотоупругих свойств куристалла LiBi(MoO4)2 показали перспективность использования данного материала для создания акустооптических модуляторов (АОМ) работающих на частотах до нескольких сотен МГц. Нами был разработан и исследован АОМ с центральной частотой ультразвукового преобразователя 150 МГц, предназначенный для использования в волоконных системах на длине волны оптического излучения 1550 нм. Для фокусированного светового пучка диаметром 0,1 мм достигнута эффективность дифракции более 80 %. Для такого светового пучка расчётное время переключения (по уровню 0,1 - 0,9) 18 нс. Рабочая полоса АОМ по уровню 3 дБ составила 85 МГц.

Костюхин А.С. (ООО "НТЦ "Эталон"")
Development and experimental testing of the technique of ultrasonic control of brazed joints of heat exchangers

High reliability requirements are imposed on the quality of the soldered joints. Typical defects in the soldered joints of heat exchangers is non-soldered. The minimum size of the non-penetration area that must be detected is about 1 mm2. The existing assessment of the quality of soldering is reduced to destructive tests. These tests include hydraulic and pneumatic tests. There are control technologies that use non-destructive methods. For example, the applicability of the ultrasonic echo method based on thermo-optical (laser) excitation of ultrasonic waves has been proven. However, continuous inspection of the liquid-propellant engine chamber using the traditional echo method is not rational, since the inspection speed is limited by the size of detected defects (1 mm^2) and amounts to a few millimeters per minute. In order to increase the scanning speed without losing the ability to reliably detect defects such as "non-soldered ", it is proposed to use phased array antennas (PA) as a means of implementing the ultrasonic echo method. The paper considers the issues related to the interpretation of the information obtained when scanning the soldered joint, as well as issues related to modeling the acoustic field in the model of the soldered joint of the heat exchanger.

Жиленко Д.Ю. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Кривоносова О.Э. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Селекция волновых чисел при потере устойчивости течений во вращающихся сферических слоях

Численно исследовано развитие неустойчивости для течений вязкой несжимаемой жидкости в зависимости от различных начальных условий при вращении только внутренней сферы. Рассматривается сферический слой, в котором после потери устойчивости течения формируются бегущие азимутальные волны с волновыми числами 3 или 4. Переход к неустойчивости происходит в следующих условиях: при числах Рейнольдса, соответствующих стационарному течению до потери устойчивости, начинается увеличение скорости вращения внутренней сферы с постоянным по величине ускорением. Ускорение заканчивается при числах Рейнольдса выше предела устойчивости, и далее скорость вращения внутренней сферы остается постоянной. Изучена зависимость волнового числа вторичного течения после потери устойчивости от величины начального числа Рейнольдса и величины ускорения. Показано, что как увеличение ускорения, так и уменьшение начального числа Рейнольдса приводят к изменению соотношения инкрементов нарастания линейных мод и к замене превалирующего при стационарных граничных условиях волнового числа 4 на волновое число 3, что полностью соответствует известным экспериментальным результатам. На основе полученных численных результатов объяснено появление в экспериментах так называемых областей неопределенности, в которых режим течения может выбираться произвольным образом. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 19-05-00028.

Смирнов В.В. (Институт общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Жильникова М.И. (Московский физико-технический институт ((Национальный Исследовательский Университет))
Бармина Е.В. (Институт общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Шафеев Г.А. (Институт общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Кобцев В.Д. (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.Баранова)
Кострица С.А. (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.Баранова)
Козлов Д.Н. (Институт общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Волков С.Ю. (Институт Общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Лазерная диагностика профилей локальной температуры газа в пламени при горении композитных топлив на основе n-декана и наночастиц Al

Невозмущающие измерения двумерных пространственных профилей температуры газа непосредственно в зоне горения комбинированного топлива, состоящего из n-декана и наночастиц Аl, в сравнении с аналогичными измерениями характеристик процесса горения чистого n-декана, позволяют оценить эффективность добавления в исходное топливо заданного количества наночастиц определенного размера и типа, полученных тем или иным методом синтеза. В работе такие измерения проводились с использованием лазерной спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), обеспечивающей пространственное разрешение порядка 0,03×0,03×2 мм3, в ламинарном пламени созданного специализированного горелочного устройства с бескислородным нагревателем–испарителем жидкого топлива и диффузионным типом смешения истекающих из сопла паров топлива и окислителя (воздуха). Метод получения исследуемого комбинированного топлива заключался в лазерной фрагментации в жидком изопропаноле исходных крупных наночастиц Al с размерами 200-400 нм, полученных электровзрывом Al-проволоки в вакууме. Лазерная фрагментация в бескислородной среде приводила к образованию наночастиц без оксидной оболочки размерами менее 100 нм, с основным вкладом в удельную поверхность от наночастиц размером 20 нм. При завершении цикла фрагментации Al наночастиц в изопропаноле последний замещался на n-декан без изменения концентрации и химических свойств наночастиц. Результаты измерений температур показывают, что наиболее характерное различие в горении изготовленного композитного топлива, с массовой долей наночастиц Al 5% и 15%, и чистого заключается в том, что при горении n-декана с наночастицами Al значения температур на данном расстоянии от среза сопла оказываются систематически выше, хотя и повторяют профили значений, измеренных в случае чистого n-декана. Вблизи фронта пламени разница температур возрастает и достигает для исследуемого топлива 350 К, при температурах вблизи фронта порядка 2200 К. Расчеты показывают, что наблюдаемое различие в температурах может быть обусловлено как большей скоростью горения, так и большим удельным тепловыделением при горении n-декана с наночастицами Al.

Смирнов В.В. (Институт общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Кобцев В.Д. (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.Баранова)
Кострица С.А. (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.Баранова)
Козлов Д.Н. (Институт общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Волков С.Ю. (Институт Общей физики им. А.М. Прохорова АН России)
Измерение времени корреляции локальной температуры в нестационарном пламени с использованием спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света

Целью работы является демонстрация возможности измерения временного масштаба пульсаций "мгновенных" значений локальной температуры в нестационарном пламени на микросекундной шкале времен с использованием спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС). В работе применялся лазерный измерительный комплекс на основе двух лабораторных КАРС-спектрометров, использующих синхронизированные во времени импульсно-периодические лазеры с импульсами длительностью 10 нс. Измерительный комплекс позволял с высоким временным разрешением (за одну лазерную вспышку) и с регулируемой задержкой между двумя последовательными измерениями, повторяющимися с частотой 10 Гц, регистрировать серии пар спектров КАРС молекулами N2 из малого объема зондирования 0,03×0,03×2 мм^3. Из полученных спектров определялись, наряду с "мгновенными" значениями температур при заданной задержке, величины средних по времени температуры газа и амплитуды ее пульсаций. Найденные "мгновенные" значения температуры позволяли рассчитать коэффициент корреляции ее пульсаций при данном времени задержки. Представлены результаты серий из 500 измерений за одну лазерную вспышку, с задержкой между моментами измерений, изменяемой в диапазоне 1 мкс-10 мс, локальных температур в отличающихся по стабильности горения пространственных точках нестационарного пламени модельного горелочного устройства в виде открытой метано-воздушной горелки непрерывного действия с частичным предварительным смешиванием топлива и окислителя. Измерения позволили определить времена корреляции температуры в выбранных точках пламени, средняя температура в которых была порядка 1850 К.

Наумов А.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Оптическая система для объемной и спектральной визуализации микрообъектов на основе акустооптической фильтрации стереоскопических пучков

В настоящее время существует малое количество приборных решений, сочетающих в себе возможности получения геометрической (3D) и спектральной информации об объекте одновременно. Такие устройства важны при решении задач мониторинга, визуализации и распознавания, в которых существует корреляция между геометрическими и спектральными свойствами наблюдаемых объектов, или в которых необходимо получить максимальное количество информации за одно измерение. Примером таких исследований может являться дистанционное зондирование, мониторинг нестационарных биологических систем и др. Поэтому разработка алгоритмов расчета приборов, сочетающих в себе принципы трехмерной и спектральной визуализации, является актуальной задачей. Доклад посвящен стереоскопическому спектрометру, реализованному на основе акустооптической (АО) фильтрации двух световых пучков лучей, формирующих стереоскопическое изображение объекта. Оптическая система спектрометра состоит из входного объектива, после которого излучение делится на два стереоканала. В каждом канале установлен АО фильтр и оптическая система для его сопряжения с приемником излучения. Предложен метод габаритного расчета такого класса систем, учитывающий размер объекта, расстояние до объекта, глубину резкости изображаемого пространства, параллакс стереоскопической системы и качество получаемого спектрального стереоизображения. Последний фактор является ключевой особенностью, влияющей на точность измерения трехмерных координат на поверхности объекта и восстановления формы объекта. На основе габаритного расчета предложены варианты оптических схем с различными геометрическими параметрами АО фильтров. Выбраны оптимальные сочетания этих параметров. Ключевые слова: спектральная визуализация, акустооптический фильтр, трехмерная визуализация, стереоскопия, проектирование оптических систем, аберрационный анализ

Мазур М.М. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Шорин В.Н. (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений")
Лавров Е.А. (Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физикотехнических и радиотехнических измерений»)
Two-wave laser displacement meter

A two-wave laser displacement meter based on Michelson interferometer has been developed for measurements at an unknown temperature profile at the measurement trace. The requirements for meteorological parameters support during displacement measurements using the offered laser interferometer are less strict compared to using an one-wave interferometer. The article describes the optical schematic of the device. The results for the measurements of the developed laser interferometer for realization of the displacement unit within the limits of 60 m are presented. The weather condition influence on measurements was estimated. The application of pseudorandom displacement of the interferometer’s reference arm with accumulation made possible the reflector position resolution down to 0.01 μm the stoped-displacement mode, and down to 0.05 μm at the displacement mode. It was shown that such resolution allows to measure displacements at trace up to 60 m with inaccuracies less than 10 μm at the temperature profile amplitude up to 1 C.

Барбышев К.А. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Печинская О.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Исследование приемной оптической системы пирометра спектрального отношения со светоделительными пластинами

Определение температуры газового потока в авиационных двигателях является важной задачей при доводке разрабатываемого оборудования и эксплуатации выпускаемых агрегатов. Как правило, эта задача решается с помощью контактных методов измерения. Однако при использовании подобных методов в исследуемую среду вносятся возмущения, влияющие на результаты измерений. Поэтому наиболее перспективными являются бесконтактные оптические методы измерения. Среди большого количества таких методов наилучшим является измерение температуры газового потока по излучению его компонент, а именно по отношению двух спектральных линий, принадлежащих одному и тому же элементу. В этом случае отношение интенсивностей излучения не зависит от концентрации частиц, что и позволяет определять температуру. При измерении температуры газового потока в газотурбинном двигателе основным компонентом в потоке сгоревших углеводородных топлив является водяной пар. Именно его группы линий спектра удобно регистрировать и выделять с помощью узкополосных интерференционных фильтров. Подобный метод реализован в виде прибора, названного пирометром спектрального отношения, который позволяет измерять температуру газа в диапазоне 1000-2500 К. В работе описана модель оптической системы такого прибора, выполненная в САПР Zemax. Приведены параметры оптической системы, спектроделитель которой реализован на светоделительных пластинах и интерференционных фильтрах. Получены распределения освещённости в поперечном сечении пучка для трёх спектральных каналов пирометра, а также средние значения полной мощности излучения в фокальной плоскости оптической системы.

Павлов И.Н. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Ведяшкина А.В. (Акционерное общество «Особое конструкторское бюро Московского энергетического института»)
Расковская И.Л. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Бесконтактный непрерывный контроль параметров пограничных слов в жидкостях с помощью метода каустик

Исследование процессов тепло- и массопереноса является важной научной и производственной задачей, в частности, имеет большое значение бесконтактный непрерывный контроль параметров пограничных слов в жидкостях. Метод каустик оптического излучения, основанный на регистрации геометрических параметров каустических поверхностей, формируемых световыми лучами в результате зондирования неоднородной среды, хорошо зарекомендовал себя в решении задач определения параметров оптически неоднородных сред. В данной работе расширена область применения метода каустик, показана апробация метода для определения параметров диффузионного слоя жидкости по положению каустик лазерного излучения, разработан алгоритм обработки экспериментальных рефракционных картин, позволяющий восстанавливать распределение показателя преломления в диффузионном слое и определять коэффициент диффузии посредством косвенных измерений. Описана возможность применения метода каустик для определения краевого угла смачивания по рефракционному изображению, полученному при зондированию капли, лежащей на прозрачной подложке, широким коллимированным лазерным пучком.

Волков Р.С. (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
Экспериментальное исследование скоростей конвекции в движущихся каплях жидкости с использованием PIV метода

С использованием метода Particle Image Velocimetry (PIV) выполнен цикл экспериментальных исследований по определению скоростей конвекции в движущихся каплях воды при их гравитационном осаждении в воздушной среде. В ходе экспериментов варьировались: радиусы капель (1.2-2.4 мм), скорости движения капель (0.5-3 м/с), начальная температура воды (20-70 градусов Цельсия). Рассматривались разные способы генерации капель: сброс одиночной капли; генерация непрерывного капельного потока. Исследовались различные режимы деформации капель в свободном падении. Для подсветки капель использовался непрерывный DPSS лазер (10 Вт, 532 нм), для видеорегистрации - высокоскоростная видеокамера Phantom MIRO M310 (разрешение кадра 1280х800 пикс., скорость съемки - до 600000 кадр/сек, минимальное время экспозиции - 1 мкс). По результатам экспериментов показано определяющее влияние осцилляций капли и ее формы на диапазоны изменения скоростей внутренних конвективных течений. Установлены диапазоны влияния на скорости внутренней конвекции начальных размеров, скоростей движения и температуры капель. Подробно рассмотрены вопросы и особенности сведения пар изображений при обработке данных для последующего построения полей скорости методом PIV. Определены ограничения предложенного подхода. Установлены источники ошибок, а также диапазоны изменения систематических и случайных погрешностей измерений скорости конвекции.

Волков Р.С. (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
Экспериментальное определение характеристик примесей твердых частиц в водяном аэрозоле по интерференционной картине капель

С использованием метода лазерной интерферометрии выполнен цикл экспериментальных исследований по определению характеристик примеси твердых частиц в каплях водяного аэрозоля по интерференционной картине отдельных капель. Установлено, что наличие примеси твердых частиц в каплях аэрозоля существенно влияет на интерференционную картину последних. Для подсветки капель использовался импульсный Nd:YAG лазер Quantel EverGreen 70 (74 мДж, 532 нм), для видеорегистрации интерференционных картин - CCD видеокамера ImperX IGV B2020M. Радиусы капель водяного аэрозоля составляли 10-140 мкм. Использовались четыре различных типа твердых частиц. Массовая концентрация примеси варьировалась в диапазоне 0.003-1 г/л. По результатам исследований выделены специфические типы интерференционных картин, обусловленные наличием в капле примеси. Установлено влияние размеров частиц примеси и ее концентрация в каплях на интегральные характеристики интерференционных картин (количество и вид). Получены аппроксимационные выражения для прогнозирования характеристик примесей в каплях. Предложен подход по определению концентрации и размеров частиц примеси, основанный на анализе интерференционных картин, а также описаны ограничения разработанной методики.

Прибатурин Н.А. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Волков С.М. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Евдокименко И.А. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Куликов Д.В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Лобанов П.Д. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Исследование гидродинамических характеристик тепловыделяющей сборки методом лазерной доплеровской анемометрии

Работа посвящена исследованию гидродинамики потока теплоносителя в модельной гексагональной тепловыделяющей сборке ядерной энергетической установки. Сборка состояла из 7ми вертикальных стержней-имитаторов твэлов, зафиксированных в канале посредством дистанционирующих решёток. С помощью дифференциальной схемы ЛДА были получены распределения средней осевой скорости теплоносителя, а также пульсаций скорости для трёх режимов течения Re=500, 2500, 5000. Были получены горизонтальные профили скорости для различных диаметров стержней D=9, 10, 15 мм. Показано, что непосредственно за решеткой наблюдается сильное возмущение потока. Распределение скорости в этой области неоднородно и определяется геометрией решетки. На расстоянии порядка 5-6 диаметров стержня-имитатора твэла воздействие решетки на поток практически угасает. Распределение скорости в этой области практически однородно. Результаты работы могут быть использованы для верификации средств вычислительной гидродинамики (CFD).

Марунин М.В. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Поликарпова Н.В. (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Two-dimensional phonon crystals based on fused silica for acousto-optics

We present the study of the acoustic properties of two-dimensional phonon crystals based on fused silica. The dispersion relations of acoustic modes are obtained. The analysis of the dispersion relations made it possible to calculate the magnitudes of acoustic phase velocities. We have also evaluated the directions of acoustic polarizations and energy walk-off angles. It is shown that introducing periodicity into initially isotropic material of fused silica leads to strong acoustic anisotropy. The magnitude of the anisotropy may be controlled by changing the geometry factor of the unit cell of the phonon crystal. The geometry of the phonon crystal is found, for which the phase velocity of the acoustic wave is V = 1556 m/s, which is several times less than the phase velocity of the slow acoustic mode of solid isotropic fused silica. These results makes these materials attractive in terms of practical applications in acousto-optic devices. This work has been supported by Russian Science Foundation (RSF), grant (19-12-00072).

Кравченко О.В. (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН)
Азарова О.А. (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН)
Лапушкина Т.А. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (Ioffe Institute))
Image-based processing simulation of shock wave propagation through the area of ionization instability

A partially automatic method of digital processing of Schlieren images for the analysis of experimental data is proposed. The method is used to study the effect of the region of ionization instability created by a glow gas discharge on the front of an initially flat shock wave. Previously, this problem was solved numerically in the situation of a simplified geometry of a stratified energy source in the form of thermal layers. The proposed approach makes it possible to perform a semi-automatic simulation taking into account the real geometry of the ionization strata based on the obtained experimental Schlieren images. First, as a result of digital processing, the geometry of the layers is extracted from the images. In the next step, this information is embedded in the Navier-Stokes solver for conducting a computational experiment. New data for the real geometry of ionization strata of different scales are presented and the comparison with the results obtained using the model of thermal layers is conducted.

Кочкин Д.Ю. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Мунгалов А.С. (Институт теплофизики СО РАН)
Разработка синтетического шлирен метода для измерения деформаций поверхности тонкого слоя жидкости

Представленная работа посвящена разработке ​​модифицированного синтетического шлирен метода для измерения деформаций свободной поверхности тонких пленок жидкости. Оптическая схема метода включает в себя плоский источник света с фоном, состоящим из случайных точек, который расположен над поверхностью жидкости, а также камеру, которая фиксирует отражение фона от свободной поверхности. Для обеспечения четкой визуализации фона, отраженного от свободной поверхности тонкой пленки жидкости, подложка была покрыта специальным черным покрытием. Локальные уклоны поверхности пленки вызывают смещение точек на изображении фона относительно изображения фона, полученного при отсутствии каких-либо деформаций свободной поверхности. Используя кросс-корреляционный анализ изображений, было определено векторное поле смещений, которое затем было подставлено в уравнение Пуассона для восстановления профиля свободной поверхности слоя жидкости. Основными преимуществами предложенного метода являются: применимость для тонких пленок с температурными неоднородностями, простота, чувствительность, а также применимость как для прозрачных, так и для непрозрачных жидкостей. Предложенный метод позволил измерить профиль свободной поверхности тонкого слоя силиконового масла, неравномерно нагретого со стороны подложки. Несмотря на то, что термокапиллярные касательные напряжения имеют тенденцию к уменьшению толщины жидкого слоя в более горячих областях, в эксперименте наблюдалась выпуклая деформация поверхности пленки над нагревателем в течение нескольких секунд после начала нагрева. Это явление объясняется расширением жидкости, вызванным зависимостью плотности жидкости от температуры.

Волков М.В. (Университет ИТМО)
Маргарянц Н.Б. (Университет ИТМО)
Мялицин Д.И. (Университет ИТМО)
Потёмкин А.В. (Университет ИТМО)
Метод высокоразрешающей спекл-видеокапилляроскопии для исследования параметров кровотока в коже человека

Для исследования состояния системы микроциркуляции в коже человека и визуализации сосудов к настоящему моменту широко применяются методы видеокапилляроскопии (ВКС) и лазерной спекл-контрастной визуализации (ЛСКВ). При этом результаты визуализации сосудов методами ЛСКВ характеризуются низким пространственным разрешением, высоким уровнем помех и различными искажениями, связанными со смещениями исследуемого участка кожи за время экспозиции кадра. При применении методов ВКС выполняется локальное совмещение изображений исследуемого участка кожи, что позволяет получить синтезированное изображение капиллярной сети в коже человека с высоким разрешением. К недостаткам таких методов можно отнести искажения, связанные со смещением фокусировки. Кроме того, синтезированное изображение капиллярной сети, полученное методами ВКС, позволяет оценить границы и морфологию сосудов, но не отражает реальную интенсивность кровотока (перфузию). Также в системах ВКС используются мощные некогерентные источники светодиодной подсветки со значительным тепловыделением и большим размером кристалла. Это приводит к существенным ограничениям при проектировании системы освещения, особенно в оптоволоконном исполнении. В докладе предложен метод высокоразрешающей спекл-видеокапилляроскопии (ВСВК), основанный на высокоскоростной (до 200 кадров в секунду) регистрации и обработке серий (длительностью более 30 секунд) видеокадров, полученных при использовании когерентной подсветки. Показано, что разработанные методы совмещения позволяют скомпенсировать смещения зарегистрированных спекл-интерференционных картин. Для совмещенных изображений в каждой точке выполняется частотный анализ сигналов длительностью от 30 секунд. Это позволяет визуализировать капилляры в коже человека с исходным разрешением, тогда как пространственно-временное усреднение при использовании метода ЛСКВ приводит к снижению разрешения и позволяет визуализировать только крупные сосуды. Проведены эксперименты по измерению параметров капиллярной сети человека в области ногтевого ложа и предплечья. Для каждого участка кожи выполнены измерения и визуализация капилляров методами ВКС с некогерентной подсветкой (зеленый светодиод 532 нм) и методами ВСКВ с лазерными источниками (длины волн 532 и 650 нм). Полученные результаты показывают эффективность предложенного метода ВСВК для визуализации капилляров.

Кравченко О.В. (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН)
Чуриков Д.В. (НТЦ УП РАН)
Труфанов Н.Н. (НТЦ УП РАН)
Применение методов спектрального анализа для предобработки данных в задачах детектирования аномалий сигналов вибродиагностики при неразрушающем контроле

В работе рассматривается задача предварительной подготовки данных, полученных в ходе замеров уровня виброускорений при обработке заготовки на фрезеровальном станке с численно-программным управлением. Описана экспериментальная установка и предложен алгоритм анализа сигналов вибродиагностики с помощью математического аппарата машинного обучения. Особое внимание уделяется исследованию характеристик жёсткости станка при различных взаимных положениях его узлов. Проведен анализ конструкции оборудования и факторов, влияющих на процесс обработки, в результате чего обработан полученный сигнал и выделены его характерные фрагменты во временной и частотной областях. Данные подготавливаются для дальнейшего использования в решении задач классификации разделения сигнала. Классификация предполагает отнесение сигнала, поступающего на вход модели к соответствующей характерной зоне, под разделением предполагается отделение от сигнала, полученного в ходе обработки, собственного «шума» станка, возникающего в ходе работы. Предварительная подготовка осуществляется с помощью оконного преобразования Фурье. Рассмотрены различные варианты окон в преобразовании, в том числе построенные с использованием атомарных функций. Вычисления проводятся с помощью языка Python 3.9, основные результаты подкреплены графиками. Разработка методики обучения рассмотренных моделей нейронных сетей является предметом дальнейших исследований.

Polikarpova N.V. (Lomonosov Moscow State University)
Chizh I.K. (Lomonosov Moscow State University)
Acousto-optic devices using acoustic waves refraction

The methods of acousto-optics provide an efficient means of optical radiation control. The parameters of acousto-optic devices are largely determined by the efficiency of acoustic waves generation. We examine the features of elastic waves generation in various materials used in acousto-optics. In most practical application the generation process is implemented through the reflection of elastic waves at the boundary between two anisotropic media. We present here a detailed study of the refraction of elastic waves. We report new refractive effects such as “extraordinary” refraction. In this case the change in the direction of the incident acoustic wave does not influence the direction of the refracted elastic waves energy flow propagation. The configuration of an acousto-optic device using the geometry of unusual refraction in an anisotropic medium is discussed. This work has been supported by Russian Science Foundation (RSF), grant No. 19-19-00606.

Цыренжапов А.В. (Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Иркутский научный центр хирургии и травматологии» (ИНЦХТ))
Привалова Е.Г. (ФГБОУ ВО Иркутский государственный медицинский университет Минздрава России)
Определение индивидуальных желчных кислот методом измерения интенсивности светового потока в видимой области спектра

DETERMINATION OF INDIVIDUAL BILE ACIDS BY MEASURING THE LUMINOUS FLUX INTENSITY IN THE VISIBLE REGION OF THE SPECTRUM A.V. Tsyrenzhapov, E.G. Privalova. To study the amount of individual bile acids by measuring the spectral transmittance of liquid substances in the visible region of the spectrum. The studies were carried out on 40 white rats with an initial weight of 160-200 g. The choleretic reaction in animals was induced by the admin-istration of a TI extract from a plant of the Asteraceae family. The TI extract was tested at maximum (1:10) and minimum (1:20) concentrations. The reference drug was the immortelle extract at a concentration of 1:10. The amount of individual conjugated (taurocholic, glycocholic) and unconjugated (cholic, deoxycholic) bile acids was determined by the Pettenkofer reaction. Taurocholic, cholic and glycocholic acids were colorimetric at a wavelength of 582 nm, and deoxycholic acid at 540 nm on a KFK - 2 - VX L - 4.2 photocolorimeter/ At a concentration (1:20) of the TI extract, the secretion of total bile acids increased by 10%. At the same time, the amount of conjugated bile acids corresponded to the amount of unconjugated ones. The highest concentration of cholates in bile was observed at the maximum concentration (1:10) of the TI extract, which increased by 30%. At the same time, the con-centration of taurocholic and glycocholic bile acids (19%) exceeded the concentration of unconjugated (10%). The comparison drug stimulated the synthesis and secretion of total bile acids by 25% compared to the control group of rats. At the same time, the amount of individual bile acids exceeded the control by 20%. Thus, TI extract has a choleretic effect. It was found that an increase in the secretion of bile acids in the liver is directly proportional to an increase in the concentration of TI extract.

Чичигин Б.А. (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», Москва, Россия)
Малушин Д.С. (ИНПЦ «Средства неразрушающего контроля», РТУ МИРЭА, Москва, Россия)
Кокуров А.М. (ФГБУН Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Москва, Россия; ПАО «Туполев», Москва, Россия)
Исследование и оценка их параметров несплошностей структуры композитных материалов

В процессе производства или эксплуатации изделий из слоистых композитных материалов в толще материала могут возникать локальные структурные нарушения различных видов, наиболее опасными из которых являются непроклеи, расслоения и расщепления. Нарушение связи слоёв композитного материала или их частичное разрушение способно привести к резкому снижению прочностных характеристик изделия. Продемонстрированы возможность определения размера области расслоения и глубины его расположения в неметаллических многослойных слабопроводящих материалах, в том числе углепластиковых композитных материалах с помощью импульсного вихретокового метода и нестационарного теплового метода неразрушающего контроля. Работоспособность и эффективность применения предложенных методик оценки параметров несплошностей композитных материалов и технических решений подтверждается результатами экспериментальных исследований, проведённых на образцах из углепластиковых композитных образцов с искусственно созданными дефектами структуры материала в виде расслоений различного размера и формы.

Кравченко О.В. (Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН)
Разумов Т.Е. (Mail.ru Group)
Чуриков Д.В. (НТЦ УП РАН)
Высоких Ю.Е. (Научно технологический центр уникального приборостроения РАН)
Труфанов Н.Н. (НТЦ УП РАН)
Краснобородько С.Ю. (НТЦ УП РАН)
Применение методов цифровой обработки сигналов для учёта влияния геометрии зонда в атомно-силовой микроскопии

В работе исследуется задача учёта влияния геометрии зонда атомно-силового микроскопа (АСМ) для последующей обработки и анализа изображений, получаемых при исследовании поверхностных структур. Принцип работы АСМ основан на регистрации силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и зондом (кантилевером), которое приводит к изменению величины изгиба балки кантилевера, а также амплитуды и фазы его колебаний, в случае применения резонансных методов. Регистрация сигнала обратной связи АСМ, поддерживающего постоянное силовое взаимодействие между кантилевером и образцом при сканировании исследуемой области, позволяет получить изображение рельефа поверхности, магнитных и электрических параметров. На практике эти изображения подвержены искажениям, которые вызваны формой зонда, степенью его износа, режимом сканирования и другими факторами. Эффект наложения параметров зонда на измеряемую поверхность получил название «конволюция» и наиболее заметен при измерении объектов, имеющих размеры сопоставимые с радиусом закругления зонда. Целью настоящей работы является разработка алгоритма учета формы зонда (деконволюция) и последующая корректировка получаемых АСМ данных. На первом шаге алгоритма проводится предобработка методами кратномасштабного анализа и адаптивной фильтрации. Далее, применяется метод деконволюции, позволяющий снизить влияние параметров кантилевера, его аспектного отношения, радиуса закругления, загрязнений и других факторов на форму и размеры измеряемых структур. На заключительном этапе обработанное изображение сравнивается с исходным для анализа и учёта дефектов.

Shemanin V.G. (The Federal State Budget Educational Institution of Higher Education “Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov”)
Privalov V.E. (Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University)
Sarychev I.A. (Novorossiysk Polytechnic Institute (branch) Kuban State Technological University)
Soldatov A.N. (The National Research Tomsk State University, TSU)
Chartiy P.V. (Novorossiysk Polytechnic Institute (branch) Kuban State Technological University)
Shumeiko A.S. (The National Research Tomsk State University, TSU)
Laser sounding of grain dust in the air of the working area during material handling

In the last few years, Russia increases export of grain, which is carried out through the grain terminals river and seaports. One of the ship’s operational stage is carrying out of the material handling. Condition for the failsafe arranging of material handling is to ensure the safety of these operations. Unloading and reloading of grain, as well as its technological transportation is accompanied by the formation of grain dust, which becomes explosive at a certain ratio of concentration and particle size. Various technological operations are used to prevent the occurrence of explosive concentrations of grain dust. But if these operations are not carried out, explosive concentrations can be generated. The radical prevention of grain dust explosion is real-time monitoring of particle concentration and size. For solving this problem the authors propose to use the method of spectral transparency at several wavelengths, showed earlier the solution of problems of control of sizes and concentrations for solving technological and environmental problems in technologies associated with obtaining powders by the method of mechanical activation of mineral materials. Strontium vapor laser was chosen as a source of laser radiation to provide simultaneous generation of radiation in the wavelength range from 1.03 μm to 6.45 μm including the range of calculated optimal wavelengths. The proposed approach has been tested on a laboratory facility with the results obtained that make it possible to build optical systems for preventing the occurrence of explosive concentrations of grain dust.

Egorov D.P. (Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of RAS)
Kutuza B.G. (Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of RAS)
Cloud species classification from video recordings

Large database of images has been accumulated during atmospheric cloudiness observations from 2017 to 2020 near Fryazino city, Moscow Region. The problem of classification of obtained images into three types is considered. The types are clear sky images (no clouds); images of cumulus clouds (cu hum/med/cong); images of layered clouds or any other species of clouds, including mixed ones. A qualitative analysis of various key features is performed to solve the problem. An image classification algorithm based on convolutional neural network is developed. The algorithm uses the key features retrieved during image preprocessing. The quality evaluation is performed. The developed software tool is currently successfully used for atmospheric radiometry problems.

Shemanin V.G. (The Federal State Budget Educational Institution of Higher Education “Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov”)
Privalov V.E. (Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University)
Sarychev I.A. (Novorossiysk Polytechnic Institute (branch) Kuban State Technological University)
Soldatov A.N. (The National Research Tomsk State University, TSU)
Chartiy P.V. (Novorossiysk Polytechnic Institute (branch) Kuban State Technological University)
Shumeiko A.S. (The National Research Tomsk State University, TSU)
Evaluation of the carbon black particles dispersion in the emissions of the shipboard power plants by spectral transmission at several wavelengths of the laser radiation

Carbon black particles are formed in a ship's engine during fuel combustion absorbing toxic components of exhaust gases and significantly increasing their environmental and hygienic hazard. The sorption process occurs through the surface of the particle. Therefore, it is important to know not only the concentration of soot, but also the size of its particles. The analysis of the possibility of simultaneous estimation of the concentration and dispersion by the laser method of differential attenuation is carried out and a variant of its technical implementation is described. Depending on the size range of the soot particles, appropriate laser sounding wavelengths are selected. If the soot particles coagulation is low, the laser sounding wavelengths should cover the range from 400 to 1000 nm. The authors proposed to carry out simultaneous sounding of ship emissions at wavelengths of 405, 532, 650 and 1064 nm using semiconductor lasers. If significant coagulation occurs, it is necessary to expand the range to the long-wave region up to 5000-6000 nm. This task is successfully realized using a multiline strontium vapor laser with wavelengths from 1030 to 6450 nm.

Цой М.А. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Скрипкин С.Г. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Кравцова А.Ю. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Высокоскоростная визуализация кавитационного обтекания профиля крыла в щелевом канале с малым аспектным отношением

Кавитация возникает в зонах пониженного давления, когда оно становится ниже критического давления паров воды, и как правило приводит к возникновению шума, увеличению колебательной нагрузки и вибрации системы и в целом влияет на производительность и эксплуатационную надежность оборудования. Также одним негативным эффектом кавитации является эрозия материала, приводящая к усталостному отказу любых гидроагрегатов. Неустойчивое и колебательное поведение кавитационных структур по-прежнему является проблемой для многих исследователей, и получение качественной информации о кавитационных явлениях в различных гидродинамических системах являются актуальными. Обтекание профиля крыла NACA активно исследуется различными авторами как в случае кавитационных, так и для некавитирующих условий, поскольку имеет широкие технические приложения. В работе исследовалось кавитационное обтекания профиля крыла в узком щелевом зазоре (1мм) между двух параллельных прозрачных пластин. Высокоскоростная визуализация осуществлялась с использованием камеры Photron fastcam nova s12 с частотой съёмки до 100 кГц с целью выявления основных особенностей течения. При варьировании расхода жидкости были исследованы и проанализированы различные режимы кавитационного обтекания, выявлен ряд интересных особенностей, в том числе формирование сплошной суперкваитационной полости. С использованием цифровой обработки данных визуализации выделены основные частоты формирования кавитационных полостей при обтекании и в следе крыла. Полученные экспериментальные данные с учетом каноничности эксперимента могут способствовать верификации численных кодов и аналитических моделей при описании явлений кавитации. Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ № 19-79-10217

Меледин В.Г. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Двойнишников С.В. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Кабардин И.К. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Бакакин Г.В. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Развитие метода лазерной доплеровской анемометрии для диагностики кинематически параметров турбулентного течения в пристеночной области

Задача верификации расчетов турбулентных течений актуальна в ряде научных и практических приложений. Часто для верификации численных расчетов приводятся измерения полей скорости в сечениях экспериментальных установок. Для изменения кинематических характеристик оптически методы, в том числе метод лазерной доплеровской анемометрии, поскольку он не возмущает поток и обладает никой погрешностью измерения. Измерения вблизи стенки гораздо сложнее измерений в ядре потока, поскольку в этой области пролетает меньшее число частиц трассеров, имеются отражения от стенки и имеются большие градиенты скорости. Целью работы было развить для измерения двумерных кинематических характеристик потока современный бесконтактный оптический метод диагностики аэродинамических потоков метод лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА) и использовать его измерителе ЛАД-07. Измеритель ЛАД-07 разработан и изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Оптическая схема измерителя скорости включает лазер, два ортогонально ориентированных акустооптических модулятора бегущей волны, приемо-передающую оптическую систему, состоящую из зеркал и объективов и фотоэлектронного умножителя. К фотоприемнику подключен двухканальный доплеровский сигнальный процессор, который передает обработанные данные в компьютер. Луч лазера после прохождения элементов направляется на акустооптический коммутатор-модулятор. Под действием модулирующего напряжения на выходе модулятора формируются два световых пучка, дифрагированных в нулевой и минус первый порядки. Расщепленные пучки проходят через систему оптических элементов и направляются объективом в исследуемую область потока. Лазерные пучки образуют интерференционную картину с известной пространственно-временной периодической структурой. При пересечении частицей зондирующего оптического поля на выходе фотоприемника появляется радиоимпульс фототока, доплеровская частота которого есть линейная функция скорости, а длительность равна времени прохождения измерительного объема. Измеряются две проекции вектора скорости в диапазоне 0.001.. 400 м/c с погрешностью, не превышающей 0.1 %. Размер измерительной зоны составляет 0.1x0.1x0.5 мм. Позиционирующее устройство позволяет перемещать измерительный блок в области 250 x 250 x 250 мм с точностью 0.1 мм. Данный метод также обеспечивает возможность измерения локальных пульсаций скорости потока. Развитый метод, воплощенный в измерителе ЛАД-07, успешно использован при верификации численных расчетов при исследования течения газа в поворотно-расширяющемся течении.

Великовский Д.Ю. (НТЦ УП РАН)
Шевелкина Е.Д. (ООО НТО ИРЭ-Полюс)
Модификация стандартного алгоритма интерференционного метода контроля оптических неоднородностей с целью повышения пространственного разрешения

Регистрация неоднородностей показателя преломления в прозрачных средах является одним из этапов контроля оптических материалов. Зачастую в процессе разработки кристаллов, керамик и стекол пространственные масштабы таких неоднородностей могут варьироваться от нескольких микрон до нескольких сантиметров. Целью настоящего исследования является получение алгоритма расшифровки интерферограммы, полученной на интерферометре Маха-Цендера, с площадью поля 20х20 мм2, позволяющего детектировать флуктуации оптической разности хода различной амплитуды (λ/20 и выше) в широком диапазоне пространственных масштабов (от нескольких десятков мкм до 1 см). В данной работе рассмотрен вариант расшифровки интерференционного изображения методом разделения частотных составляющих его Фурье спектра. Авторами настоящей статьи предлагается алгоритм построения и пример использования оптимальной функции аподизации взамен классической, которая, в отличие от последней, позволяет сохранить высокочастотную составляющую поля абсолютного изменения фазы. Ключевые слова: интерферометр Маха-Цендера, компьютерная интерферометрия, метод Фурье, функция аподизации.

Долгих Г.И. (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Лазерно-интерференционные комплексы исследования геосферных процессов

Рассматриваются характеристики лазерно-интерференционного комплекса, состоящего из лазерных деформографов, лазерных нанобарографов и лазерных измерителей вариаций гидросферного давления, предназначенного для изучения природы возникновения, развития и трансформации геосферных процессов и явлений в частотном диапазоне от 0 (условно) до 1000 Гц. Применение данного комплекса позволяет регистрировать смещения исследуемых объектов с точностью до 10 пм, вариации гидросферного и атмосферных давлений с точностью до 1 мкПа в вышеуказанном диапазоне частот. Динамический диапазон регистрируемых процессов значительно расширен за счёт применения специальных методов обработки. Приводятся некоторые результаты комплексных исследований приповерхностных геосферных процессов в инфразвуковом и низкочастотном звуковом диапазонах, в процессе анализа которых определены их первоисточники, а также рассмотрены особенности трансформации их основных параметров.

Проскуряков К.Н. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ)
Self-oscillations that cause the destruction of intermolecular bonds in the water coolant of a nuclear power plant

Автоколебания, вызывающие разрушение межмолекулярных связей в водяном теплоносителе атомной электростанции Проскуряков К.Н. Выявлены элементы контура теплоносителя с отрицательной диссипацией (отрицательным трением). Показано, что в этих элементах происходит самоорганизация хаотических турбулентных пульсаций и генерация автоколебаний в виде акустических волн, частота которых определяется по формуле Томсона-Кельвина. На основе приведенных теоретических и экспериментальных данных, подтверждена достоверность неизвестного ранее свойства реактора с присоединенными трубопроводами, генерировать одновременно несколько акустических волн, оказывающих различное влияние на структурные свойства воды. Воздействие волн инфразвукового и звукового диапазона на структуру воды приводит к изменению в ней набора кластеров, их концентраций и размеров, которые существенно зависят от частоты акустических волн. В процессе воздействия продольными акустическими волнами на кластеры в центральную зону вращающегося потока воды смещаются легкие радикалы Н и ионы H+ и возникает закрутка потока. Это усиливает напряженность возникающего электростатического поля, на оси потока растет положительный заряд, на периферии - отрицательный. Показано, что в опускном участке, имеющем кольцевую геометрию для реакторов с водяным и жидкометаллическим охлаждением, возникает закрутка теплоносителя, влияющая на нейтронно - физические и тепло массообменные процессы.

Поройков А.Ю. (НИУ "МЭИ")
Шматко Е.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Пинчуков В.В. (НИУ "МЭИ")
Богачев А.Д. (НИУ "МЭИ")
Оптимизация калибровочных параметров стереосистемы для фотограмметрических измерений в натурных экспериментах

Одной из проблем, с которой сталкиваются разработчики систем компьютерного и технического зрения - это зависимость от сторонних цифровых видеокамер, на основе которых реализуется разрабатываемые системы. На данный момент подавляющее большинство таких камер зарубежного производства, а немногие отечественные производители выпускают камеры со значительно худшими характеристиками и в сроки, превышающие доставку иностранных камер из-за рубежа. С другой стороны существенным недостатком применения готовых камер в системах компьютерного и технического зрения является отсутствие возможности гибкого подбора параметров под конкретную задачу и систему. В работе предлагается провести разработку собственной модели цифровой камеры. Это позволит избавиться от зависимости от иностранных производителей, повысить скорость изготовления системы под требования заказчика. В докладе представлена принципиальная схема камеры, обоснован подбор основных компонент, представлены результаты разработки топологии печатных плат для различных модулей камеры.

Поройков А.Ю. (НИУ "МЭИ")
Шматко Е.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Пинчуков В.В. (НИУ "МЭИ")
Богачев А.Д. (НИУ "МЭИ")
Crosscorrelation image processing for surface shape reconstruction using fiducial markers

Проблема измерения формы поверхности и диагностики деформаций встречается во многих отраслях науки и техники. Чаще всего она встречается в автомобильной промышленности, строительстве и авиации. Во многих случаях такие измерения проводятся в условиях повышенных вибрационных нагрузок. В докладе рассматривается проблема декалибровки стереосистемы видеокамер в эксперименте в условиях повышенных вибрационных нагрузок. Декалибровка – процесс изменения внешних и внутренних параметров системы под воздействием сильных вибраций. Внешними параметрами стереосистемы являются взаимное расположение камер и объекта, внутренними – фокусное расстояние, соосность объектива и матрицы и др. Рекалибровка – обратная процедура для получения максимально близких к действительным элементам калибровочных матриц. Для решения рассматриваемой проблемы предлагается применить оптимизацию внешних параметров калибровочных матриц для минимизации ошибки репроекции трехмерных точек, получаемых при фотограмметрических измерениях. В докладе представлено разрабатываемое программное обеспечение для решения задачи рекалибровки.

Сергеев Д.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Кандауров А.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Добров А.А. (ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»)
Исследование PIV-методами особенностей течений на начальных участках ТВС реактора РИТМ-200 в модельных экспериментах

Исследование гидродинамических режимов в реакторах современных ядерных энергетических установок ЯЭУ является актуальной задачей. Особую важность эти исследования имеют для перспективных ЯЭУ атомных ледоколов нового поколения, к которым предъявляют повышенные требования по энергоэффективности, манёвренности и надежности. К таким, в частности относится реактор РИТМ-200, в котором в активной зоне кассетного типа используется новое металлокерамическое топливо повышенной ураноемкости для увеличения энергоэффективности. Для возможности регулировки расхода теплоносителя, проходящего через тепловыделяющую сборку (ТВС), и обеспечения маневренности на входном участке ТВС этого реактора предусмотрена установка дроссельных шайб. В шайбах круглой формы имеется набор отверстий, разного диаметра, которые могут перекрываться при регулировке потока. При прохождении через шайбу поток становится сильно неоднородным (набор отдельных струй) в поперечном направлении, что может соответственно приводить к неоднородному теплообмену по ТВС и как следствие к уменьшению надежности. Поэтому важную роль играют исследование особенностей течений в промежутке между шайбой и тепловыделяющими элементами. В настоящей работе представлены результаты модельных экспериментов по исследованию характеристик течений полученных Particle Image Velocimetry (PIV) методом при обдувке модели дроссельной шайбы на малошумящей аэродинамической трубе ИПФ РАН. Измерения скорости течения выполнялись в различных сечениях не только после шайбы, но и до нее. Результаты были использованы для верификации численных расчетов Ansys CFX и ЛОГОС.

Сергеев Д.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Кандауров А.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Исследовании PIV-методами влияния волн на флуктуационные характеристики приповерхностных течений при ветро-волновом взаимодействии

В условиях лабораторного моделирования на Ветроволновом термостратифицированном бассейне ИПФ РАН исследовалось влияние необрушающихся волн на процессы перемешивания верхнего слоя океана при ветро-волновом взаимодействии. Были выполнены эксперименты трех типов. В первом эксперименте сдвиговое течение в воде индуцировалось с помощью слабого ветра (около 2 м/с по оси канала), что избежать возбуждения поверхностных волн. Во втором эксперименте в отсутствии ветра генерировалась только поверхностная волна с помощью волнопродуктора. Режим генерации волнения на частоте 1,63 Гц с амплитудой в области наблюдения около 6 мм. Третий тип эксперимента объединял условия предыдущих двух, т.е. одновременно работал волнопродуктор и дул ветер. Во всех экспериментах выполнялись измерения характеристик подводного течения с помощью PIV-метода 8-ой рабочей секции канала. При построении полей скорости, а затем профилей использовалась криволинейная координатная система, связанная с формой поверхности. Для каждой точке измерения скорости на каждом кадре вычислялось расстояние до поверхности и фаза волны. Затем производился биннинг по глубине и фазе (22 окна по глубине от 0 до 3 см и 10 окон по фазе). Фильтрованные поля скорости усреднялись для каждой из 10 фаз отдельно, что позволило получить средние для каждой фазы профили скорости. Усреднение этих профилей позволило получить средние по всей записи вертикальные профили компонент скорости без ошибок. Флуктуации (турбулентные составляющие) для каждой фазы по глубине и по фазе вычислялись путем вычитания среднего для этой корзины значения. Были получены вертикальные профили флуктуаций компонент скорости отдельно для каждой фазы, а также средние по всем фазам. Показано, что присутствие волн приводит к увеличению среднего дрейфового течения, а также, что более важно, уровня флуктуаций по всей глубине снимаемого профиля более чем в 3 раза. Это наблюдалось как для горизонтальной, так и для вертикальной турбулентной составляющей скорости.

Сергеев Д.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Кандауров А.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Использование комбинированного PIV-PTV метода при исследовании процессов генерации за счет дробления типа "парашют" при ветроволновом взаимодействии

В экспериментах на Ветро-волновом термостратифицированном бассейне ТПФ РАН выполнены эксперименты по детальному исследованию процесса фрагментации водной поверхности и образования капель по типу «парашют». При этом использовался новый комбинированный алгоритм определения траекторий движения обркапель основанный на совместном использовании Particle Image Velocimetry (PIV), для предварительного определения поля смещений (скоростей) движения групп брызг в разных областях методом кросскорреляционной обработки и Particle Tracking Velocimetry (PTV) для уточнения смещения уже отдельных капель. Полученный массив данных о траекториях и размерах каплей был обработан для получения различных статистических параметров, характеризующих генерацию брызг «парашютами», включая гистограммы распределения капель по размерам, по скоростям (в том числе отдельно по компонентам), по начальным высотам вылета (относительно поверхности). При этом исследовались не только статистические характеристики, полученные усреднением по времени и пространству, но также временные зависимости интегральных параметров, характеризующих процесс образования брызг и их разлет во времени. Была изучена временная эволюция (от начала разрыва мембраны парашюта) следующих параметров: общего количества капель, объем жидкости, содержащегося в них, средней скорости (в том числе отдельно по компонентам), среднего размера капель и т.д.

Зинин П.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Титов С.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Мартьянов П.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) )
Разработка высокочастотной ультразвуковой установки для измерения параметров тонких пленок

Представлена методика, позволяющая измерять упругие параметры пленок толщиной до 10 нм. Методика основана на использовании разработанной установки лазерного ультразвука, которая позволяет проводить измерения в наносекундном диапазоне длительностей ультразвуковых импульсов. Возбуждение ультразвуковых импульсов, распространяющихся вдоль поверхности исследуемого образца в виде квази-поверхностных волн, производится за счет оптоакустического эффекта с помощью инфракрасного импульсного лазера. Регистрация распространяющихся ультразвуковых волн осуществляется по модуляции отраженного сфокусированного луча непрерывного лазера. Регистрация и цифровая обработка принятого сигнала в зависимости от расстояния между точками возбуждения и приема позволяет определить дисперсионные зависимости скоростей направленных волн, путем решения обратной задачи восстановить толщину и упругие свойства исследуемых пленок на подложках. Полученные результаты, возможно использовать при проектировании элементов микроэлектроники для оценки контроля качества изготовления.

Сергеев Д.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Ермакова О.С. (Институт прикладной физики РАН)
Баландина Г.Н. (Институт прикладной физики РАН)
Троицкая Ю.И. (Институт прикладной физики РАН)
Метод определения полей скорости в ураганах на основе кросскорреляционного анализа спутниковых изображений GOES

Оперативные оценки скоростей ветра в ураганах с высоким пространственным и временным разрешением является важной задачей и актуальной задачей. В работе представлены предварительные результаты применения кросскорреляционной обработки последовательности изображений облачности ураганов, полученных при съёмке земной поверхности геостационарными спутниками GOES в видимом и инфракрасном диапазоне. Наилучшим временным разрешением обладают последовательности изображений, полученных с геостационарных спутников в режиме Super Rapid Scan Operations полученных с промежутком в 1 минуту. Точность определения скорости в значительной степени определяется наличием неоднородностей в изображениях облочности. Кросскорреляционная обработка выполняется по аналогии с Particle Image Velocimetry (PIV) и Image Speckle Velocimetry (ISV). Результаты обработки могут быть верифицированы на основе сопоставления с данными реанализа метеорологической обстановки NCEP.

Захаров Н.С. (Московский политехнический университет; МИРЭА - Российский технологический университет)
Сулягина О.А. (Московский политехнический университет)
Мошин А.А. (Московский политехнический университет)
Терещук А.Ю. (Московский политехнический университет)
Солнцева Е.В. (Московский политехнический университет)
Исследование конвективных течений в гидрогелях методом оптической голографии

В работе предложен оптический метод диагностики фазовых состояний неоднородных дисперсных систем на основе гидрогелей. В качестве исследуемых образцов были использованы гели из агарозы и желатина. На основе разработанного оптического метода проведено исследование возникновения конвективных течений в процессе нестационарного нагрева образцов со стороны нижней стенки рабочего участка. Впервые получены результаты по визуализации полей температур и развитию конвективных течений в процессе нагрева микроструктурированных сред с анизотропными свойствами. Для измерения полей температур применялся метод голографической интерферометрии, основанный на зависимости показателя преломления от свойств сплошных сред и температуры. Экспериментально установлены характерные времена нестационарного прогрева гидрогелевых образцов, отражающие различные механизмы теплопереноса (теплопроводность и конвективный теплообмен). Работа подготовлена в рамках выполнения базовой части государственного задания ФГАОУ ВО “Московский политехнический университет” (проект AAAA-A20-120092190052-9).

Белов С.Ю. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Processing of two-dimensional velocity fields for reconstructing three-dimensional flow patterns

The purpose of this paper is to obtain three-dimensional velocity fields of a gas or liquid flow based on the available cross-sections of this flow. The descriptions of the main optical methods for studying flows are designed to construct a cross-section of the observed process, but it would be much more informative to obtain information in the visualization not in the cross-section of a volume, but in this volume itself. The paper deals with obtaining three-dimensional flow velocity fields using various approximation methods. The method of estimating the most suitable approximating function is also given. The determination of the optimal type of approximation for the reconstruction of the three-dimensional velocity field was tested on an artificially created vortex.

Павлов А.В. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Кикоть Н.Е. (студент ИЭ)
Бобылев П.Г. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Бикмулин А.В. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Митяков В.Ю. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Сапожников С.З. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Комплексное исследование режимов кипения методами высокоскоростной визуализации и градиентной теплометрии

В исследовании теплообмена при кипении преобладают оптические методы и термометрия. Возможности эксперимента существенно расширяет новая технология – градиентная теплометрия, в которой использованы гетерогенные градиентные датчики теплового потока с постоянной времени порядка наносекунд. При исследовании кипения недогретой в большом объёме воды на поверхности шара из титана, предварительно разогретого до 300…500 оС, теплометрия совмещена с визуализацией режимов кипения с помощью скоростной камеры Evercam 1000-4-M. Удалось получить распределение плотности теплового потока по широтной координате и связать местные коэффициенты теплоотдачи с наблюдаемыми режимами кипения и исходными температурами воды и модели. Показано, что добавка наночастиц окиси алюминия существенно повышает коэффициент теплоотдачи при сопоставимых условиях опытов.

Dubnischev Y.N. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University, Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Arbuzov E.V. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Sobolev Institute of Mathematics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University)
Arbuzov V.A. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University, Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Zolotukhina O.S. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University)
Lukashov V.V. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Polychromatic Hilbert diagnostics of phase and temperature disturbances, induced by candle flame in air

The work is motivated by the scientific and practical significance of the problem of non-disturbing diagnostics of phase and temperature fields induced in a gas medium by a flame of a torch (candle). The spatial conditions in which the fields are investigated satisfy the model of axial symmetry of the torch associated with the vertical orientation of the candle. A method adequate to the problem to be solved has been developed, based on polychromatic Hilbert visualization of phase optical density fields, measurement of the temperature profile in selected sections of the medium under study, registration and selection of RAW images recorded by the photomatrix in RGB channels. The visualized Hilbert structures carry information about the phase optical density perturbations induced by the temperature field. The reliability of the results is confirmed by comparing the experimentally obtained hilbertograms and those reconstructed from phase structures using the Abel transform. The diagnostic complex is based on the IAB-451 device with a modified optical filtering unit, a light emitter module, information registration and processing. Using the Hilbert optics method, the dynamic phase structure of a hot air flow from a candle flame is visualized simultaneously at wavelengths in the red, green and blue spectral ranges. Comparison of experimental and reconstructed hilbertograms is carried out. On axisymmetric sections, the phase function is obtained from the hilbertograms, and the temperature field is reconstructed using the inverse Abel transform.

Dubnischev Y.N. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University, Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Arbuzov E.V. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Sobolev Institute of Mathematics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University)
Arbuzov V.A. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University, Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Zolotukhina O.S. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University)
Lukashov V.V. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Optical diagnostics of hydrogen-air diffusion flame

The motivation of the work is to adapt the methods of optical Hilbert diagnostics for visualization and study of the phase optical density and temperature fields in the structure of an axisymmetric hydrogen-air diffusion flame. The diagnostic complex is implemented on the basis of the IAB-451 device with modified optical filtering units, information source and processing. The investigated torch is oriented vertically. Oxygen is supplied along the torch axis, hydrogen is supplied through the annular peripheral channel. Visualization of phase disturbances induced by the medium under study in a multiwave probe light field is performed by using polychromatic Hilbert and Foucault-Hilbert transformations in combination with registration and RGB-pixel-by-pixel processing of the dynamic image structure. The dynamic phase structure of the diffusion flame is visualized. The temperature was recorded using thermocouples at the reference points. The phase function is reconstructed in the axisymmetric sections from RGB-hilbertograms. The reliability of the results is confirmed by comparing the experimentally obtained Hilbertograms and those reconstructed from phase structures using the Abel transform. By solving the inverse problem of Hilbert optics, the temperature field of the flame was reconstructed and the value of the relative molar concentrations of the components of the combustion products of the fuel was restored.

Dubnischev Y.N. (Kutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk State Technical University, Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences)
Dubnischeva T.Y. (Novosibirsk State University of Economics and Management)
Fourier-conjugate models and wave-particle dualism in optical information technology

The paper discusses the relationship between physical principles and adequate analogies in problems of optical diagnostics of the structural and dynamic parameters of the media under study. Signals examined by an observer in coordinate and momentum spaces satisfy the fundamental principle of uncertainty. Anri Poincaré, according to de Broglie, believed that: «there are infinitely many logically equivalent points of view and pictures of reality, from which a scientist, guided solely by considerations of convenience, chooses any one». A simple and intuitive model explaining the appearance of wave properties in a moving particle is based on a combination of physical images, analogies and mathematical transformations, manifested in dynamic diffraction phenomena. The spatial-frequency image of a moving body as a Fourier spectrum of a physical signal is realizable. Its wave properties are manifested, for example, in diffraction phenomena and in the Doppler effect. There is no inconsistency in wave-particle duality, it «only means that an adequate way of description is determined by the chosen method of observation» (Robert Pohl). Therefore, the concept of wave-particle dualism can be described within the framework of Fourier-conjugate mathematical models of the motion of a corpuscle, which are adequate to the signals that represent it in coordinate and frequency (impulse) spaces (taking into account the connection between frequency and impulse spaces through the quantum of action). The work is a motivated attempt to construct such a model based on a combination of physical and mathematical analogies, which clarifies the understanding of the wave nature of moving matter.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кучменко А.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кучменко В.В. (Национальный исследовательский университет "Московский энергетический институт")
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Исследование интерференционной картины сферической частицы при различных параметрах установки

Работа посвящена рассмотрению одного из этапов разработки модуля оптико-электронного комплекса, предназначенного для диагностики газожидкостного потока из форсунок. Разрабатываемый комплекс, включает в себя два модуля. Один из модулей предназначен для определения размеров частиц с помощью лазерного интерференционного метода. Для отладки работы модуля проводились тестовые эксперименты по исследованию изменения вида интерференционной картины при различных параметрах установки. Исследовалось влияние параметров лазерного освещения рабочей области, изменения углов наблюдения и обзора камеры; положения плоскостей фокусировки относительно объекта. В качестве тестового объекта была рассмотрена стеклянная прозрачная сфера. На основе полученных данных, были подобраны подходящие параметры эксперимента для определения размеров капель газожидкостного потока. Разрабатываемый оптико-электронный комплекс может найти широкое применение во многих областях науки и техники.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кучменко А.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Сапронов М.В. (НИУ МЭИ)
Исследование структуры струйных жидкостных потоков методом мультицветной анемометрии по изображению частиц.

Целью работы являлось выяснение возможности применения метода мультицветной анемометрии по изображению частиц для диагностики струйных жидкостных потоков. Основное отличие данного метода от анемометрии по изображению частиц в том, что зондирующее излучение представляет собой не одну лазерную плоскость, а три, причём разных длин волн и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Подобная модификация позволяет одновременно получить информацию о структуре потока одновременно в трёх разных плоскостях. В качестве объекта исследования был рассмотрен струйный жидкий поток из распылителя. В результате была собрана лабораторная установка и проведена серия экспериментов. В работе приведены примеры экспериментальных изображений, результат обработки, описан её алгоритм, а также дана оценка точности полученных данных.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кучменко А.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Сапронов М.В. (НИУ МЭИ)
Разработка оптико-электронного комплекса для проведения измерений методом мультицветной анемометрии по изображению частиц.

Цель работы заключалась в разработке оптико-электронного комплекса для проведения измерений методом мультицветной анемометрии по изображению частиц. Основное отличие данного метода от анемометрии по изображению частиц в том, что зондирующее излучение представляет собой не одну лазерную плоскость, а три, причём разных длин волн и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. В результате работы была разработана 3D модель комплекса, собран лабораторный образец и проведена серия экспериментов с целью его апробации. В качестве тестового объекта была рассмотрена вихревая структура, созданная с помощью химической мешалкой в кювете с жидкостью, предварительно засеянной стеклянными сферами. Полученные экспериментальные данные сравнивались с компьютерной моделью, разработанной в программе Solid Works.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Сапронов М.В. (НИУ МЭИ)
Разработка оптического метода диагностики коллоидных растворов на основе упругого рассеяния света

Работа посвящена диагностике коллоидных растворов оптическим методом, основанном на упругом рассеянии света частицами дисперсной фазы. Представлен разработанный оптико-электронный комплекс для регистрации интенсивности излучения, рассеянного коллоидными частицами. Приведены результаты экспериментального исследования упругого рассеяния лазерного излучения различных длин волн на сферических частицах оксида алюминия нанометрового размера, взвешенных в воде. Предложена методика измерения индикатрис рассеяния на основе регистрации излучения, рассеянного в различных направлениях, и последующей компьютерной обработки. Разработан алгоритм и реализована программа расчета моделей индикатрис рассеяния света на полидисперсной системе сферических частиц. Предложена методика восстановления функции распределения частиц дисперсной фазы коллоидного раствора по размерам на основе сравнения измеренных индикатрис рассеяния и их компьютерных моделей. Проведена апробация метода, в результате которой была восстановлена функция распределения частиц нанопорошка оксида алюминия по размерам.

Лапицкий К.М. (ФГБОУ ВО "Национальный иисследовательский университет "МЭИ")
Лапицкая И.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Бадамшина Э.Б. (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Расковская И.Л. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Исследование тепловых неоднородностей в жидкости с использованием рефракционных изображений плоского лазерного пучка

Продемонстрирована возможность применения компьютерно-лазерного рефракционного метода для исследования тепловых неоднородностей в жидкостях. Рассмотрена методика решения прямой задачи рефракции плоского лазерного пучка на неоднородностях разной структуры. Приведены результаты моделирования рефракции лазерного излучения с применением разработанного численного алгоритма построения траекторий геометрооптических лучей в неоднородной среде. Реализована экспериментальная методика восстановления температурного профиля неоднородности в жидкости по рефракционным картинам. В данной работе рассматриваются плавно-неоднородные температурные поля, в которой функция зависимости показателя преломления от координаты не имеет резких скачков и разрывов. Для случаев, когда в среде возникают вихревые потоки [6], решение обратной задачи восстановления температурного профиля сильно затруднено и в большинстве случаев невозможно. Для решения прямой задачи рефракции на температурной неоднородности в жидкости возможно применить также численный метод расчета, основанный на решении уравнений геометрической оптики. Это позволяет исследовать неоднородные среды с произвольной функциональной температурной зависимостью. В данной работе продемонстрирована возможность применения численного метода расчета для решения теплофизических задач, а также показана возможность решения обратной задачи восстановления температурного профиля в неоднородности с радиальной симметрией.

Кучменко А.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Лапицкий К.М. (ФГБОУ ВО "Национальный иисследовательский университет "МЭИ")
Лапицкая И.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Бадамшина Э.Б. (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Исследование частично-прозрачных и высокоплотностных двухфазных жидкостей лазерным интерференционным методом

Исследования с помощью лазерного интерференционного метода могут способствовать более детальному изучению двухфазных потоков, поскольку метод позволяет определить размеры и скорости частиц, а также капель жидкости. Эти параметры являются наиболее важными и фактически необходимыми для анализа многих используемых в промышленных целях потоков. Лазерный интерференционный метод (ЛИМ) предназначен для измерения размеров частиц и основан на интерференции рассеянного и преломленного света на одиночной частице, находящейся в специально структурированном лазерном излучении. Получаемая интерференционная картина (ИК) фиксируется камерой, расположенной под определенным углом к лазерной плоскости. Лазерный интерференционный метод отличается прецизионной точностью по сравнению с альтернативными методами измерения размеров частиц. Настройка и калибровка установки для данного метода осуществляется для измерения в необходимом диапазоне размеров частиц. Представлены результаты экспериментальных исследований для жидкостей с различными параметрами, что позволяет определить границы применимости метода.

Абдуракипов С.С. (ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Об активном управлении импактными струями с применением машинного обучения

Работа направлена на исследование динамики и структуры турбулентных импактных струй с теплообменом при использовании методов активного управления потоком с обратной связью, в том числе с применением современного интеллектуального анализа данных и машинного обучения. Сложные нелинейные системы высокой размерности, например, такие как турбулентное течение, до сих пор представляют собой серьезный вызов для исследователей по всему миру, если говорить о возможности управления потоками с целью снижения трения, аэродинамического сопротивления, увеличения подъемной силы, устойчивости аппаратов в транспортных системах, снижения акустического шума, эффективного охлаждения, перемешивания, стабилизации физических процессов в энергетике и химических производствах. В качестве объекта управления рассматривается импактная струя. Импактные струи являются классическим объектом исследований благодаря важной роли, которую они играют в различных областях техники: химической промышленности, –авиационной и космической технике, энергетике и других. Большое распространение получили системы струйного охлаждения, обладающие высокой эффективностью и сравнительной простотой организации. В этой связи физика импактных струй и вопросы организации струйного охлаждения на сегодняшний день достаточно подробно изучены. Тем не менее, необходимость улучшения эффективности теплосъема в системах, используемых в газотурбинной технике, для охлаждения силовой электроники и радиоэлектронного оборудования, заставляет искать дополнительные способы интенсификации теплообмена. Одним из таких способов является развитие методов управления процессами переноса с целью интенсификации или повышения равномерности теплоотдачи. В работе предлагается экспериментально исследовать и проанализировать эффективность рассмотренных способов управления крупномасштабными когерентными структурами в импактных струях в жидкости для интенсификации интегрального и локального тепломассообмена в заданной области импактной поверхности. Полученные данные и результаты анализа будут опубликованы в научной литературе и могут быть использованы для построения лабораторных образцов систем управления течениями и дальнейшего расширения исследований.

Abdelaal M.E. (Mohamad Essam Sayed Abdelaal)
Shashkova I.A. (Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences)
Poroykov A.Y. (National Research University “Moscow Power Engineering Institute”)
Study the trajectory of dust particles by simulating the plasma environment on the Moon's surface

The Moon is one of the important airless bodies in our solar system, as it represents the nearest natural plasma environment to the Earth. Because of the effect of micrometeorites, solar radiation, and solar wind, the lunar surface is always rich with interactions between plasma and regolith. According to these activities, a near-surface double layer is being created from the photoelectrons and the charged regolith surface. This study demonstrates the dynamic of charged micro-particles under the effect of an external electric field, which will help to demonstrate the plasma-dust process on the lunar surface. This study is extremely important in the field of planetary science and space exploration, because with a deep understanding of the behavior of the dust component in the lunar regolith; we can deal with the bad effects of the lunar environment have been evidenced during the manned Apollo missions. They experienced this toxic environment on the lunar module, engineering systems, and how it interfered with the astronauts and affected their health. As this is a very important topic, there are many pieces of research that have been deduced about lunar dust and its Impact on future robotic and human lunar landing missions. We hope that the results from this research will help in answering the unsolved problems in studying the behavior of the dust component of the lunar regolith and participate in the development of space instruments to detect and deal with such hazards in these aggressive environments.

Бильский А.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Гобызов О.А. (ИТ СО РАН)
Плоскостная лазерно-индуцированная флуоресценция для диагностики конического факела распыла

В настоящей работе представлен подход на основе плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции (ПЛИФ) для диагностики и описания параметров факела распыла топливной форсунки. Обсуждаются экспериментальные результаты его применения. Подход основан на простой усредненной по времени ПЛИФ визуализации концентрации жидкости в сечении. Эксперименты проводились на водяной струе, образованной центробежной форсункой при атмосферном давлении окружающей среды. В рабочую среду добавлялся флуоресцентный краситель. Для возбуждения флуоресценции был использован непрерывный Nd:YAG лазер (532 нм) и CCD камера для регистрации изображений. Получены окружные профили относительной концентрации в поперечной сечении конуса распыла, проанализирована их достоверность. Особое внимание в работе уделяется обработке изображений и данных для построения поля относительной концентрации и интерпретации результатов для характеризации факела распыла. Предложенная методика имеет потенциал промышленного применения в авиационной и других отраслях промышленности.

Ягодницына А.А. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Бильский А.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Ковалев А.В. (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет )
Применение метода Particle Tracking Velocimetry для исследования гидродинамики течений несмешивающихся жидкостей в микрофлюидных устройствах

Многофазные потоки на масштабах от десятков до сотен микрометров встречаются во многих технологических процессах и устройствах, например, при нефтедобычи, в микрореакторах и микроканальных устройствах для биологических анализов. При этом детали таких течений и явления, происходящие в них, остаются малоизученными. Как в газожидкостных, так и в потоках несмешивающихся жидкостей на микромасштабах преобладают силы межфазного натяжения и адгезии, что существенно влияет на гидродинамику таких течений и привносит ряд новых явлений связанных с межфазными границами и контактными линиями на твёрдых поверхностях. Для корректного моделирования многофазных потоков в микроканалах и проектирования эффективных микрофлюидных устройств необходимы детальные знания о структуре таких потоков. В данной работе представлено экспериментальное исследование распределений скорости в удлинённых пузырях или снарядах дисперсной фазы при течении несмешивающихся жидкостей в микроканалах прямоугольного сечения. Для измерения скорости применялся бесконтактный оптический метод трассерной визуализации micro-PTV (Particle Tracking Velocimetry). Проведено сравнение результатов получаемых методами micro-PTV и micro-PIV (Particle Image Velocimetry), которые используют разные подходы к обработке изображений частиц-трассеров. Исследована структура потока в жидкостях с различной вязкостью. Выделены качественно разные механизмы формирования капель и снарядов в Т-образных микроканалах в зависимости от управляющих параметров и свойств жидкостей. Обнаружено существенное влияние вязкости на топологию течения в снарядах дисперсной фазы. Показано, что при низких отношениях вязкостей дисперсной фазы к несущей (порядка 0.001) возникает деформация межфазной границы, которая приводит к возникновению дополнительных контуров циркуляции.

Судденок Ю.А. (Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физикотехнических и радиотехнических измерений»)
Two-wave laser displacement meter

A two-wave laser displacement meter based on Michelson interferometer has been developed for measurements at an unknown temperature profile at the measurement trace. The requirements for meteorological parameters support during displacement measurements using the offered laser interferometer are less strict compared to using an one-wave interferometer. The article describes the optical schematic of the device. The results for the measurements of the developed laser interferometer for realization of the displacement unit within the limits of 60 m are presented. The weather condition influence on measurements was estimated. The application of pseudorandom displacement of the interferometer’s reference arm with accumulation made possible the reflector position resolution down to 0.01 μm the stoped-displacement mode, and down to 0.05 μm at the displacement mode. It was shown that such resolution allows to measure displacements at trace up to 60 m with inaccuracies less than 10 μm at the temperature profile amplitude up to 1 C.

Шакин О.В. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Левин Я.Я. (ФГАОУ ВО "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического прибростроения")
Ревунов Г.М. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Крячко А.Ф. (ФГАОУ ВО "ГУАП")
Diagnostics of a hypersonic plasma by the method of its own electromagnetic oscillations of an open resonator with inhomogeneous inclusions

From a theoretical point of view, interest in problems on natural vibrations and problems of excitation of such a class of electrodynamic structures is due to the fact that there are no general rigorous methods for their solution when inclusions in OR have arbitrary shape and properties. In the general case, the analysis of the electrodynamic properties of the inclusion itself is a rather complicated problem. However, the need to solve specific practical issues requires consideration of approximate approaches to solving this class of problems. For various fields of radiophysics, plasma physics, biophysics, etc., studies of the spectral and diffraction characteristics of open resonators (ORs), containing various inhomogeneous inclusions, whose material parameters depend on spatial coordinates or, which is important for physics, are of great interest. plasma, on the frequency parameters of the structure.

Шакин О.В. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Левин Я.Я. (ФГАОУ ВО "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического прибростроения")
Ревунов Г.М. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Крячко А.Ф. (ФГАОУ ВО "ГУАП")
Spectral characteristics of the plasma-turned open resonator

On the basis of a rigorous mathematical model, we will consider the behavior of the natural frequency and the damping decrement of azimuthal surface waves of the system, a metal waveguide with a narrow slit, inside which a plasma cylinder is located, with the same problem statement and with the same parameters as in [1], and compare results obtained by the approximate perturbation method and the rigorous method. Despite the fact that the resonator diagnostic method is widely used in practice, until now the majority of works on the physical processes of the high-frequency electromagnetic field of an open resonator (OR) by a plasma object located inside the resonator, based on approximate OR models. In this regard, point out the interest in investigating the physical parameters of a plasma-switched OR based on a rigorous mathematical model. Thus, the studies carried out above clearly show that when using open resonators in studying plasma and its diagnostics, there are such values of plasma and OR parameters, at which, for an adequate interpretation of the results obtained, it is necessary to strictly take into account the interaction of natural oscillations of the OR and plasma formation.

Шарикова М.О. (НТЦ УП РАН)
Визуализация роста трещины для задачи испытания металлических образцов на прочность

В докладе представлен автоматизированный способ контроля роста трещины. При стандартном процессе роста трещины на испытаниях используется только визуальный контроль операторы посредством лупы, что усложняет контроль роста трещины, потому что глазом такие дефекты плохо видны. Для решения данной проблемы предложено использовать метод цифровой корреляции изображений (DIC). Данный метод основан на цифровой обработке изображений. При испытании проводят съемку поверхности образца при различных нагружениях. Особенность в том, что даже если трещину не видно, то можно по деформациям судить о длине дефекта. Данный метод может быть эффективно использован для неразрушающего контроля и диагностики различных деталей, подверженных динамическим нагрузкам, в условиях эксплуатации.