Registered manuscripts

Назаров Н.А. (Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН)
Разработка высокоуровневой библиотеки для анализа PIV экспериментов с поддержкой GPU

В работе продемонстрированы возможности применения высокоуровневых библиотек для анализа данных с поддержкой GPU вычислений на языке Python. Создана библиотека Torch PIV для анализа 2d PIV экспериментов на базе фреймворка для глубокого обучения PyTorch, обладающего поддержкой CUDA. В библиотеке реализован итеративный кросскорреляционный БПФ алгоритм PIV со смещением окна поиска, валидацией по соотношению сигнал к шуму и интерполяцией ложных векторов скорости. Выбранная реализация не требует от пользователя сборки, обладает компактной кодовой базовой, способна выполняться как на CPU так и на GPU в зависимости от выбора пользователя, а также обладает гибкостью Python модуля. В ходе работы проведено количественное сравнение производительности разработанного метода с Open Source аналогами. Продемонстрировано, что основные функции разработанного модуля способны выполняться на GPU со скоростью C CUDA реализаций. Разработанная библиотека протестирована как на синтетических изображениях, так и на экспериментальных данных.

Кутуза И.Б. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Зинин П.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Мантрова Ю.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Гришаев П.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Булатов К.М. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Анализ ошибок дистанционных измерений температуры и спектрального коэффициента излучения

В данной работе описываются основные проблемы, возникающие при измерении коэффициента теплового излучения. Получены аналитические выражение для параметров eо и То и ошибок их измерений тремя методами: (1) приближение Вина, (2) гибридный метод с оценкой по Фишеру и (3) гибридный метод с вычислением ковариационной матрицы. Проведённые расчёты приводят нас к “парадоксу приближения Вина”. Чем лучше выполняется условие для приближения Вина, тем хуже точность измерения коэффициента излучения по сравнению с точностью измерения температуры. Результаты проведённого исследования позволяют получить оптимальную стратегию определения температуры с использованием спектрометрических методов, которая требует (а) наименьшее количество вычислений и (б) даёт наименьшую статистическую ошибку. Предлагаемая стратегия состоит из трёх шагов: (1) находится температура излучающего тела с использованием приближения Вина, Tw. (2) Полученное значение Tw берётся в качестве начального приближения для одномерной «гибридной» минимизации. Минимизация проводится одним из численных методов одномерной минимизации. В результате находятся значения eо и То, при которых сумма квадратов отклонений So достигает минимума. (3) Ошибки измерения определяются с использование метода ковариационных матриц.

Мурсенкова И.В. (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Иванова А.А. (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Газоразрядная и теневая визуализация дифракции плоской ударной волны на препятствии

Экспериментально исследована структура течения после дифракции плоской ударной волны на препятствии в канале ударной трубы сечением 24х48 мм. Течение визуализировалось с помощью теневого метода и электронно-оптической регистрации свечения объемного разряда. Числа Маха ударных волн составляли 3.0-4.4 при начальных давлениях 10-30 Торр. Комбинированный наносекундный объемный разряд в воздухе реализовался при импульсном напряжении 25 кВ через 20-60 мкс после прохождения препятствия ударной волной. Протяженность разрядного объема в направлении потока 100 мм. Установлено, что длительность свечения объемной фазы разряда составляет 400-700 нс, и смещение элементов течения за это время не превышает 0.6 мм. Показано, что форма фронта ударной волны при визуализации свечением разряда хорошо согласуется с результатами теневого зондирования на разных стадиях дифракции.

Печинская О.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Прозоровская А.А. (АО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения»)
Исследование влияния атмосферной турбулентности на энергетические характеристики телескопа ТИ-3,12

В настоящее время работы по созданию Алтайского оптико-лазерного центра (АОЛЦ) находятся в завершающей стадии. Ведущим инструментом АОЛЦ будет являться телескоп информационный с диаметром главного зеркала 3,12 м. Телескоп построен по схеме Касегрена-Несмита, его планируется оснастить оборудованием для фотометрических, астрометрических измерений, спекл-интерферометром, адаптивной системой. В настоящей работе предпринята попытка проанализировать снижение проницающей способности телескопа в различных измерительных каналах в зависимости от состояния атмосферы и остаточных аберраций в системе. В работе описана численная модель телескопа ТИ-3,12 с измерительными каналами как в приближении идеальной оптической системы, так и с учётом допустимых аберраций. Проанализирована зависимость проницающей способности телескопа в фокусах Кассегрена и Несмита для различных условий наблюдения. При моделировании атмосферная турбулентность задавалась с использованием поверхности типа Atmospheric с заданием сетки фазовой поверхности (Grid Phase). Также в модели могут быть учтены другие атмосферные явления, негативно влияющие на качество изображения, такие как рефракция, рассеяние и поглощение. Полученные результаты помогут определить снижение диапазона корректируемых атмосферных искажений в зависимости от величины остаточных аберраций, а также снижение проницающей способности телескопа в каждом измерительном канале для различных условий наблюдения.

Коротких И.И. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Применение теневого фонового метода для определения температурного поля барьерного разряда

Представлены результаты визуализации электрического разряда, возникающего на поверхности стекла или пластика. Данный разряд используется при создании, исследовании, контроле параметров озонаторов, для обеспечения их стабильной работы, а также как источник ультрафиолетового излучения; при исследовании обтекания поверхностей газовыми или плазменными потоками. Показана возможность применения теневого фонового метода для определения температурного поля барьерного разряда. Представлена методика нормировки по температуре, методика определения полей температуры и концентрации частиц. Продемонстрированы результаты создания оптоэлектронного комплекса для определения температурного поля барьерного разряда при атмосферном давлении. Исследованы особенности использования теневого фонового метода при диагностике слабоионизированных сред. Актуальность работы заключается в сложности диагностики низкотемпературной плазмы и газовых разрядов, применения теневого фонового метода для определения температурного поля такой среды решает эту проблему.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Ильин Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Определение температурной зависимости интенсивности рассеянного на молекулах аргона излучения

В работе представлены результаты создания оптоэлектронного комплекса по определению температурных полей слабоионизированных сред с использованием метода релеевского рассеяния и теневого фонового метода. Эксперименты проводились в аргоновой среде при атмосферном давлении. Представлена методика определения поля температуры слабоионизированной аргоновой среды методом релеевского рассеяния и теневым фоновым методом. Актуальность работы заключается в необходимости бесконтактного определения поля температуры и концентрации частиц в слабоионизированных средах. Представлены результаты определения температурного поля в аргоновой среде двумя указанными методами, исследованы особенности реализации этих методов. Подтверждена возможность применения бесконтактных оптических методов релеевского рассеяния и теневого фонового метода для диагностики слабоионизированных сред. Результаты работы актуальны при создании систем диагностики слабоинизированных сред, при определении полей температуры и концентрации компонетов слабоионизированных сред.

Чашечкин Ю.Д. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук)
Теневая и электролитическая визуализация течений жидкостей

Объем визуальных наблюдений течений жидкостей, послуживших основой классификации базовых структурных компонентов – волн и вихрей, образы которых находят еще в наскальной графике, заметно вырос с началом организации освещения и применения оптических инструментов. Расширение диапазона длин электромагнитных волн подсветки, который теперь включает и радиоволны, и оптические, и рентгеновские, использование поляризованного света и лазерного излучения - непрерывного или импульсного, дополнило объем данных. Развитие методов регистрации вариаций интенсивности, углового положения линии распространения, плоскости поляризации частоты и длины волны зондирующего света, позволило создать оптические инструменты прямого измерения ряда физических параметров течений жидкостей и газов. Интерпретация данных базируется на выбранной математической модели течений и взаимодействия света с изучаемым веществом. В работе жидкость определяется как текущая среда с нулевым трением покоя, которая характеризуется термодинамическими, кинетическими и физическими параметрами, в число которых входит коэффициент преломления света. Течения описываются системой фундаментальных уравнений переноса импульса, энергии и вещества. Решения системы для изучаемого течения, полученные с применением условия совместности, определяют требования к выбору вида и параметров оптической системы – размеру поля наблюдения, чувствительности, пространственному и временному разрешению. Для изучения картины стратифицированных течений широко применяются различные модификации классических теневых приборов, позволяющие реализовать прямые теневые, градиентные (шлирен) и интерферометрические схемы наблюдения. Выбор источника света, типа визуализирующей диафрагмы позволяет регистрировать вариации различных компонентов градиента плотности. Картина переноса вещества от источника выбранной формы визуализируется методом электролитической преципитации – путем анодного окисления сплавов свинца или олова. Опыты выполнены на стендах комплекса уникальных установок «ГФК ИПМех РАН». Прослежена зависимость картины полей двумерных и трехмерных периодических внутренних волн и сопутствующих лигаментов, создаваемых различными источниками в непрерывно стратифицированной жидкости. В опытах с теневой и электролитической визуализацией прослежена трансформация формы горизонтального плотностного следа за сферой в непрерывно стратифицированной жидкости (от призматической до цилиндрического формы). Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 19-19-00598). Эксперименты проведены на стендах УИУ «ГФК ИПМех РАН».

Чашечкин Ю.Д. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук)
Наблюдения течений импакта свободно падающей капли

Импакт свободно падающей в покоящуюся жидкость капли – совокупность гидродинамических, химических и физических процессов, активно изучается теоретически и экспериментально. Интерес обусловлен научной глубиной темы, разнообразием приложений результатов и относительной простотой установок. Совершенствование осветительных приборов, видеоаппаратуры, компьютеров и методов программирования обеспечивает развитие методики исследований. Анализ данных наблюдений импакта капли позволяет выделять вклад процессов различного масштаба – атомно-молекулярных, супра-молекулярных и макроскопических в картинах течений. Идентифицированы четыре механизма переноса энергии – макроскопические с потоком и волнами различных видов, и микроскопические атомно-молекулярной природы – диссипативные и быстрые конверсионные. Доступная потенциальная внутренняя энергия быстро переходит в другие формы при уничтожении свободной поверхности сливающихся жидкостей или перестройке внутренней структуры среды, включающей комплексы, клатраты, кластраты, войды и другие ассоциаты физической и химической природы, образует лигаменты – тонкие волокна и прослойки, короткие капиллярные и высокочастотные акустические волны. Опыты выполнены на стендах ИПМех РАН с различными парами жидкостей, как смешивающимися (вода и водные растворы солей, окрашенных органических соединений, спиртов, кислот и оснований), так и несмешивающимися (масла, нефть) в широком диапазоне размерных и безразмерных параметров. Выделены два режима слияния капли с жидкостью. При малых скоростях контакта (кинетическая энергия капли меньше ее доступной потенциальной поверхностной энергии), капля плавно растекается по свободной поверхности и втекает в толщу жидкости, где образует чечевицеобразную интрузию. Каверна формируется с задержкой. При больших скоростях капли поверхность принимающей жидкости начинает деформироваться с момента первичного контакта. При этом капля теряет сплошность и растекается в виде тонких струек, следы которых образуют линейчатые и сетчатые структуры. На движущейся границе области слияния жидкостей струйки ускоряются, пронизывают венец и формируют на его кромке тонкие шипы, с вершин которых циклически вылетают мелкие капельки (брызги). Волокнистые структуры непрерывно перестраиваются. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 19-19-00598). Эксперименты проведены на стендах УИУ «ГФК ИПМех РАН».

Кравцова А.Ю. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Кашкарова М.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Влияние шероховатости крылового профиля на кавитацию в щелевом канале

В процессе работы гидроагрегатов часто возникают кавитационные явления. В свободном потоке кавитационные пузырьки могут влиять на структуру течения, а так же способствовать увеличению износа оборудования за счет возникновения коррозийных явлений. При схлопывании пузырьков возникают пульсации, нарушающие работу агрегатов и в последствии способствующие выводу его из строя. В щелевых потоках ситуация обстоит еще хуже из-за малого расстояния между стенками. Изучение кавитации в щелевых каналах позволит получить новые знания, которые позволят не только контролировать процесс кавитации, но и управлять им, а также позволит повысить эффективность работы гидроагрегатов и продлить срок их службы. В настоящей работе проведено математическое моделирование процесса кавитации в щелевом канале, возникающего при обтекании крыльев NACA 0012 с различной структурированной шероховатостью на поверхности. Моделирование проводилось с использованием пакета STAR CCM+. Для описания течения использовались уравнения Навье-Стокса. Турбулентность описывалась с помощью k-ε модели. На входе в канал задавалось давление и массовый расход. Проведено сравнение картин кавитационного потока для крыльев с шероховатостью разной конфигурации и гладким профилем. Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда (проект № 19-79-10217).

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Морозов А.И. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Козлов А.Б. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Оптический пинцет с акустооптическим управлением

Рассмотрена задача создания установки для микроманипулирования биообъектами с немеханических сканированием. Предложено использовать двухкоординатный акустооптический дефлектор для управления количеством и положениями оптических ловушек. Такое устройство на основе двух кристаллов парателлурита изготовлено и протестировано. Разработано программное обеспечение, обеспечивающее реализацию различных режимов анализа: мульти-трэппинг, сортировка и пр. Разработан экспериментальный стенд на базе биологического инвертированного микроскопа. Он позволяет с помощью лазерного излучения с длиной волны 671 нм создать требуемое количество ловушек в заданных положениях, захватить частицы и интерактивно перемещать каждую из них по заданным траекториям. Одновременная визуализация препарата и ловушек позволяет в реальном времени производить управление элементами сложных структур. Экспериментально на примере исследования пищевых дрожжей показана эффективность разработанных аппаратно-программных средств. Они могут найти применение в биомедицине и материаловедении для автоматизированного, прецизионного и высокопроизводительного микроманипулирования.

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)
Использование электронно-пучковой диагностики для исследования разреженных кластированных потоков

В настоящее время известно значительное число методик, применимых для исследований истечения газов из сопел различных конфигураций: теневые и Шлирен-методы, датчики полного давления, тензометрия, PIV, электроразрядное трассирование потока, ЛДА, СКР, ЛИФ, КАРС и др. Однако большинство из известных методик применимо в условиях истечения в атмосферу высокого давления, в то время как проведение измерений при истечении в вакуум или сильно разреженное пространство затруднено ввиду низкой плотности частиц и большого её градиента вниз по расширяющемуся потоку. Важным требованием является также неинвазивность методики: используемая в измерениях диагностическая техника не должна вносить искажения в поток. Данным требованиям в основном удовлетворяет электронно-пучковая диагностика, основанная на инициации излучения частиц газового потока посредством электронного разряда. В настоящем докладе представлены результаты применения электронно-пучковой диагностики для изучения процессов в бурно развивающемся направлении формирования Ван-дер-Ваальсовых кластеров при истечении сверхзвуковых недорасширенных газовых потоков. На основании полученных результатов проиллюстрированы возможности измерения численной плотности частиц потока оптическим методом в условиях кластерообразования, измерения размеров и структурного своеобразия таких потоков на основе фото-визуализации, а также обсуждены особенности газовой динамики и молекулярной кинетики кластированных потоков, обнаруженные в процессе данного исследования. Работа выполнена на базе газодинамического стенда ЛЭМПУС-2 Новосибирского государственного университета с использованием оборудования ЦКП «Прикладная физика» НГУ при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №22-11-00080).

Петров Н.И. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Москва)
Определение концентрации и размеров частиц с помощью элементов компьютерной оптики

Для измерения размеров частиц широко используются оптические методы, основанные на решении обратной задачи рассеяния по измеренной индикатрисе рассеяния. Однако традиционные оптические методы определения характеристик частиц оказываются сложными как в экспериментальном плане (измеряется вся индикатриса рассеяния), так и при теоретическом анализе результатов измерения (решается некорректная обратная задача). В настоящей работе для решения задачи рассеяния света частицами дисперсных сред предлагается подход, основанный на использовании сгенерированных компьютером голограмм для измерения относительной интенсивности пространственных мод рассеянного излучения. Показано, что коэффициенты разложения рассеянного поля в ряд по функциям Фурье-Бесселя задают относительную концентрацию частиц или функцию распределения частиц по размерам, а коэффициенты разложения в ряд по функциям Бесселя разного порядка – моменты функции распределения, причем использование пространственных фильтров, осуществляющих эти преобразования, позволяют непосредственно определять параметры частиц. Предложена простая оптическая установка, основанная на использовании сгенерированных компьютером пространственных модовых фильтров. Генерация голограмм с функцией распределения Бесселя возможна также с помощью жидкокристаллического пространственного модулятора света, что существенно сократит время измерений. Предложенный метод может быть использован также для определения размеров наночастиц и субволновых апертур по измерениям относительной интенсивности распространяющихся мод в дальней зоне.

Мурашкина Т.И. (Пензенский государственный университет)
Бадеев В.А. (Пензенский государственный университет)
Шачнева Е.А. (РТУ МИРЭА )
Волоконно-оптический рефрактометрический способ мониторинга жидкостных сред

На сегодняшний день проблема быстрого измерения (в течение 5…10 с) показателя преломления жидкостных сред (например, жидкостей в системах жизнеобеспечения космонавтов), прозрачных для видимого и ИК-излучения, в реальном масштабе времени с высокой точностью и высокой воспроизводимостью не решена, поэтому разработка теоретических основ преобразования оптического потока в волоконно-оптической системе микросенсоров, реализующих новый рефрактометрический способ экспресс-диагностики качества жидкостных сред, представляет собой актуальную научно-техническую задачу, решение которой повысит результативность экомероприятий. Концепция экспресс-диагностики качества жидкостных сред базируется на следующих положениях: 1) качество природных и техногенных жидкостей (в том числе, биожидкостей) можно определять по изменению их коэффициента преломления при расположении жидкости в прозрачной для ИК-излучения микротрубке, расположенной в разрыве волоконно-оптического тракта; 2) параметры жидкости определяют конструктивно-технологические, метрологические и эксплуатационные характеристики ВОРМС; 3) в качестве базовых элементов системы мониторинга качества жидкостных сред применяются инфракрасные волоконно-оптические рефрактометрические микросенсоры; 4) для повышения точности измерения коэффициентов преломления жидкости осуществляется двухканальное преобразование оптических сигналов, при котором осуществляется деление светового потока на два и более потока с помощью цилиндрической прозрачной для ИК-излучения трубки; 5) учитывается пространственное распределение мощности оптического сигнала от светодиода на выходе подводящих оптических волокон в виде полого усеченного конуса, а преобразования оптического сигнала осуществляются в дальней зоне дифракции в зоне с равномерным распределением освещенности в поперечном сечении открытого оптического канала.

Кузьмин В.И. (МИРЭА - Российский технологический университет)
Парамонов А.А. (МИРЭА - Российский технологический университет)
Программный комплекс обработки сигналов, представленных нелинейными колебаниями с трендом

Основное требование, предъявляемое к компьютерной обработке сигналов, состоит в отсутствии влияния методов обработки на результаты измерений. В представляемых результатах это требование выполнено в программном комплексе, содержащем решение следующих задач: - разделение трендов и колебаний при неизвестном тренде; - проверка результатов исключения тренда на грубость, т.е. независимость результатов исключения тренда от метода его исключения; - моделей, алгоритмов и программ оценки почти-периодических компонент процесса, исключающих возможность их влияния на исходные результаты измерений; - проверка результатов исключения тренда на принадлежность к классу почти-периодических функций; - оценка взаимосвязей между почти-периодами; - фильтрация почти-периодических компонент и восстановление характеристик тренда без колебаний. Разработанные методы исключения тренда при неизвестной их структуре с одновременной проверкой результатов на грубость позволяет решать проблему перехода от исходных результатов измерений к анализу нелинейных колебаний с оценкой принадлежности полученных данных к классу почти-периодических функций. Чаще всего такие колебания считаются случайными и вообще не рассматриваются. Классические методы анализа периодических компонент нелинейных колебаний, основанных на разложениях в ряды, существенно влияют на получаемые результаты, т.к. предполагают, что исходные данные представлены только компонентами ряда, тогда как автокорреляционные функции не работают на больших временных интервалах. Введённый на основе расстояний в метрических пространствах функционального анализа класс сдвиговых функций в принципе не влияет на исходные результаты измерений, что позволяет определять структурно полный набор содержащихся в результатах измерений почти-периодов. Представленные положения характеризуют актуальность, новизну и практическую значимость результатов. Возможности программного комплекса, содержащего все представленные выше результаты, иллюстрируются анализом результатов измерений радиоизлучения Солнца (25000 точек). Результаты компьютерной обработки результатов сравниваются с результатами Фурье-анализа и автокорреляцией.

Шипко В.В. (Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина"; Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Алгоритм коррекции геометрических искажений спектральных изображений, формируемых акустооптическим гиперспектрометром в условиях угловых отклонений

Развитие средств дистанционного зондирования характеризуется активным внедрением технологий гиперспектральной съемки. Современные образцы гиперспектральной аппаратуры позволяют получать изображения в сотнях узких полос ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного диапазонов спектра, а также обладают тактико-техническими возможностями установки, как на спутниковые и самолетные платформы, так и на малогабаритные беспилотные летательные аппараты. Наиболее перспективными для беспилотных летательных аппаратов, можно считать кадровые гиперспектрометры выборочной регистрации спектральных изображений, которые реализуемы на основе акустооптических перестраиваемых фильтров. Однако при установке подобной аппаратуры неподвижно (гиростабилизация отсутствует) на беспилотный летательный аппарат, подвергающийся неизбежным возмущениям по углам Эйлера, возникают геометрические искажениям формируемых изображений, что может значительно снизить эффективность решения задач обнаружения, распознавания и классификации заданных объектов по их пространственно-спектральным признакам. Автором предложена модель формирования спектральных изображений акустооптическим гиперспектрометром в условиях угловых отклонений носителя аппаратуры. Определена связь отклонений гиперспектрометра по углам крена, тангажа и рыскания с характером геометрических искажений формируемых спектральных изображений. Разработан алгоритм коррекции искажений по данным инерциальной навигационной системы. Результаты лабораторного эксперимента и численного моделирования показали высокое качество коррекции и вычислительную простоту разработанного алгоритма.

Зинин П.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Мантрова Ю.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Гришаев П.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Булатов К.М. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Применение полиномиальной модели для измерения коэффициента теплового излучения

Одной из основных проблем в измерении коэффициента теплового излучения является высокая погрешность результатов. Это связано с тем, что коэффициент излучения входит в уравнение Планка как линейный параметр, в то время как температурная зависимость имеет экспоненциальный характер, и, соответственно, имеет большое влияние на поведение кривой теплового излучения. Более того величина коэффициента излучения зависит от многих факторов, таких как состояние поверхности, диапазон длин волн, количество отсчётов в экспериментах и т д. В данной работе представлен переход от линейной модели математической регрессии в измерениях коэффициента теплового излучения, работающей с излучением «серого тела», подразумевающим независимость коэффициента излучения от длины волны к полиномиальной регрессии, которая применяется при математическом представлении более сложных моделей. В случае с коэффициентом теплового излучения, полиномиальная модель даёт возможность учитывать в обработке данных зависимость коэффициента от длины волны. Учёт влияния длины волны может позволить уменьшить погрешность измерений коэффициента теплового излучения за счёт построения более точной математической модели.

Сазонтов А.С. (ФГУП "НИТИ им.А.П.Александрова")
Девяткин М.В. (ФГУП «Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова»)
Чепилко С.С. (ФГУП «Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова»)
Исследования пространственных процессов гидродинамики на стенде «3D» с применением метода PIV

В данном выступлении сообщается овыполнениив 2022 годугруппой авторов (А.С. Сазонтов, С.С. Чепилко, М.В. Девяткин)серии экспериментов на различных рабочих участках (РУ1 –«Вихревая дорожка Кармана, РУ2 – «Тройник, РУ3 – «Бассейн») стенда «3D», созданном во ФГУП «НИТИ им. А. П. Александрова» в целях верификации CFD-модуля в составе расчетного кода (РК) КОРСАР/CFD и освоения новых современных бесконтактных средств измерения скоростей потока, основанных на применении метода цифровой трассерной визуализации PIV. Показаны принципиальная схема и фотографии стенда «3D». Представлены полученные векторные отображения полей скорости жидкости, приведено сравнение с расчётными результатами. В процессе сопоставления опытных данных и результатов расчета были отобраны наиболее представительные эксперименты, позволяющие утверждать как о корректности результатов измерений полей скорости методами цифровой трассерной визуализации и лазерной анемометрии, так и о качественном и количественном совпадении расчетных и экспериментальных данных.

Смирнов В.И. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Квантовые пределы точности поляризационных измерений оптических волн (параметрический подход)

В системах лазерной диагностики потоков жидкости и газа важное метрологическое значение могут иметь поляризационные характеристики зондирующего излучения. Исследована предельная минимальная погрешность измерения поляризационных параметров Стокса лазерного излучения при регистрации фотоотчетов в схеме с поляризатором и фазовым компенсатором в режиме ограничения точности мультипликативным дробовым шумом сигнала. Рассмотрены наиболее оптимальные планы по числу точек измерений и координатам угла поворота поляризатора и фазового сдвига компенсатора. Выведены формулы для получения эффективных оценок параметров поляризации. Рассчитаны предельные погрешности оценок степени поляризации, параметров эллипса поляризации. Результаты анализа подтверждены методом численного моделирования. Дается сравнительный анализ эффективности оптимального и однородного планов измерений, а также их укороченных и модифицированных вариантов.

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)
Исследование сопротивления тороидальных пузырей теневым методом

В работе теневым методом исследуется всплывание тороидального пузыря, создаваемого инжекцией импульсной струи воздуха в воду вертикально вверх. При использовании теневого метода граница пузыря на изображении затемняется, а контрастность по сравнению с фоном увеличивается, что позволяет использовать алгоритмы программной обработки для определения параметров кольца на каждом кадре. Умение точно рассчитать параметры кольца от времени может оказаться полезным в задачах, например, по удалению вредных газов из жидкости, где применение тороидальных пузырей вместо обычных приведет к интенсификации массопереноса газ-жидкости. В ряде работ отмечено, что расчет по существующим теоретическим моделям для тороидальных пузырей, созданных путем инжекции струи, лежит значительно выше экспериментальных точек. Эта закономерность указывает на наличие дополнительной силы, действующей на тороидальный пузырь, помимо силы тяжести. Известно, что сила сопротивления, действующая на вихревые кольца в однородной жидкости, пренебрежимо мала. С другой стороны, на всплывающие односвязные пузыри сила сопротивления действует, что приводит к установлению постоянной скорости всплывания. В случае тородиальных пузырей, которые являются частным случаем плавучих вихревых колец, вопрос остается открытым. В данной работе экспериментальные данные об изменении радиуса тора в зависимости от времени сравниваются с теоретической моделью, построенной с учетом и без учета силы сопротивления. Показано, что учет силы сопротивления приводит к гораздо лучшему совпадению теории и экспериментов. Делается вывод, что сила сопротивления действует на тороидальные пузыри, однако ее влияние убывает со временем, т.е. по мере подъема пузыря. Коэффициент сопротивления, используемый в расчетах, определяется эмпирически и полагается константой по мере движения.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Золотухина А.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Гресис В.О. (Российский университет дружбы народов)
Гурылева А.В. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Методика получения пространственного распределения концентрации хлорофилла с помощью гиперспектрометров в задачах экомониторинга

Содержание хлорофилла в листве является стандартной мерой протекания процесса фотосинтеза, поэтому используется в экологических исследованиях как индикатор состояния экосистемы, позволяющий детектировать происходящие в ней процессы на ранних стадиях. Для задач мониторинга и управления ресурсами необходима информация о пространственно-временном распределении хлорофилла. Традиционные спектрофотометрические, фотоколориметрические и флуориметрические методы определения концентрации хлорофилла в листе являются дорогостоящими, трудоемкими и мало показательными. В то же время использование методов гиперспектральной диагностики может стать эффективным способом быстрого и неразрушающего определения хлорофилла in vivo. Однако на сегодняшний день нет рекомендованной методики получения карт хлорофилла с помощью спектральных изображений, обеспечивающей сравнимые с классическими методами точности. Для разработки такой методики были получены спектральные изображения листьев сои с помощью акустооптического гиперспектрометра. При тех же условиях съемки были зарегистрированы изображения белой пластины с равномерной по полю спектральной характеристикой в диапазоне 450-850 нм. После регистрации спектральных данных были определены референсные значения концентраций хлорофилла в образцах с помощью спектрофотометрического анализа. Предварительная обработка данных включает устранение артефактов изображения, снижение шума спектральных изображений и автоматическое определение объекта исследования. Извлечение спектрального коэффициента диффузного отражения проводилось путем деления зарегистрированной спектральной плотности яркости излучения на спектральную функцию источника освещения. Помимо нормировки обработка включала учет коэффициента передачи спектрального прибора с помощью данных волоконного спектрометра. В результате был получен гиперкуб коэффициента отражения, свободный от влияний виньетирования, неравномерности освещённости и неравномерности по спектру коэффициента трансформации ВЧ управляющего сигнала. Далее мы рассчитали 15 вегетационных индексов, чувствительных с содержанию хлорофилла, в каждом пикселе и получили карту для каждого из них. Индекс CI_re показал наиболее высокую корреляцию (R2 = 0.86) между средним по карте значением индекса и концентрацией хлорофилла в образцах, полученной с помощью спектрофотометрического анализа. Для индекса CI_re мы получили эмпирические соотношения для расчета содержания хлорофилла, использовав регрессионный метод подбора коэффициентов многочлена первой степени. В результате была разработана методика количественной оценки пространственного содержания хлорофилла как одного из самых информативных показателей состояния растительности в экологических исследованиях.

Козлов А.Б. (АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха»)
Батшев В.И. (Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Баландин И.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Шарикова М.О. (НТЦ УП РАН)
Пространственно-спектральная калибровка акустооптического видеоспектрометра

Рассмотрена задача пространственно-спектральной калибровки приборов на основе акустооптических перестраиваемых фильтров. Гиперспектральная визуализация является перспективным неинвазивным методом исследования объектов с пространственным и спектральным разрешением в различных областях применения, таких как биомедицина, дистанционное зондирование и т.д. Необходимость калибровки обусловлена рядом факторов, которые приводят к неравномерности коэффициента пропускания монохроматора. Описаны процедура электрического согласования акустооптических ячеек, калибровка длины волны дифрагированного излучения в зависимости от подаваемой частоты ультразвука, пространственное и спектральное выравнивание интенсивности. Предложена методика выравнивания мощности излучения за счет изменения подаваемой мощности ультразвука и финальной программной корректировки. Разработанное программное обеспечение позволяет получать спектральные характеристики исследуемых объектов без необходимости последующего нормирования данных на спектр источника излучения. Методика апробирована на акустооптическом видеоспектрометре ближнего инфракрасного диапазона.

Кожанов С.О. (ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Субботина Н.И. (ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Субботин Е.П. (ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Холин А.С. (ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Кульчин Ю.Н. (ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук)
Эффект изменения состояния поляризации лазерного излучения, проходящего через листья растений

Данная работа посвящена исследованию взаимодействия поляризованного света He-Ne лазера с листьями кукурузы. Ранее было установлено, что при прохождении линейно поляризованного света через монослой эпидермиса кожицы лука, происходит изменение эллиптичности его поляризации в пределах 6 градусов. Это связано с анизотропией показателя преломления в структуре эпидермиса. Это позволило предложить оптическую модель взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений, предположив, что слой эпидермиса играет важную роль в изменении состояния поляризации при взаимодействии поляризованного излучения с листьями растений. В результате исследований изменений состояния поляризации лазерного излучения при его прохождении через листья различных видов растений, было обнаружено, что значительное изменение эллиптичности поляризации происходит при прохождении света через листья, клетки эпидермиса которых расположены упорядоченно и имеют близкую к прямоугольной форме, что свойственно однодольным видам растений. В настоящей работе приводятся результаты исследования по анализу изменения состояния поляризации при взаимодействии поляризованного излучения проходящего через листья кукурузы. Установлено, что листья кукурузы обладают эффектом изменения эллиптичности поляризации света, что, как предполагается, может способствовать более эффективному усвоению световой энергии фотосинтетическими структурами клеток листа за счет хиральности хромофоров и фоточувствительных белков. Это может оказывать влияние на развитие растений в целом.

Винецкий Ю.Р. (АО "ПО "УОМЗ" - филиал "Урал-Геофизика")
Кривоклякин Г.Д. (АО "ПО "УОМЗ" - филиал "Урал-Геофизика")
Измерение фотоотклика высокочувствительной гибридной ИК-матрицы в количестве электронов: способ, реализация, апробация

При разработке дальнодействующих оптико-электронных систем (ОЭС) обнаружения на основе гибридных ИК-матриц возникает задача обеспечения уровня пороговых характеристик оптико-электронного тракта максимально близким к теоретическому пределу – уровню, ограниченному равновесным тепловым фоном (т.н. режим «BLIP»). При решении подобных задач важное значение имеет содержание зарядовых пакетов, доставляемых к выходу матрицы, в количестве электронов N: именно значение N вместе со значением СКО σN шума, приведённого к выходу матрицы (и также выражаемому в числе электронов), позволяет судить о том, насколько близко проектируемый/реализованный тракт обработки сигнала отвечает BLIP-режиму. Несмотря на то, что подавляющее большинство современных гибридных ИК-матриц построено по прямоинжекционной схеме, для которой величина накопительной электрической ёмкости пикселя Cint (ограничивающая размер зарядового пакета и по этой причине, как правило, приводимая производителем) даёт возможность оценить искомое значение N. такой способ оценки является сугубо оценочным, так как ёмкость считывания сигнала Cout может отличаться от Cint на десятки процентов. Такая точность, вполне приемлемая в иных задачах, в задаче реализации BLIP-режима неприемлема, так как не позволяет сформулировать необходимые обеспечительные требования к малошумящему тракту обработки выходного сигнала. С другой стороны, прямое измерение числа электронов в зарядовых пакетах матрицы на её выходе требует прецизионной измерительной аппаратуры, работающей с токами ~10^(-12) A, и в методическом отношении весьма трудоёмко. В работе описан простой и достаточно точный способ измерения величин Cout как пересчётного коэффициента, позволяющего по вольтовому выходному сигналу матрицы определять число N электронов в пакете. Способ апробирован на полноформатных (640х512) ИК-матрицах средневолнового диапазона (MWIR). Он не требует дорогостоящей слаботочной аппаратуры и экономичен в плане трудозатрат. Рассматриваются теоретические основания высокой точности измерений. Представлены экспериментальные результаты, полученные на двух образцах матриц. Несмотря на различие в положении границ рабочего спектрального диапазона этих образцов, измеренные значения Cout обоих образцов совпадают в пределах ошибки не более чем 3%, что подтверждает надёжность и приемлемый уровень точности предлагаемого подхода.

Алифанова И.Е. (Университет ИТМО)
Федоров А.В. (ИТМО)
Быченок В.А. (Университет ИТМО)
Беркутов И.В. (Университет ИТМО)
Контроль остаточных напряжений в специальных трубах в процессе их изготовления

Изготовление специальных труб – сложный технологический процесс, включающий такие технологические операции, как ковка, центробежное литье, мехобработка, термообработка, правка и др. Каждая технологическая операция оказывает свой вклад в напряженно-деформированное состояние готового изделия, приводя в конечном итоге к недопустимой деформации специальных труб, отклонению их от прямолинейности. Контроль остаточных напряжений в материале специальных труб после проведения разных технологических операций может способствовать анализу причин возникновения остаточных напряжений в готовом изделии и, возможно, корректировке технологического процесса их производства. Кроме того, применение методики неразрушающего контроля остаточных напряжений необходимо при планировании и оценке эффективности мероприятий по снижению остаточных напряжений. В результате проведенных исследований разработана методика ультразвукового контроля остаточных напряжений в специальных трубах, обеспечивающая: - выявление зон концентраций остаточных напряжений в специальных трубах; - оценку распределения остаточных напряжений в материале специальных труб по их длине и в отдельных сечениях; - оценку распределения остаточных напряжений по поверхности и по толщине специальных труб; - оценку вклада в распределение остаточных напряжений отдельных технологических операций при производстве специальных труб. Проведена экспериментальная апробация разработанной методики неразрушающего контроля остаточных напряжений в специальных трубах на разных этапах механической обработки специальных труб, до и после автофретирования. Результаты экспериментальной апробации разработанной методики показали, что методика позволяет оценивать вклад отдельной технологической операции в напряженно-деформированное состояние изделия. Полученные результаты согласуются с анализом причин возникновения остаточных напряжений на разных этапах технологического процесса, согласно которому в результате механической обработки вносится значительная геометрическая неоднородность, которая может служить причиной возникновения остаточных напряжений, а в результате автофретирования на поверхности изделия возникают растягивающие напряжения, а в слоях вблизи внутреннего канала – сжимающие. В результате экспериментальной апробации разработанной методики установлена зависимость между результатами измерений остаточных напряжений, действующими в материале специальных труб, и их отклонением от прямолинейности.

Быков А.А. (НТЦ УП РАН)
Хохлов Д.Д. (НТЦ УП РАН)
Шарикова М.О. (НТЦ УП РАН)
Писаревский Ю.В. (ФННИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН)
Элиович Я.А. (ФННИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН)
Чернов Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Обнаружение дефектов в кристалле TeO2 при помощи акустической эмиссии и поляризационного метода

Наблюдение и выявление момента возникновения дефектов в оптических средах на ранних стадиях является актуальной задачей при прогнозировании срока службы монокристаллов, предназначенных для дальнейшей эксплуатации в приборах. Процесс дефектообразования может быть инициирован внешними факторами, например за счет приложения нагрузки на параллельные поверхности кристалла, причем из за различной ориентации кристаллографических осей и места приложения нагрузки, порог начала дефектообразования отличается. В работе рассматривается возможность применения комбинированного поляризационного метода совместно с методом акустической эмиссии. Акустическая эмиссия не позволяет локализовать точку возникновения дефекта в отличие от поляризационного метода, в котором регистрируется весь образец, поэтому эти методы дополняют друг друга. С помощью комбинированного метода исследования кристаллов детектировались его изменения при нагружении на прессе вплоть до разрушения.

Цю Л. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Пиотровская И.Н. (МГТУ им Н. Э. Баумана)
Повышение точности идентификации вещества и увеличение информационной емкости автоматического рефрактометра

Статья посвящена повышению точности идентификации вещества при измерении показателя преломления вещества с помощью автоматического рефрактометра. Ошибки в идентификации веществ вызваны тем, что показатели преломления для разных веществ могут иметь близкие или совпадающие значения. Проведен анализ и оценка влияния ширины спектрального диапазона источника излучения на точность измерения показателя преломления. Рассмотрены причины, снижающие достоверность определения исследуемого вещества. Предложен способ повышения точности идентификации веществ при использовании рефрактометра с перестраиваемым по длине волны источником излучения. Показано как применение данного способа позволяет исключить ошибки в идентификации исследуемого вещества. А также показано, что при проведении измерений на различных длинах волн информационная емкость оптической системы может быть эффективно увеличена.

Мурашкина Т.И. (Пензенский государственный университет)
Бадеев В.А. (Пензенский государственный университет)
Дудоров Е.А. (Акционерное общество "НИИФИ")
Аксенов А.М. (Пензенский Государственный университет)
Определение времени функционирования волоконно-оптического датчика при повышенной температуре среды

Разработан волоконно-оптический датчик перемещений, в конструкцию которого введена оптическая насадка, изолирующая оптические волокна от среды с повышенной до +500 ОС температур и давлением до 10 МПа. Насадка представляющая собой стеклянный стержень, соединенный с металлическим корпусом посредством оправы оригинальной конструкции. Предложенная герметичная конструкция оправы предоставляет возможность использовать высокотемпературные клеящие вещества, имеющие большую вязкость, тем самым увеличить эффективную длину склеиваемых поверхностей и, соответственно, повысить прочность соединения при воздействии повышенного давления. Проведен расчет минимального времени функционирования волоконно-оптического датчика в таких условиях, рассчитанного на бесконтактное измерение продольного перемещения объекта в диапазоне (0…16) мм при воздействии повышенной до +500 ОС температуры, на основе разработанной расчетной конструктивной схемы датчика и эквивалентных схем тепловых цепей. Были приняты следующие исходные данные для расчета: габаритные размеры датчика Ø 8х60 мм, используются оптические волокна, температура эксплуатации которых по ТУ не превышает 100 ОС, материал корпуса датчика 12Х18Н10Т; материал изоляционного слоя – асбоцемент или асбовермикулит; материал оптической насадки – стекло кварцевое отожжённое прозрачное или лейкосапфир. Рассмотрены два варианта прохождения теплового потока через элементы датчика. Определено, что наименьшее из двух найденных значений время равно 250 часам.

Воейков В.Л. (Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова)
Буравлева Е.В. (Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова)
Долговременная продукция активных форм кислорода в бикарбонатных водных растворах: возможная роль в энергетике водных систем?

Бикарбонатные водные растворы (БВР) служат материальной основой всех биологических жидкостей и большинства природных вод. Мы установили, что в БВР постоянно продуцируются активные формы кислорода (АФК), играющие важную роль в биологических процессах и в самоочистке природных вод. Добавление к БВР перекиси водорода (H2O2) увеличивает интенсивность этих процессов. Ранее нами было показано, что в присутствии флуоресцентного зонда на АФК–люминола активированные перекисью водорода БВР на многие месяцы становятся источниками сверхслабого излучения (ССИ) в видимой области спектра. После разделения общего объема раствора на отдельные образцы, последние демонстрируют индивидуальную динамику ССИ. Вначале относительное стандартное отклонение интенсивности CCИ в них не превышает 10% от среднего значения, но на этапе роста интенсивности ССИ оно достигает 50-80%, а абсолютные значения интенсивности ССИ из разных пробирок могут отличаться друг от друга в 10 и более раз. Позже отличия между ССИ из разных пробирок существенно уменьшается. В данном исследовании проведен сравнительный анализ долговременной динамики ССИ в присутствии люминола и другого люминофора – люцигенина, являющегося зондом на супероксид-анион-радикал. Установлена сильная нелинейная зависимость динамики ССИ от начальной концентрации H2O2 (0,001-0,1%). Показано, что в определенных условиях происходит рост концентрации H2O2 в БВР относительно начальной. ССИ из БВР, подвергшихся механическому воздействию (шейкированию), может как возрастать на длительное время, так и снижаться с возвращением на исходные уровни в зависимости от разных начальных концентраций H2O2 и от использованных люминофоров. Своеобразные динамические свойства процессов, развивающихся в БВР, свидетельствуют о том, что они представляют собой устойчиво неравновесные системы. Дальнейшее исследование их поведения может помочь установить роль бикарбонатных водных систем в механизмах функционирования живой материи, в частности в протекающих в ней биоэнергетических процессах.

Щабунин А.О. (Томский Университет Систем Управления и Радиоэлектроники)
Передовые оптические методы анализа космического мусора

Космический мусор является растущей проблемой, представляющей угрозу для исследования космоса и спутниковых технологий. Использование оптических методов может помочь проанализировать свойства и поведение космического мусора, что приведет к лучшему пониманию этой проблемы. В данном проекте предлагается разработка передовых оптических методов анализа космического мусора, включая лазерную и оптическую интерферометрию, лазерную анемометрию, анемометрию изображения частиц и волоконно-оптические датчики. Эти методы могут дать информацию о размере, форме, скорости и составе космического мусора, которая может быть использована для моделирования поведения мусора на орбите и улучшения конструкции космических аппаратов для снижения риска столкновений. Кроме того, компьютерные методы обработки сигналов и изображений могут быть использованы для анализа больших объемов данных, полученных с помощью этих оптических методов. Проект предполагает проектирование и создание экспериментальных установок для анализа космического мусора, а также разработку компьютерных алгоритмов для анализа данных. Предлагаемое исследование может внести вклад в разработку стратегий по предупреждению образования космического мусора и управлению им, повышая безопасность и устойчивость космических исследований.

Жаркова Г.М. (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН)
Коврижина В.Н. (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН)
Миронов Д.С. (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН)
Пак А.Ю. (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН)
Петров А.П. (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН)
Наумова Д.К. (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН)
Панорамная визуализация течения в каверне при обтекании ее до- и сверхзвуковым потоком

Интерес к изучению течения в кавернах связан с возможностью их использования в качестве средств управления сложными течениями, интенсификации процессов смешения. Панорамная визуализация распределения температуры и поверхностного трения в кавернах является высоко информативным методом исследования структуры течения в них. В данной работе используются холестерические жидкие кристаллы, которые изменяют свой цвет под влиянием температуры и поверхностного трения. Для измерения распределения температуры используются полимерно-жидкокристаллические пленки, не чувствительные к поверхностному трению; а для измерения поверхностного трения - специально разработанные смеси чистых жидких кристаллов не чувствительные к температуре. Эксперименты проводились в аэродинамической трубе Т-325М ИТПМ СО РАН с размером рабочей части 40×40 мм, которая является установкой баллонного типа периодического действия. Модель из плексигласа с каверной размером 60х30х9мм мм устанавливалась на боковую стенку трубы. На модель наклеивалась термочувствительная полимерно-жидкокристаллическая пленка (1 серия), или методом напыления наносился слой жидких кристаллов, чувствительных к поверхностному трению (2серия). Цветные изображения фиксировались на видеокамеру. Получены панорамные картины полей температуры и поверхностного трения при различных числах Маха. Цифровая обработка изображений позволила получить количественные результаты: карты тепловых полей и графики зависимостей температуры на дне каверны по различным направлениям. Проанализировано влияние числа Маха на пространственную картину течения внутри каверны. В частности, при дозвуковом обтекании зона повышенного теплообмена сосредоточена вблизи оси симметрии каверны. Обнаружено, что возникновение резонансных явлений приводит к изменениям температурных полей внутри каверны.

Руменских М. (ИЛФ СО РАН)
Чибранов А.А. (ИЛФ СО РАН)
Березуцкий А.Г. (ИЛФ СО РАН)
Посух В.Г. (ИЛФ СО РАН)
Трушин П.А. (ИЛФ СО РАН)
Шайхисламов И.Ф. (ИЛФ СО РАН)
Особенности поведения спектральных линий лазерной плазмы в магнитном поле

Физические процессы, обуславливающие свечение спектральных линий плазмы в магнитных полях, являются весьма сложными для интерпретации. Тем не менее, выявление причин появления или исчезновения тех или иных спектральных линий во внешних магнитных полях различной интенсивности – задача чрезвычайно важная во многих областях знаний, в особенности в астрофизике. Плазма, создаваемая мощным импульсным лазерным излучением, является уникальной по свойствам и наиболее подходящей для задач моделирования космической плазмы по таким параметрам, как скорость потоков, плотность энергии, степень ионизации. Исследование проводилось на стенде КИ-1 в Институте лазерной физики СО РАН, предназначенном для моделирования разнообразных явлений в космической плазме. В настоящей работе сообщается о необычных проявлениях линий свечения углеродно-водородной лазерной плазмы в магнитном поле, а также приводятся гипотезы, такие проявления объясняющие.

Винецкий Ю.Р. (АО "ПО "УОМЗ" - филиал "Урал-Геофизика")
Титов А.Г. (АО"ПО"УОМЗ им. С.Э Яламова"- ф."Урал-Геофизика")
Юрочкин Г.А. (АО"ПО"УОМЗ им. С.Э Яламова"- ф."Урал-Геофизика")
Ракурсные зависимости тепловых сигнатур летательного аппарата: натурная съемка, методика обработки данных и научная визуализация

Под тепловой сигнатурой (ТС) летательного аппарата (ЛА) в контексте задач пассивного обнаружения ЛА по его тепловому излучению понимается сила излучения, исходящая от ЛА в процессе полета. Индикатрисы ТС – зависимости силы излучения от ракурсных углов, под которыми наблюдается ЛА – дают важнейшую информацию как для правильного проектирования перспективных оптико-электронных систем (ОЭС) обнаружения, так и для корректной оценки дальностного потенциала существующих ОЭС. До настоящего времени сколько-нибудь систематические экспериментальные данные о ракурсных зависимостях ТС объектов интереса, полученные в режимах реального полета ЛА, отсутствовали; в расчетах и при оценке потенциала ОЭС использовались либо чисто теоретические подходы, либо экстраполяция данных, полученных при наземных испытаниях, на условия полета – подход, надежность которого оставляет желать лучшего. В работе сообщается о впервые выполненных на систематической основе, с применением современных средств измерения излучений натурных экспериментах по измерению ракурсных зависимостей ТС ЛА в средневолновом ИК-диапазоне (3-5 мкм), фиксируемых в условиях реального полета ЛА. Кратко описываются методика и средства измерений, основу которых составляли полноформатные ИК камеры метрологического класса. Основное внимание уделяется описанию методов обработки видеоданных, алгоритмам экстракции целевых параметров и реализующему их специально разработанному ПО, позволяющему в полуавтоматическом режиме извлекать из исходного видео значения искомых ТС и ассоциировать их с ракурсными углами. Ввиду большого объема исходных «сырых» видеоданных особое значение имеет рациональный способ визуального представления всеракурсных индикатрис ТС, облегчающий их валидацию, интерпретацию и дальнейший анализ. Демонстрируются отвечающие этим критериям примеры динамической визуализации всеракурсных трехмерных диаграмм ТС ЛА и анализируются их общие особенности.

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Кананыхин О.А. (НТЦ УП РАН)
Батшев В.И. (НТЦ УП РАН)
Исследование качества передачи стереоскопического изображения при акустооптической дифракции в кристалле парателлурита

Рассмотрена задача получения трёхмерного изображения в произвольно задаваемых спектральных диапазонах. Для этого предлагается использовать одновременную фильтрацию двух световых пучков, переносящих стереоизображения, с помощью акустооптического фильтра из одноосного кристалла ТеО2. При этом геометрия широкоапертурной дифракции для обоих пучков одинакова, а их угловое разведение осуществляется в азимутальной плоскости. Собран экспериментальный стенд с использованием призменно-линзовой оптической системы, формирующей стереоизображения, акустооптического фильтра и видеокамеры с объективом. Проанализированы результаты измерения поля зрения, пространственного разрешения и других параметров при различных углах сведения пучков. Сравнение результатов моделирования и экспериментов показывает корректность используемых приближений. Данное исследование демонстрирует перспективы применения акустооптических фильтров для создания приборов для одновременного анализа трехмерных пространственных,спектральных и поляризационных свойств объектов.

Наумов И.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Цой М.А. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Шарифуллин Б.Р. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе)
Развитие методов адаптивной трековой визуализации для биотехнологий

Сравнительно недавно внимание исследователей привлекли двух-жидкостные вращающиеся течения в связи с развитием вихревых аэрированных биореакторов. Исследование структуры течения в газовихревом биореакторе актуально для развития методов выращивания клеточных культур. Особенно это важно в том случае, когда при росте культуры в биореакторе могут существенно изменяться такие параметры среды как плотность и вязкость, что соответственно приводит к изменению характерных режимов течения и изменению во времени оптических свойств самой культуральной среды. Для проведения экспериментальных исследований вихревых структур методами бесконтактной диагностики был разработан и создан программно-аппаратного комплекс адаптивной трековой визуализации. В данном комплексе используются разработанные авторами алгоритмы формирования и регистрации светового изображения со скользящим средним и автоматическим вычетом фоновой засветки потока. Принцип работы системы основан на регистрации отраженного от биообъектов или засеивающих трассерных частиц лазерного излучения и последующей цифровой обработки получаемых в режиме реального времени изображений. Для увеличения соотношения сигнал/шум из каждого изображения вычитается предварительно вычисленное фоновое изображение, а затем производится осреднение кадров скользящим средним окном, что позволяет получать длинные контрастные треки от частиц, которые наглядным образом визуализируют структуру и направление движения потока. Основным преимуществом системы является плавная и непрерывная во времени визуализация треков частиц, в отличии от покадровой визуализации с большим временем экспозиции. Одним из основных элементов комплекса является собственное программное обеспечение, которое обеспечивает настройку параметров системы, управление режимами работы биореактора по заданному алгоритму, осуществляет сбор данных с датчиков и демонстрирует визуализацию потока в режиме реального времени. С использованием разработанного программно-аппаратного комплекса была проведена адаптация и апробация бесконтактной трековой диагностики вихревого течения на модельном биореакторе, позволяющая анализировать течение одно- и двухкомпонентных несмешиваемых жидкостей в режиме реального времени. Система адаптивной трековой визуализации, может функционировать независимо в качестве системы визуализации и исследования вихревых потоков, а также применятся в составе мультиплатформенных учебно-исследовательских экспериментальных станций на базе биореакторных инженерных систем для формирования рабочих режимов биореактора и визуализации структуры течения в нем.

Крюков А.В. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Батшев В.И. (НТЦ УП РАН)
Компактная мультиспектральная камера с одновременной регистрацией спектральных изображений на одном приемнике излучения

Создание мультиспектральной камеры актуально для классификации ограниченного перечня исследуемых объектов, когда достаточным является получение нескольких (порядка 10) спектральных изображений. Представленная в данной работе камера выполняет одновременную регистрацию нескольких спектральных изображений на одном матричном приемнике излучения и в отличии от устройств гиперспектральной съемки обладает существенно меньшими габаритами и высоким быстродействием. Это позволяет использовать разработанное устройства на подвижных носителях, таких, например, как беспилотный летательный аппарат (БПЛА). В работе рассмотрены два варианта реализации данного устройства. В первом случае оптическая схема построена на основе общей афокальной системы и относительно простого растрового элемента, реализующего пространственное и спектральное разделение изображений на одном приемнике излучения. Во втором случае оптическая система не имеет общих для всех каналов фокусирующих оптических элементов, а получение спектральных изображений достигается за счет отдельных объективов, имеющих более сложные по сравнению с линзовым растром оптические схемы. Каждый из таких объективов содержит спектральный фильтр, расположенный вблизи плоскости изображения. В работе отмечены достоинства и недостатки каждого из представленных вариантов камеры, а также дана сравнительная оценка их предельных оптических характеристик. Второй из предложенных подходов является наиболее компактным в реализации, поэтому на его основе была изготовлена камера, имеющая 16 спектральных каналов в диапазоне от 300 до 1064 нм. В работе приведены результаты ее экспериментального исследования.

Поройков А.Ю. (НИУ "МЭИ")
Тянь Я. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кузнецов И.А. (Институт космических исследований РАН)
Захаров А.В. (Институт космических исследований РАН)
Моделирование стереоизображений траекторий микрочастиц в лабораторном моделировании динамики лунной пыли

Вредное воздействие лунной пыли на аппаратуру и человека являются одними из самых проблемных факторов при планировании автоматических и пилотируемых миссий на Луну. Для уменьшения и возможного устранения этого влияния проводятся исследования динамики лунной пыли в лабораторных условиях. Основным подходом в этих исследованиях является создание условий, наблюдаемых на поверхности Луны, в вакуумных камерах и изучение поведения частиц пыли под воздействием разнообразных факторов с помощью различных методов. Такая экспериментальная установка существует в ИКИ РАН. Эксперимент состоит в том, что между двумя электродами устанавливают чашу с частицами. Потом подают высокое напряжение (1-10 кВ) на электроды, и частицы начинают взлетать с чаши. Траектории летящих частиц, подсвеченных лазером, регистрируются камерами. Оптические методы в таком эксперименте позволяют получить максимум информации о перемещении частиц бесконтактным способом. Для этого используются цифровые алгоритмы обработки изображений. Для оценки точности определения параметров движения с их помощью требуются дополнительные исследования. Целью данной работы является моделирование стереоизображений траекторий микрочастиц симулянта лунного грунта в лабораторных исследованиях с помощью двух видеокамер. Обработка смоделированных изображений позволяет сравнить измеренные параметры с заданными при моделировании. Что в свою очередь позволяет дать оценку измерений проводимых таким образом.

Федоров А.В. (ИТМО)
Хошев А.Е. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Колганов О.А. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Егоров Р.А. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Компьютерное моделирование контактно-ударного взаимодействия при динамическом индентировании

В данном докладе рассматривается моделирование процесса регистрации движения ударника в приборе динамического индентирования при контактно-ударном взаимодействии на основе метода конечных элементов. Основы и стандарты динамического индентирования были изучены и описаны. Компьютерное моделирование выполнено при помощи интерфейсов Solid Mechanics, Magnetic Fields и Moving Mesh в программе инженерного анализа Comsol Multiphysics. При моделировании за основу был взят первичный преобразователь на базе магнитоиндукционного метода с дифференциальной схемой включения катушек индуктивности. Результатом работы является разработанная модель деформации объекта контроля при его контактно-ударном взаимодействии с ударником, а также регистрация изменения возникающей электродвижущей силы в дифференциальной катушке индуктивности на всем временном интервале контактно-ударного взаимодействия. Полученные результаты представлены в виде зависимости электродвижущей силы от времени. Произведен анализ полученных зависимостей и оценена возможность измерения механических характеристик объекта контроля на основе изменения характеристик движения ударника.

Токарев М.П. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Федотов И.А. (Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Скоростной светодиодный осветитель для оптических исследований

В связи с бурным ростом технологических возможностей на рынке появляются светодиоды высокой мощности, что позволяет разрабатывать более эффективные и дешевые источники засветки для научных экспериментов с использованием оптических методов исследования. В данной работе представлена разработка высокоскоростного светодиодного осветителя с номинальной мощностью 100 Вт и возможностью использования режима перегрузки светодиода. Данный прибор предназначен для оптической скоростной диагностики газожидкостных потоков. К отличительным характеристикам данного осветителя относятся: минимальная длительность импульса света 1 мкс, задержка синхронизации 100 нс, защита от перегрева, быстросъёмный матовый экран для достижения наилучшей равномерности света. Выполнены измерения неравномерности светового потока и светимости разработанного осветителя. Настройка параметров осуществляется как из сенсорной панели, так и с помощью ПК. Приведены примеры получаемых результатов с использованием разработанного осветителя.

Бухарин А.В. ( Институт космических исследований РАН)
Арумов Г.П. (Институт космических исследований РАН)
Метод определения эквивалентной концентрации частиц в рассеивающем слое для лидара упругого рассеяния

Лидар упругого рассеяния позволяет дистанционно измерить базовые коэффициенты (коэффициент обратного рассеяния (КОР), экстинкции (КЭ)) и угловую трансформацию пучка. Определять угловую трансформацию пучка позволяет лидар с двумя приёмными каналами. Актуальной задачей является микрофизическая интерпретация базовых коэффициентов, т.е. переход от базовых коэффициентов к микроструктуре рассеивающего слоя. Микроструктура исследуемого слоя (параметры функции распределения частиц по размерам, мнимая и действительная части коэффициента преломления) определяется с помощью нефелометров в процессе контактных измерений. Для интерпретации контактных измерений, использующих рассеяние света отдельными частицами, обычно применяются методы решения обратной задачи с использованием набора предположений о физических и оптических свойствах частиц. Приземные слои атмосферы характеризуются большим разнообразием частиц по оптическим и физическим свойствам. Эти частицы могут быть полидисперсными и несферическими. Рассеивающей среде с такими частицами можно сопоставить эквивалентную среду, состоящую из монодисперсных частиц по базовым лидарным коэффициентам и угловой трансформации пучка. С помощью представления об эквивалентной среде рассмотрена микрофизическая интерпретация измеряемых лидаром упругого рассеяния коэффициентов обратного рассеяния и экстинкции. Для этого произведено сравнение контактных методов определения концентраций эквивалентных частиц по сигналам в прямом и обратном направлениях с помощью ненормализованных моментов. Концентрация эквивалентных частиц, в отличие от сечений, определяется посредством относительных измерений сигналов, образованных рассеянием отдельными частицами и пропорциональна отношению квадрата ненормализованного момента первого порядка к ненормализованному моменту второго порядка. Отмечено, что ненормализованные моменты, найденные по обратному рассеянию, зависят от альбедо частицы. Ненормализованные моменты по прямому рассеянию практически не зависят от альбедо. Это делает КЭ ключевой характеристикой концентрации эквивалентных частиц. В дистанционных измерениях обратного сигнала из атмосферы, особенно для приземных трасс, основным измеряемым коэффициентом является КОР. Отмечено, что одновременные измерения сигналов в прямом и обратном направлениях на отдельных частицах с использованием ненормализованных моментов дают коэффициент связи между указанными концентрациями, что даёт возможность использовать КОР для определения концентраций эквивалентных частиц.

Крюков А.В. (Московской государственный технический университет им. Н.Э.Баумана)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Батшев В.И. (НТЦ УП РАН)
Букова В.И. (НТЦ УП РАН)
Марченко М.О. (НТЦ УП РАН)
Перспективы создания отечественного компактного устройства для видеокапилляроскопии

Методы современной капилляроскопии связаны с исследованиями рисунка капилляров мягких тканей человека и параметрами кровотока в них, что позволяет проводить информативную неинвазивную диагностику показателей состояния организма и указывать на те или иные заболевания и реакции на протекающие процессы. Дальнейшее развитие методик капилляроскопии связано с их объединением с фотоплетизмографией - регистрацией изменений амплитуды колебаний объема крови, возникающих при наполнении капилляров и мелких сосудов в зависимости от фазы кардиоцикла. Это делает актуальной задачу создания достаточно простого и удобного в использовании компактного устройства для проведения видеокапилляроскопии не только ногтевого ложа, но и других произвольных участков кожи, которое может применяться в ежедневной медицинской практике. Для решения данной задачи в работе рассмотрены существующие в настоящее время варианты реализаций приборов, отмечены их достоинства и недостатки и сформированы требования к схемам освещения, основным оптическим характеристикам и качеству изображения канала регистрации, а также параметрам приемника излучения для получения видеоизображений. Также предложены варианты построения оптической системы регистрирующего канала устройства.

Жук К.В. (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР))
Смирнов С.В. (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР))
Спектры фото- и термолюминесценции сапфира после лазерной обработки

Монокристаллический сапфир (α-Al2O3) обладает уникальной комбинацией превосходных оптических, физических и химических свойств таких как высокая твердость и прочность, оптическая прозрачностью от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона, а также высокая химическая стойкость к агрессивным средам, высокая температура плавления и теплопроводность. Сочетание этих свойств позволяет использовать его в условиях высоких температур и сильных радиационных полей, в частности, для изготовления термолюминесцентных дозиметров ультрафиолетового и ионизирующего излучения. В данной работе приводятся результаты исследования термолюминесценции образцов дозиметров на основе сапфира после лазерной обработки. Показано, что лазерная обработка поверхности дозиметров на основе монокристаллического сапфира позволяет существенно увеличить выход термолюминесценции, который, в свою очередь, определяет дозовую чувствительность прибора. Полученные экспериментальные результаты демонстрируют перспективность использования лазерной обработки для повышения чувствительности термолюминесцентных дозиметров.

Степанова К.А. (ООО "Научно-технический центр "Эталон")
Федоров А.В. (ИТМО)
Коняшов В.В. (ИТМО)
Сергеев А.С. (ИТМО)
Исследование применимости метода оптической триангуляции для оценки геометрических параметров и чистоты поверхности изделий сложной формы

Отражены результаты экспериментальных исследований применимости метода оптической лазерной триангуляции для построения профиля конических и цилиндрических изделий с оребренной поверхностью, выполненной методом фрезерования. Приведены результаты измерений геометрических параметров профиля оребренных фрезерованных конструкций с использованием лазерного триангуляционного 2-D сканера. Предложен алгоритм построения геометрического профиля изделий сложной формы на базе системы триангуляционных датчиков. Приведены результаты экспериментальной апробации предложенного алгоритма на стенде автоматизированного контроля геометрии сложнопрофильных деталей. Оценена погрешность измерений геометрических параметров оребрения (толщина ребра, ширина межреберных канавок, глубина межреберных канавок) и геометрических параметров изделий в целом (диаметр внешний и внутренний, овальность. остаточная толщина стенки). Выполнена оценка чувствительности лазерного триангуляционного 2-D сканера к параметрам шероховатости при фрезерной обработке поверхности изделий. Оценены точностные характеристики триангуляционного метода для определения параметров шероховатости поверхности при разных ориентациях лазерного излучения по отношению к объекту контроля.

Титов С.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Давыдова Е.А. (НТЦ УП РАН)
О возможности приема ультразвуковых поперечных горизонтально поляризованных волн в иммерсионной схеме измерений

В различных приложениях диагностического ультразвука в основном используются продольные или поперечные вертикально поляризованные волны. Горизонтально поляризованные волны находят существенно меньшее применение вследствие сложности их регистрации в иммерсионной схеме измерений. Это обуславливается тем, что колебания частиц в такой волне происходят в плоскости раздела образец – иммерсионная жидкость и волна, падающая из твердого тела на гладкую границу. Волна не проникает в иммерсию. Однако регистрация распределения акустического поля, создаваемого поперечными волнами, является источником ценной информации о структуре образца или параметрах приборов, например, акустооптических. В настоящей работе проведено исследование возможности регистрации поперечной горизонтально поляризованной волны за счет ее трансформации в продольную волну на особенностях негладкой границы раздела твердое тело – иммерсионная жидкость. Экспериментально показано, что шероховатость поверхности раздела может служить фактором, обеспечивающим такую трансформацию и возможность регистрации распределения поперечной горизонтально поляризованной волны сфокусированным иммерсионным преобразователем.

Шакин О.В. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Ревунов Г.М. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Ермак С.В. (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет имени Петра Великого")
Беляков Н.И. (Санкт-Петербургский Государственный университет аэрокосмического приборостроения)
Крячко А.Ф. (ФГАОУ ВО "ГУАП")
Предельные свойства дифракционных открытых резонаторов

На основе численной реализации математических моделей, проведено систематическое исследование основных физических характеристик: спектра собственных частот и типов резонансных колебаний двумерных открытых резонаторов на основе коаксиального щелевого резонатора, образованного двумя идеально проводящими соосными незамкнутыми цилиндрическими экранами. Проанализированы зависимости комплексных собственных частот от различных параметров – апертуры и радиусов кривизны зеркал, расстояния между ними. Коаксиальный щелевой открытый резонатор обладает высокодобротным собственным колебанием в длинноволновой области. Для этого собственного колебания определены оптимальные значения при фиксированных размерах щелей экранов угла ориентации внутреннего экрана и отношения радиусов кривизны экранов, при которых добротность максимальна. Исследован спектр комплексных собственных частот симметричного конфокального (и неконфокального) открытого резонатора в ситуации, когда резонансная длина волны соизмерима с размерами резонатора (в частности, с радиусами кривизны и апертурами зеркал) и не применимы различные асимптотические модели открытых резонаторов. Установлены границы применимости ряда асимптотических формул для собственных частот квазиоптических моделей открытых резонаторов.

Бойко А.А. (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» "НГУ")
Костюкова Н.Ю. (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» "НГУ")
Ерушин Е.Ю. (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» "НГУ")
Шерстов И.В. (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» "НГУ")
Кирьякова А.Ю. (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» "НГУ")
Исследование течеискателей метана на основе абсорбционной и оптикоакустической спектроскопии с применением диодных матриц и квантово-каскадных лазеров

В настоящее время, одним из важных газовых маркеров для экологии и промышленности является метан. Метан не имеет цвета и запаха, в два раза легче воздуха, мало растворим в воде, взрывоопасен при концентрации в воздухе от 5% до 15%. В природе метан составляет основную долю в добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений природного газа, около 87%. Одним из методов детектирования и определения концентрации различных газовых примесей является абсорбционный метод оптического газоанализа. Он осуществляется за счет измерения уровня поглощения излучения при прохождении через анализируемую газовую среду. Изменение уровня мощности фиксируется фотоприемником после прохождения через оптический тракт с газовой смесью. В оптическом тракте происходит поглощение света, за счет чего на фотоприемник приходит меньшая мощность лазерного излучения. В данном исследовании разработан компактный газоанализатор метана на основе светодиодной матрицы и поглощающей ячейки. Длина волны используемой светодиодной матрицы находилась в области 3,3 мкм и могла быть подстроена посредством термостабилизации. Был получен предел детектирования порядка 200 ppm. Этой чувствительности достаточно для детектирования опасной концентрации метана в воздухе. Представленная система является недорогой и перспективной. Альтернативным подходом для детекции газовых смесей является лазерная оптикоакустическая спектроскопия (ЛОАС). В качестве источника излучения был выбран квантово-каскадный лазер (ККЛ) с доступным диапазоном длин волн 7,5-7,7 мкм. Данный источник работал в импульсно периодическом режиме, что позволило применить резонансный детектор. С помощью данного подхода был получен предел детектирования ниже атмосферного уровня, который составляет 42 ppb. Однако применение ККЛ совместно с ЛОАС влечёт за собой удорожание и усложнение всей измерительной системы, но позволяет достичь беспрецедентного уровня чувствительности, что востребовано для ряда применений. На основе данного подхода реализован прототип устройства, готовый для применения в различных областях исследования и контроля утечек метана. По результатам исследований может быть реализовано два устройства с различным уровнем детектирования для различных применений.

Иншаков С.И. ("Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского")
Кудрявцева Е.Д. (Федеральное автономное учреждение «Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского», ФАУ «ЦАГИ»)
Анализ рефрактометрических методов применительно к исследованиям течений на газодинамических стендах

Представлены результаты сравнения результатов использования теневого фонового метода (ТФМ) и классических методов визуализации (теневой и прямотеневой методы, сдвиговая интерферометрия) применительно к газодинамическим исследованиям в аэродинамических трубах и для модели одной из компоновок сверхзвукового пассажирского самолёта на ракетном треке. Приведены примеры моделирования картины ТФМ метода, в частности, вокруг профиля, полученной по расчётному распределению плотности вокруг него. Также рассмотрено течение в недорасширенной сверхзвуковой струе, течение в тороидальном вихре и течение с ударной волной в низкотемпературной плазме. Дано сравнение с работами других авторов. Проведён анализ точности выделения оптических неоднородностей в классических и современных методах. Разобраны преимущества и недостатки каждого из методов и обозначены области их применимости.

Знаменская И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Муратов М.И. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Карнозова Е.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Луцкий А.Е. (Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН, Отдел № 8)
Термографическая визуализация в высокоскоростных газодинамических потоках

Представлены результаты термографических исследований нестационарного газодинамического течения в ударной трубе прямоугольного сечения 24х48 мм с препятствием 6х2х48 мм в потоке длительностью до 20 миллисекунд. Процессы нагрева обтекаемых сверхзвуковым потоком стенок рабочей камеры визуализированы через кварцевые окна камеры прозрачные для инфракрасного излучения. Регистрация велась камерой Telops FAST M200 (с рабочим диапазоном 1.5-5.1 мкм). Результаты визуализации тепловых полей сравнивались результатами с двумерного численного моделирования нестационарного газодинамического процесса дифракции ударной волны с числом Маха 2,5-4. Снижение пространственного разрешения камер позволяло проводить регистрацию тепловых потоков на частоте до 1000 кадров/с для тепловизионной камеры. Время интеграции/экспозиции составляло от 250 мкс до 1 мс. Рассмотрена природа регистрируемого теплового излучения, механизмы теплообмена.

Знаменская И.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Кули-заде Т.А. (Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова)
Долбня Д.И. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Копылов А.Я. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Исследования полосчатых структур в высокоскоростном пограничном слое газа оптическими методами

Для визуализации и исследования эволюции пограничного слоя на гладкой поверхности канала ударной трубы была проведена высокоскоростная теневая съемка течения газа за плоской ударной волной в канале прямоугольного сечения (48 мм х 24 мм) с высоким временным разрешением. Визуализированы все стадии эволюции пограничного слоя на стекле, в частности, в частности, впервые получены изображения полосчатых структур в сверхзвуковом пограничном слое газа. Измерены пульсационные, спектральные характеристики пограничного слоя в различных точках поля течения. Представлены также результаты визуализации полосчатых структур на в пограничном слое на стекле методом импульсного объемного разряда в разрядной камере ударной трубы. Получены анимации течения в течении 3-5 мс после прохода ударной волн с числами Маха M = 2,8 – 3,5.

Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Степанова К.А. (ООО "Научно-технический центр "Эталон")
Федоров А.В. (ИТМО)
Кузиванов Д.О. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Формирование акустико-эмиссионных образов наплавленного слоя в процессе прямого лазерного выращивания изделий

Одним из перспективных направлений развития современной промышленности являются аддитивные технологии, в том числе, процесс прямого лазерного выращивания (ПЛВ), в основу которого положен принцип управляемого формирования изделия за счет локального ввода материала по заданным координатам. Специфика процесса получения изделий с помощью данной технологии приводит к наличию в материале (детали) различных структурных неоднородностей. В работе проведено исследование зависимостей изменения параметров сигналов акустической эмиссии (АЭ) от процессов, происходящих в материале в процессе ПЛВ, которое может обеспечить возможность выявления трещинообразования в изделиях в процессе их прямого лазерного выращивания. На основе результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, были сформированы АЭ образы таких этапов ПЛВ как подача порошка при выращивании, механические шумы оборудования при выращивании, образование пор в изделии при выращивании и образование трещин в изделии при выращивании. Полученные результаты могут быть положены в основу разработки методики акустико-эмиссионного контроля процесса качества изделий в процессе ПЛВ.

Добросельский К.Г. (Институт теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН)
Исследование течения за цилиндром в турбулизированном поперечном потоке с использованием метода PIV

Разнообразные формы цилиндров применяются во многих теплообменных устройствах, строительных сооружениях, энергетическом (котельном) оборудовании, судостроении и авиационной технике. Поэтому несомненна практическая и научная актуальность получения надежной экспериментальной информации о закономерностях течения при обтекании цилиндрических тел турбулентным потоком. В настоящей работе экспериментально исследовано течение вблизи круглого цилиндра в турбулизированном водном потоке при докритических числах Рейнольдса. В условиях ограниченности размеров рабочего участка гидродинамического стенда и небольшого избыточного давления над атмосферным получена продольная турбулентность в ядре потока порядка 20%. Используя метод PIV, были определены средние характеристики ближнего следа за цилиндром, обтекаемым слабо и сильно турбулизированным потоком. Показано, что высокая степень турбулентности в свободном потоке приводит к результатам, которые эквивалентны увеличению эффективного числа Рейнольдса до критической области, где сопротивление уменьшается.

Сапронов М.В. (НИУ МЭИ)
Моделирование индикатрис рассеяния света на полидисперсной системе сферических частиц

Доклад посвящен решению прямой задачи рассеяния света на ансамбле сферических полидисперсных частиц. В работе представлен алгоритм компьютерного моделирования индикатрис рассеяния оптического излучения системой частиц, основанный на теории Г. Ми. Исследовано влияние относительного комплексного показателя преломления рассеивающих центров и их распределения по размерам, длины волны и состояния поляризации падающего света на компьютерные модели индикатрис рассеяния. Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что компьютерные модели индикатрис рассеяния оказываются полезны при экспериментальном исследовании дисперсных систем методом статического рассеяния света для оптимального выбора параметров установки и условий проведения эксперимента и, что более важно, при решении обратной задачи метода статического рассеяния света для восстановления характеристик наночастиц по экспериментальным данным.

Федоров А.В. (ИТМО)
Ширшин А.В. (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО")
Оценка радиомических характеристик, полученных методом рентгеновской компьютерной томографии для полимерных образцов с регулируемыми структурно-морфологическими параметрами

Трёхмерная печать в настоящее время достаточно широко применяется для создания изделий из полимерных материалов со сложной формой и внутренней структурой, в том числе медицинского назначения. Для оценки структурно-морфологических особенностей как при проектировании данных изделий в клиниках, так и при контроле качества их изготовления на производстве могут быть использованы радиомические характеристики, получаемые при помощи томографических методов, в частности рентгеновской компьютерной томографии. К указанным характеристикам относят показатели формы, текстурные признаки 1-го рода (гистограммные статистики), текстурные признаки 2-го рода (рассчитанные на основе матриц смежности). Текстурный анализ часто используется для сегментации и анализа двухмерных изображений, при этом рассчитываемые параметры применимы и для данных большей размерности, но возникает необходимость выявления соответствия текстурных признаков реальным особенностям изделия. Целью настоящего исследования является оценка влияния изменения отдельных структурно-морфологических параметров образцов из полимерных материалов на их текстурные характеристики, полученные методом рентгеновской компьютерной томографии. Результаты показали высокую согласованность между радиомическими показателями формы образцов и их объективными геометрическими параметрами. Ряд текстурных признаков первого рода (в частности, firstorderMean, firstorderKurtosis) тесно коррелирует с плотностью заполнения образца и химическим составом полимера, а некоторые текстурные характеристики второго рода (в частности, ngtdmBusyness, glrlmGrayLevelNonUniformity, gldmDependenceNonUniformity) показали высокую чувствительность в обнаружении регулярных внутренних структур с использованием одномерной логистической регрессии. На основе радиомических характеристик возможно разделение алгоритмом “случайный лес” (со снижением размерности методом главных компонент до двух) образцов с одинаковой плотностью заполнения и с различной текстурой, что может быть использовано для автоматизации сегментации томографических данных.

Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Фирюлин Д.Р. (Университет ИТМО)
Экспериментальные исследования изменения акустических свойств сферопластиков в зависимости от водопоглощения

В данном докладе рассматривается использование акустических методов контроля для исследования водопоглощения сферопластиков. В работе были проведены экспериментальные исследования изменения акустических свойств сферопластиков в зависимости от водопоглощения. Исследование проводилось на образце сферопластика, который подвергался механическим нагрузкам и погружению в воду. Исследование изменения акустических свойств проводилось путем определения скорости продольной ультразвуковой волны на каждом этапе исследования с помощью ультразвукового дефектоскопа. В результате исследования установлено, что существует связь между изменением акустических свойств и водопоглощением сферопластика в виде изменения скорости УЗВ. Установлено, что скорость УЗВ в бездефектном образце не изменяется после погружения в воду. Образцу сферопластика, доведенному до трещинообразования, соответствует увеличение скорости УЗВ после погружения в воду, что говорит о том, что образец впитал в себя воду и уже не обладает нулевым водопоглощением.

Лебедева М.С. (Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова)
Цыбров Е.Г. (Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова)
Никитин С.Ю. (Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова)
Измерение ширины распределения эритроцитов по деформируемости методом лазерной эктацитометрии

Одной из основных реологических характеристик крови является деформируемость эритроцитов, определяемая как мера способности клеток крови изменять свою форму под действием внешних сил. Измерения этого параметра важны при диагностике и лечении многих заболеваний. Среди них серповидно-клеточная анемия, малярия, сфероцитоз, гипертония, сердечно-сосудистые заболевания, диабет, панкреатит и другие. Быстрые измерения деформируемости эритроцитов возможны на основе метода лазерной дифрактометрии в сдвиговом потоке (эктацитометрии). Этот метод основан на наблюдении и анализе дифракционных картин, возникающих при рассеянии лазерного пучка на суспензии эритроцитов, находящихся в заданном поле сдвиговых напряжений. В настоящее время имеются лазерные эктацитометры эритроцитов – Lorrca (Голландия) и RheoScan (Корея), с помощью которых можно измерять среднюю деформируемость эритроцитов. Вместе с тем актуальна проблема измерения распределения эритроцитов по деформируемости, в частности, задача измерения доли слабо деформируемых эритроцитов в образце крови. В докладе мы предлагаем алгоритмы измерения характеристик распределения эритроцитов по деформируемости: ширины, асимметрии и коэффициента эксцесса распределения.

Шмаков А.М. (Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники)
Ультразвуковой контроль качества покрытий специального назначения

В данном докладе рассматривается контроль качества покрытий специального назначения современных изделий авиастроения. Интерес вызывает не только обнаружение дефекта в покрытии в виде отслоения от подложки или расслоения между слоями многослойного покрытия, но и обнаружение места образования дефекта в виде участка с пониженной адгезией. Целью настоящей работы является обоснование возможности применения ультразвукового эхо-метода для контроля качества покрытий специального назначения. Задачами настоящей работы является апробация двух методов ультразвукового контроля – с пьезоэлектрической и оптико-акустической генерацией акустических колебаний, - на экспериментальных образцах покрытий специального назначения. Апробация предложенных методов проводилась на образцах с одно-, двух-, и трехслойными покрытиями с искусственными дефектами на металлической подложке и подложке из полимерных композиционных материалов. Установлено, что ультразвуковой эхо-метод с пьезоэлектрической и с оптико-акустической генерацией акустических колебаний позволяет выявлять расслоения в покрытии и между покрытием и подложкой, измерять общую толщину покрытий. Ультразвуковой метод с оптико-акустической генерацией, кроме того, разрешает границы раздела между слоями многослойного покрытия, что является основанием для дальнейшего использования метода с целью контроля степени адгезии между слоями покрытия.

Гречкин Б.В. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Матвеева И.А. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Классификация гиперспектральных изображений новообразований кожи с помощью сверточных нейронных сетей

В последние годы различные оптические методы набирают популярность для исследования биологических тканей, в частности для исследования кожи. Одним из таких методов является гиперспектральная визуализация. Однако анализ получаемых гиперспектральных изображений и их классификация затруднены в следствие большого количества информации, заключенной в гиперкубе. Целью данной работы является изучение возможностей сверточных нейронных сетей глубокого обучения для классификации новообразований кожи. Были исследованы гиперспектральные снимки опухолей злокачественной меланомы, пигментного невуса и др. Был разработан классификатор гиперспектральных изображений на основе архитектуры сверточной нейронной сети VGG-16. Были проанализированы два случая классификации: злокачественные новообразования против доброкачественных новообразований, злокачественная меланома против пигментных новообразований. Точность моделей классификации достигает 95%, что говорит о возможности применения сверточных нейронных сетей для анализа гиперспектральных данных кожи.

Козлов А.Б. (АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха»)
Баландин И.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Шарикова М.О. (НТЦ УП РАН)
Батшев В.И. (НТЦ УП РАН)
Варнавская Д.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Видеоспектрометр ближнего инфракрасного диапазона на основе двойной акустооптической фильтрации

Разработан и изготовлен акустооптический видеоспектрометр ближнего инфракрасного диапазона (0.85-1.6 мкм). В приборе использован InGaAs сенсор и реализована двойная акустооптическая фильтрация с целью повышения пространственного и спектрального разрешения. Благодаря использованию афокальной оптической системы на входе, угловое поле в пространстве предметов составляет 25 градусов. Прибор позволяет получать спектральные изображения объектов, расположенных на дистанции съемки от 1 м и более, и обеспечивает пространственное разрешение около 200*150 разрешимых элементов в пределах поля зрения. Шириной спектральной полосы пропускания 12 нм (на длине волны 1.06 мкм). Видеоспектрометр разработан для сельскохозяйственных приложений, однако данный класс приборов находит широкое применение во множестве других задач: в дистанционном зондировании, для биомедицинской диагностики, в неразрушающем контроле технических объектов.

Матвеева И.А. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Комлев А.И. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Разработка мультиспектральной подсветки для цифрового дерматоскопа

Цифровая дерматоскопия – это один из перспективных методов неинвазивной диагностики кожного покрова человека. В отличие от классического визуального осмотра цифровая дерматоскопия позволяет зарегистрировать цифровое изображение исследуемого участка кожи при различном освещении и применить к изображению различные способы интеллектуального анализа, в том числе методы искусственного интеллекта. В данной работе представлено описание опытного образца мультиспектрального образца дерматоскопа, который включает в себя объектив с многократным увеличением, цифровую камеру и блок программного обеспечения для обработки полученных данных. Цифровые изображения одного и того исследуемого участка, полученные с камеры под разными видами освещения (RGB, HSV, LAV), проходят предварительную обработку и далее поступают в блок обнаружения. Полученные данные с блока обнаружения обрабатываются классификатором на основе нейронной сети глубокого обучения. Описанный прибор показывает точность классификации выше точности диагностики заболеваний врачом и может использоваться в качестве средства диагностики кожных новообразований.

Никитин П.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Оценка влияния зазора между секциями излучателя ультразвука на характеристики акустооптического дефлектора терагерцевого излучения

Акустооптические дефлекторы на основе двулучепреломляющих кристаллов характеризуются наибольшим числом разрешённых элеметнов. Однако в терагерцевом диапазоне эти кристаллы непрозрачны. Поэтому для увеличения углового диапазона сканирования акустооптического дефлектора предложено использовать секционированный фазированный излучатель ультразвука. Выполнено численное моделирование работы такого дефлектора для излучения с длиной волны 130 мкм. Паказано, что в синхронном режиме, когда излучение падает под оптимальным углом для центральной частоты ультразвука, зазор между секциями излучателя ультразвука влияет на характеристики дефлектора. Установлено, что зависимость эффективности акустооптической дифракции от зазора имеет ярковыраженный максимум, тогда как рабочая полоса частот монотонно убывает с увеличением зазора. Исследован также режим, когда излучение падает не под оптимальным углом для центральной частоты ультразвука. В этом случае в центре частотной характеристики имеется провал, но полуширина оказывается существенно больше. Влияние зазора между секцими излучателя здесь сказывается по-разному в разных частях частотной характеристики, однако зависимости эффективности дифракции и рабочей полосы частот качественно совпадает с аналогичными для синхронного режима.

Матвеева И.А. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Томникова К.Е. (Нет)
Анализ рамановских спектров кожи методами машинного обучения

Кожные заболевания насчитывают несколько сотен нозологий, среди которых есть как не опасные для жизни пациента (гиперпигментация, дерматит и др.), так и крайне злокачественные заболевания (меланома, плоскоклеточный рак и др.). Снизить смертность от последней группы заболеваний помогает ранняя диагностика и грамотно подобранное лечение. На сегодняшний день в клинической практике «золотым стандартом» диагностики является гистологическое исследование образца кожной ткани. Однако такой метод обычно проводится уже после резекции новообразования и позволяет поставить диагноз постфактум. Всё большую популярность набирают оптические методы диагностики. Одним из направлений биомедицинской оптики является зондирование биотканей видимым и инфракрасным светом, что позволяет визуализировать их структуры и получить информацию о составе исследуемого образца. Одним из таким методов является рамановская спектроскопия. Однако получаемые рамановские спектры содержат огромное количество информации обо всех веществах, входящих в состав кожной ткани, поэтому анализ рамановских спектров затруднен. Поэтому актуальным является поиск новых интеллектуальных способов анализа спектральных данных. В этой работе для анализа рамановских спектров кожи используются методы машинного обучения, применяется метод разрешения многомерных кривых с использованием метода частичных наименьших квадратов (MCR-ALS). В результате MCR-ALS анализа выделены тридцать компонентов кожи и их относительные концентрации в исследуемом образце, которые в дальнейшем применялись в качестве параметров классификации. В работе применялись традиционные алгоритмы машинного обучения без применения нейронных сетей: логистическая регрессия, случайный лес, метод опорных векторов, метод k-средних и градиентный бустинг. В результате построены модели классификации для трех случаев: а) здоровая кожа против кожи с заболеванием; б) злокачественные новообразования против доброкачественных новообразований; в) злокачественная меланома против пигментных новообразований. Полученные результаты свидетельствуют о возможности применения методов машинного обучения к задачам классификации рамановских спектров кожи, что может быть использовано в системах поддержки принятия решения в клинической практике.

Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Федоров А.В. (ИТМО)
Малый В.В. (Университет ИТМО)
Костюхин А.С. (Университет ИТМО)
Губин М.С. (Университет ИТМО)
Разработка алгоритма движения измерительного модуля автоматизированной установки неразрушающего контроля

В данном докладе рассматриваются вопросы разработки алгоритма движения измерительного модуля установки автоматизированного неразрушающего контроля качества паяных соединений теплообменных аппаратов. Описан объект контроля, имеющий сложную геометрическую форму и возникающие в процессе изготовления дефекты паяных соединений, такие как непропай, частичный непропай и неспай. Обоснована актуальность разработки, а так же проблемы производства и испытаний теплообменных аппаратов, не позволяющих на ранних этапах изготовления сборочных единиц выявлять требуемые дефекты без разрушения целостности теплообменного аппарата. Описаны существующие подходы в части выбора методов и средств неразрушающего контроля теплообменных аппаратов сложной геометрической формы, выявлены их достоинства и недостатки. Проанализированы существующие проблемы в части автоматизации эхо-импульсного и теневого методов ультразвукового контроля, выявлены достоинства и недостатки предложенных методов. Определены основные факторы, влияющие снижающие вероятность выявления дефектов, а именно нестабильность акустического контакта между преобразователем и объектом контроля, а также отклонение акустической оси преобразователя от нормали к поверхности объекта контроля. Представлен алгоритм движения измерительного модуля автоматизированной установки неразрушающего контроля с обратной связью, основанной на измеренной при сканировании амплитуде сигнала от конструктивных элементов внутренней структуры теплообменного аппарата.

Павлов С.И. (Санкт-Петербургский государственный университет)
Дзлиева Е.С. (Санкт-Петербургский государственный университет)
Новиков Л.А. (Санкт-Петербургский государственный университет)
Карасев В.Ю. (Санкт-Петербургский государственный университет)
Визуализация неоднородных плазменных потоков по вращению пылевых структур

Пылевая плазма представляет собой ионизованный газ, содержащий пылинки, которые либо самопроизвольно образуются в плазме в результате различных процессов, либо вводятся в плазму извне [УФН, Т.174, №5, С.496; Физика плазмы, 2004, Т.30, №10, С.877]. Использование тлеющего разряда постоянного тока позволяет создавать в нем объемные пылевые структуры. При исследовании лабораторной пылевой плазмы одним из наиболее продуктивных воздействий является наложение внешнего магнитного поля и наблюдение отклика пылевой подсистемы. Сформированные в стратах тлеющего разряда плазменно-пылевые структуры при наложении внешнего продольного магнитного поля начинают вращаться вокруг оси разряда. Вращение объемной структуры достаточно не однородное вдоль оси разряда. Зависимость угловой скорости вращающихся пылевых структур от магнитной индукции имеет нелинейный характер, при определенном значении магнитного поля меняет знак (т.е. меняет направление вращения). Существует несколько гипотез механизма возникновения вращения и изменения его направления. По наблюдению за поведением пылевой компоненты можно оценивать потоки заряженных частиц на пылинку в плазме. Работа поддержана РНФ грант № 22-72-10004.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Полев А.А. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Сапронов М.В. (НИУ МЭИ)
Исследование наночастиц в растворах оптически прозрачных жидкостей методом статического рассеяния света

Доклад посвящен применению метода статического рассеяния света для поиска функции распределения по размерам наночастиц в растворе оптически прозрачной жидкости. Создан макет оптико-электронного комплекса и разработана методика проведения эксперимента, позволяющие проводить измерение относительного углового распределения интенсивности рассеянного лазерного излучения трех длин волн (450 нм, 515 нм, 650 нм) при двух ортогональных состояниях поляризации. Разработан алгоритм обработки экспериментальных изображений зондирующего лазерного пучка в рассеянном свете, который позволяет определить индикатрисы рассеяния света. Разработан алгоритм решения обратной задачи метода рассеяния света, позволяющий найти функцию распределения по размерам наночастиц в оптически прозрачном растворе путем подбора параметров математической модели этой функции, при которых модельные и экспериментальные индикатрисы рассеяния совпадают наилучшим образом по критерию их наименьшего среднеквадратичного отклонения. Проведено экспериментальное исследование рассеяния лазерного излучения в водном растворе наночастиц оксида алюминия, оксида железа и оксида титана в результате которого были определены индикатрисы рассеяния света, а также восстановлены их функции распределения по размерам.

Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Дьячковский Е.И. (Университет ИТМО)
Егоров Р.А. (Университет ИТМО)
Повышение временного разрешения воспроизводимого сигнала в лазерно-ультразвуковой дефектоскопии

В данном докладе рассматривается лазерно-ультразвуковой метод контроля. Представлены теоретические основы лазерно-ультразвукового метода для оценки скорости распространения ультразвуковых волн в объекте контроля. Представлены предпочтительные решения по управлению лазерным модулем, генерирующий ультразвуковые волны в объекте контроля. Обосновано использование обратной связи с лазерного модуля в виде фотодатчика, вместо системы затвора с акустооптическим модулятором для покадровой синхронизации получаемых данных. Проведен частотный анализ воспроизводимого сигнала, по результатам которого была определена необходимая частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя, и был определен частотный диапазон первичного преобразователя. Результатом работы является обоснование применения пассивного затвора с интегрированным фотодатчиком в твердотельном лазере вместо активного затвора с акустооптической модуляцией для покадровой синхронизации, что в свою очередь влияет на временное разрешение сигнала.

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)
Букова В.И. (НТЦ УП РАН)
Гурылева А.В. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Мультимодальный стенд для визуализации и измерения параметров сердечно-сосудистой и мышечной систем Danio rerio

Исследование параметров различных систем и тканей рыбы Danio rerio представляет большой научный интерес, так как этот вид используется как популярный модельный организм в биологических и медицинских исследованиях. Для определения параметров работы и визуализации сердечно-сосудистой и мышечной систем организма рыбы на ранних этапах развития применяются различные методики, основанные на оптической микроскопии ввиду прозрачности тканей на этих этапах. В данной работе разработан и экспериментально апробирован лабораторный стенд, состоящий из оптического и ультразвукового блоков, который позволяет неинвазивно проводить мультимодальные исследования на одном организме без его перемещения. С помощью разработанного стенда реализованы измерения методами фотоплезмографии, видеокапилляроскопии, кросс-поляризационной визуализации и высокочастотной ультразвуковой сонографии. Высокая информативность и эффективность предложенного стенда продемонстрирована на примере личинок Danio rerio. Показано, что стенд позволяет визуализировать сосуды и различные ткани, получать изображение сердца в трех плоскостях, измерять параметры кровотока в сосудах и сердце, характеристики мышечной системы. Применение разработанного стенда в исследованиях систем и тканей рыб на ранних стадиях развития обеспечит снижение нагрузки на особь, повышение скорости исследования и эффективности совместной обработки данных.

Мурашкина Т.И. (Пензенский государственный университет)
Бадеев В.А. (Пензенский государственный университет)
Дудоров Е.А. (Акционерное общество "НИИФИ")
Аксенов А.М. (Пензенский Государственный университет)
Математическое моделирование волоконно-оптического микропреобразователя угла поворота

The article considers the sequence of mathematical modeling of a fiber-optic reflective angle transducer for diagnostic systems of maxillofacial pathologies. The conversion function of the measuring transducer is derived. The input parameter is the angle of rotation of the reflecting plate in the form of a hemisphere, and the output parameter is the intensity of the light flux. Based on the analytical expression of the conversion function, its graph is plotted. In conclusion, it is noted that the conversion function is close to linear. Known methods of diagnosing maxillofacial pathologies are not safe for patients due to the use of electrical sensors. The need for new diagnostic systems using fiber optics is urgent.

Матвеева И.А. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева)
Дерюгина В.А. (Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва)
Классификация дерматоскопических изображений с использованием сверточных нейронных сетей

Данная статья посвящена классификации дерматоскопических изображений различных новообразований кожи. Основной целью работы является выделение опухоли злокачественной меланомы среди других заболеваний кожи при помощи нейронных сетей. В данной работе были использованы два набора данных. Для предварительного обучения нейронной сети применялся набор дематоскопических снимков – HAM10K, разделенных на злокачественные меланомы и не меланомы. Изображения второго набора данных были получены при помощи опытного образца мультиспектрального цифрового дерматоскопа и использовались для проведения дообучения и тестирования, полученной модели. Результаты обучения нейронной сети на первом наборе данных достигают точности классификации равной 91% и показывают, что этот подход может быть использован в медицинской диагностике для выявления злокачественных опухолей меланомы. Точность классификации, полученная на втором наборе данных, равна 80% без предварительной обработки изображений.

Горлов Н.И. (Сибирский Государственный университет телекоммуникаций и информатики)
Волоконно-оптические датчики на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна

Волоконно-оптические датчик на основе бриллюэновского рассеяния могут реализовать удобный способ мониторинга состояния крупных гражданских сооружений, таких как плотины, мосты, трубы линии и туннели, для которых требуется большая длина зондирования, чтобы охватить все структуры в 2D или 3D. Они обладают уникальными преимуществами по сравнению с другими датчиками по расстоянию, высокому пространственному разрешению, высокой скорости измерения и полностью распределенному и многопараметрическому измерению. Доклад посвящен классификации и области применения волоконно-оптических датчиков на принципе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. В нем представлена математическая модель процесса получения измерительной информации по результатам анализа спектра обратно рассеянного сигнала. Особый интерес представляют волоконно-оптические датчики для контроля целостности трубопровода и для охраны/ограждение по периметру.

Кувшинников А.Е. (Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН)
Бондарев А.Е. (Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН)
Задачи сравнительной оценки численных методов на референтных решениях

При организации массового практического решения вычислительных задач газовой динамики с помощью математического моделирования в настоящее время все больше востребована информация о сравнительной точности используемых численных методов. Как правило, расчетчикам необходима информация не только для отдельного сочетания определяющих газодинамических параметров задачи (характерных чисел Маха, Рейнольдса и т.п.), но и для вариации этих параметров в определенных диапазонах. Данная работа представляет численные исследования, посвященные сравнительной оценке точности численных методов для ряда задач, имеющих референтные решения. Расчет этих задач проводится для диапазонов характерных чисел с использованием различных численных методов. получаемые результаты сравниваются с референтным решением и позволяют оценить ошибку для каждого из численных методов. Расчеты проводятся с помощью построения обобщенного вычислительного эксперимента. Обобщенный вычислительный эксперимент является вычислительной технологией, объединяющей решение задач математического моделирования, параллельные технологии и технологии визуальной аналитики. Результаты обобщенного вычислительного эксперимента представляют собой многомерные массивы, где размерность массивов соответствует определяющих параметров. Анализ и визуальное представление полученных результатов позволяют получить информацию о сравнительной точности численного метода для выбранного класса задач.

Федоров А.В. (Университет ИТМО)
Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Малый В.В. (Университет ИТМО)
Губин М.С. (Университет ИТМО)
Разработка основных конструктивных элементов устройства позиционирования преобразователей автоматизированной установки комплексного неразрушающего контроля

В данной работе рассмотрены проблемы неразрушающего контроля (НК) основных параметров покрытия сложно-профильных изделий, приводящие к уменьшению достоверности и оперативности контроля. Для повышения данных показателей предлагается разработать автоматизированную технологию комплексного НК основных параметров покрытия сложно-профильных изделий. Проведен анализ методов НК, определены основные требования к автоматизированной установке. Форма сложно-профильного изделия и сформированные требования делают невозможным применение существующих роботизированных комплексов для проведения неразрушающего контроля. По результатам проведенных исследований определены зависимости влияния используемых методов, средств измерений на основные параметры конструктивных элементов устройства перемещения преобразователей. Обосновано количество степеней свободы устройства позиционирования, диапазон требуемых скоростей перемещения, минимальный шаг перемещения и погрешность позиционирования. Сформировано конструктивное исполнение устройства позиционирования преобразователей.

Титов А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Храмцова Е.А. (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН)
Петронюк Ю.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Исследование возможностей ультразвуковых методов высокого разрешения для визуализации и оценки атеросклеротического субстрата

Ишемические заболевания (ИЗ) сердечно-сосудистой системы остаются одной из главных проблем здравоохранения индустриально развитых стран. Основной причиной развития ИЗ является атеросклероз. Для диагностики атеросклероза используются как лабораторные, так и инструментальные методы. Все большее место в диагностике и лечении занимают неинвазивные и малоинвазивные методы на основе рентгеновского излучения и ультразвука. В докладе приводятся принципы ультразвуковой визуализации высокого разрешения и особенности применения ультразвуковых методов в области сосудистой хирургии. С помощью методов импульсной акустической микроскопии на частоте 50-100 МГц выполнены эксперименты на модельных образцах, близких по акустическим свойствам к натуральным тканям – коллагеновый, жировой, образований кальция и их комбинация на стеклянной подложке. Импульсным эхо-методом измерены скорость звука и затухание в слоях; рассмотрена зависимость количественной оценки величины акустического импеданса от соотношения толщины слоев и частоты зондирующего звука, параметров фокусировки. Данные экспериментальные исследования являются предварительными и ложатся в основу дальнейшей работы с биологическими тканями, зафиксированными на стеклянной подложке. Разработка диагностических возможностей ультразвуковой визуализации внутрисосудистых образований с микронным разрешением позволяет надеяться на повышение качества диагностики и лечения ишемических заболеваний.

Павлов И.Н. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Янина Г.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Егорченков Н.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Расковская И.Л. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Исследование влияния рассеяния на работоспособность метода лазерной рефрактографии

Проект посвящен развитию метода лазерной рефрактографии с целью его адаптации для обнаружения, визуализации и количественной диагностики динамических стратификаций различной природы в водной среде при наличии рассеивающих частиц. Лазерные методы активно используются в последние годы для диагностики полей акустического давления, температур, плотности, скоростей потоков в прозрачных средах. Однако, при использовании указанных методов в условиях сильной рефракции, характерной для водных стратификаций, возникает проблема, связанная с учетом объемных эффектов в неоднородности, приводящих к изменению интенсивности зондирующего излучения, отклонению его от исходного направления распространения и формированию каустик. Для получения достоверных количественных результатов актуальной представляется разработка моделей и методов решения обратных задач диагностики при отсутствии специальных ограничений на значения градиента показателя преломления и протяженность среды. В этой связи целесообразным представляется применение в качестве зондирующего – структурированного лазерного излучения (СЛИ), что позволяет избежать применения сложных технологий быстрого сканирования. Присутствие в среде рассеивающих частиц порождает дополнительные задачи выбора вида зондирующего излучения, используемого в экспериментальных рефрактографических установках, разработки критерия допустимого качества изображения на приемной стороне, исследования характеристик изображения при прохождении лазерными пучками определенных дистанций в мутной среде при наличии рассеивающих частиц разных размеров, верификации размеров и формы используемых частиц на основе сканирующей зондовой микроскопии. Научная новизна включает: использование для исследования водных стратификаций лазерных пучков с пространственной модуляцией интенсивности (структурированных пучков), что позволяет одновременно осуществлять визуализацию оптической неоднородности и ее количественную диагностику в условиях прозрачных и мутных сред; разработку оригинальных моделей распространения лазерных пучков при наличии одновременно сильной рефракции и рассеивающих частиц; решение обратных задач восстановления поля гидрофизической величины с учетом объемных эффектов рефракции в протяженной среде; экспериментальное исследование зависимости характеристик структурированного излучения на выходе из стратифицированной среды от концентрации и размеров рассеивающих частиц; разработку количественных критериев качества рефракционных изображений при зондировании мутных сред и определение соответствующих границ применимости метода лазерной рефрактографии.

Черданцев А.В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
Сергеев Д.А. (ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук)
Троицкая Ю.И. (Институт прикладной физики РАН)
Исследование характеристик явлений фрагментации брызг по типу "парашют" в природных и технических системах

В работе представлены результаты исследования процесса фрагментации по типу «парашют», при обдуве водной поверхности воздушным потоком, являющегося одним из основных механизмов генерации брызг и продукции морского аэрозоля. За счет применения разработанного ранее метода искусственной инициации этого события удалось получить большой ансамбль изображений события с помощью высокоскоростной съемке в широком диапазоне скоростей воздушного потока. Специальные алгоритмы обработки позволили находить площадь, формируемого купола пленки. Толщина пленки, в свою очередь, определялась через функциональную связь со скоростью разрыва пленки в момент начала ее фрагментации (разрыва). Таким образом удалось оценить объем жидкости заключенный в пленки и уточнить параметры распределения капель, образующихся при ее разрыве. В работе также продемонстрирована аналогия между процессами генерации брызг по типу «парашют» в условиях при ветро-волновом взаимодействии в условиях глубокой воды и при обдуве высокоскоростным потоком газа тонких (менее 1 мм) пленок жидкости. На поверхности относительно крупных волн возмущения генерируются волны быстрой ряби, разрушаемые на капли по сценарию разрыва "парашюта". При этом количественные параметры разрушаемых жидких структур близки для случаев мелкой и глубокой воды.

Хасанов И.Ш. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Благова Т.В. (Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана)
Исследование спекл-модулированных оптических полей в субтерагерцовом диапазоне

Спекл-модулированные оптические поля применяются в различных областях, таких как спекл-интерферометрия, оптическая когерентная томография, микроскопия, фантомное видение, неразрушающий контроль и т.д. Исследование этих полей в субтерагерцовом диапазоне (длина волны ~ 1 мм) представляет интерес в связи с технической возможностью экспериментально регистрировать распределение интенсивности поля с субволновым пространственным разрешением на различных расстояниях от поверхности искусственно-созданной хаотической среды в диапазоне от ближней до дальней волновой зоны в различных режимах рассеяния света. Результаты экспериментов позволяют проводить анализ применимости существующих моделей спеклов для их генерации и контроля, включая размер спекла, их статистические и корреляционные свойства. Результаты данного исследования будут способствовать разработке новых методов визуализации и зондирования с высоким разрешением, в том числе в субтерагерцовом диапазоне.

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)
Краев И.М. (Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»)
Определение распределений концентраций капель аэрозоля по размерам оптическими методами при лабораторном моделировании взаимодействия атмосферы и гидросферы

В работе представлены результаты исследования теневым методом распределений концентраций капель, образующихся в лабораторных экспериментах по моделированию взаимодействия атмосферы и гидросферы при сильных ветрах. Выполнялась съемка вида сбоку на воздушный поток с движущимися в нем каплями над взволнованной поверхностью. Использование объектива – микроскопа позволило получать изображения с разрешением около 10µм/px. Для возможности корректной идентификации капель использовалась выдержка 5 мкс, чтобы избежать размазывания изображения капель вдоль направления потока. Особенность подобных измерений заключается в том, что ширина области измерения (детектирования) такой системы поперек плоскости зависит от глубины фокусировки камеры. Поэтому была разработана специальная система фокусировки, в которой использовались стеклянные микрошарики известного размера. Они располагались на предметном стекле в области съемки камеры. Камера и система подсветки располагались на тех же расстояниях от области съемки, как и при измерениях в канале, но в вертикальном положении. Таким образом был полностью промоделирован оптический тракт. Проводилась съемка для различных положений шариков относительно плоскости фокусировки была найдена зависимость глубины области измерения от размера капли. С ее помощью найденные в хоте последующих измерений распределения частиц в плоскости изображения пересчитывались в объемные концентрации с учетом зависимости размера области измерения поперек изображения от размера детектируемой капли, на основе этой функции. Продемонстрировано возможность получения данных во всем диапазоне скоростей воздушного потока (вплоть до ураганных) для капель с размерами от 50 до 500 мкм.

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)
Троицкая Ю.И. (Институт прикладной физики РАН)
Зотова А.Н. (Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»)
Численное моделирование динамики пузырьков в приповерхностном слое, индуцированных обрушающимися волнами под действием ветра, и верификация на основе сопоставления с результатами оптических измерений

Пузырьки, образующиеся при интенсивном обрушении волн на морской поверхности под действием сильных ветров, играют важную роль в процессах обмена импульсом, теплом и газообмене между атмосферой и гидросферой. В работе представлены результаты прямого численного моделирования всплытия пузырька в условиях как покоящейся жидкости, так при наличии сдвигового течения, имитирующего ветровой дрейф. Моделирование проводилось с использованием метода Volume of Fluid, реализованного в программном комплексе Basilisk. Была исследована зависимость динамики и формы поверхности пузырька в ходе всплытия от его начальной формы. Результаты численного моделирования были сопоставлены с данными специальных верификационных лабораторных экспериментов. В них в небольшом аквариуме с высокой повторяемостью инициировался пузырек характерным диаметром около 6 мм, и индуцировалось сдвиговое течение с скоростью до 30 см/с. Для измерений параметров течения использовался PIV метод, а для качественного восстановления формы поверхности пузырька использовался теневой метод. В результате достигнуто хорошее согласие теории и эксперимента.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Русаков Д.Ю. (АО "ОНПП "Технология" им. А.Г.Ромашина")
Математическое моделирование процесса активного теплового контроля сотовых конструкций

В работе рассмотрены особенности моделирования тепловых процессов в сотовых конструкциях из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Описана процедура создания цифрового двойника изделия с учетом его конструктивных особенностей и внутренних дефектов, возникающих при производстве. Продемонстрирована возможность подбора оптимальных параметров нагрева поверхности конструкции с целью выявления внутренних дефектов активным тепловым методом неразрушающего контроля. Проведено разделение теплового процесса на стадии. На реальном изделии авиационной промышленности доказана достоверность результатов моделирования. Даны практические рекомендации по проведению производственного активного неразрушающего контроля изделий из полимерных композиционных материалов, широко применяемых при производстве ракетно-космической и авиационной промышленности. Сделаны выводы о возможностях применения активного теплового контроля для обнаружения внутренних дефектов в изделиях из ПКМ.

Поройков А.Ю. (НИУ "МЭИ")
Печинская О.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Юрочкин Г.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Гоголев К.С. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Компьютерное моделирование декалибровки внутренних и внешних параметров стереосистемы с помощью создания синтезированных стереопар изображений методом трассировки лучей

Фотограмметрия широко используется для измерения формы поверхности и диагностики деформации. Обычно используется стереосистема видеокамер для регистрации изображений измеряемого объекта с нескольких разных углов. Форма поверхности определяется путем триангуляции набора двумерных точек по этим изображениям. Триангуляция использует параметры калибровки стереосистемы, которые определяются до начала эксперимента. Измерения в условиях повышенной вибрационной нагрузки могут привести к изменению относительного положения камер стереосистемы (декалибровка). Это приводит к изменению фактических параметров калибровки и увеличению погрешности измерений. Проблема декалибровки может быть решена с помощью алгоритмов многомерной оптимизации. В данной работе представлена компьютерная модель стереосистемы, позволяющая изменять параметры приемной оптической системы (ПОС) и исследуемой поверхности, и результаты смоделированных с ее помощью изображений. Они позволяют подобрать необходимые параметры для более точной оценки параметров декалибровки без проведения физических экспериментов. Моделирование проводилось для промышленных камер Baumer VCXG-32M (матрица CMOS-типа) с объективами SV-1614H, работающими в видимом диапазоне (фокусное расстояние 16 мм).

Кинжагулов И.Ю. (Университет ИТМО)
Костюхин А.С. (ООО "НТЦ "Эталон"")
Павлухин Е.А. (Университет ИТМО)
Исследование параметров спектра головной ультразвуковой волны при её распространении в керамическом слое углеродного композиционного материала

Углерод-углеродные композиционные материалы и изделия на их основе имеют сложную внутреннюю структуру и обладают естественной анизотропией, что ограничивает спектр применяемых видов неразрушающего контроля (НК) для выявления в них внутренних дефектов. Было показано, что акустические методы (эхо, теневой) применимы для НК данных изделий. Сложная форма объекта контроля (ОК) дополнительно накладывает ограничения на способы реализации данных методов. Решено рассматривать в качестве источника информативных параметров, ультразвуковые колебания, распространяющиеся в подповерхностном слое ОК, при их генерации-приеме пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), подключёнными к дефектоскопу по раздельной схеме, расположенными с одной стороны ОК (излучатель-приемник). Нормально приложенная к поверхности ОК сила акустического давления ПЭП, вызовет в ней не только нормальную компоненту напряжения. На границах преобразователя возникнут напряжения, перпендикулярные направлению действующей силы, т.е. параллельно поверхности. В результате на границе излучателя возникнут сдвиговые и поверхностные волны, затухающие с глубиной. Взаимодействие всех этих волн приводит к искажению идеальной картины акустического поля. В качестве информативного параметра была выбраны спектральные характеристики прошедшей ультразвуковой головной волны, так как другие характеристики (скорость и амплитуда) оказались малоинформативны при проведении ультразвукового контроля ОК данной конфигурации. Данный параметр является интегральным показателям добротности материала ОК и существенно зависит от наличия в контролируемом изделии поперечных трещин и зон структурных неоднородностей. Наличие поперечных трещин и зон структурных неоднородностей на пути распространения ультразвуковой волны приводит к значительному искажению спектра прошедшей волны. Критерием дефектности является смещение максимума центральной частоты спектра прошедшей волны на участке с несплошностью а также падение амплитуды основных частотных компонент сигнала, по сравнению со значениями данных параметров на бездефектном участке. По результатам, полученным в результате ультразвукового контроля видно, что сигнал прошедшей волны на дефектных участках значительно искажается в спектральной области, также отмечено, что амплитуда сигналов, а также их частотный состав отличаются в зависимости от направления прозвучивания, что предположительно, связано со значительной анизотропией акустических свойств образца.

Кулеш В.П. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Мошаров В.Е. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Курулюк К.А. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Нонкин Г.Е. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Сенюев И.В. (Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского)
Наземные измерения параметров движения и деформации натурного воздушного винта пассажирского самолета

Лопасти винтов самолета совершают сложное пространственное движение под действием аэродинамических и инерционных нагрузок, которое включает вращение по азимуту, угловые движения, колебания, деформации изгиба и кручения. Изменение формы лопастей неизбежно приводит к ухудшению функциональных характеристик, экономичности и эффективности винтов. Поэтому измерение параметров движения и деформации винтов является одной из важных задач в промышленном аэродинамическом эксперименте. Для проведения измерений был выбран оптический метод видеограмметрии, который имеет такие достоинства, как панорамность и бесконтактность, то есть позволяет проводить измерения в большом числе точек по всему радиусу и во многих азимутальных положениях на полном обороте. Объектом испытаний являлся натурный шестилопастной воздушный винт пассажирского самолета, диаметр винта был равен 3900 мм. Целями работы стали адаптация видеограмметрической измерительной системы к объекту и условиям испытаний, определение параметров движения воздушных винтов самолета на стоянке, обработка, анализ и представление полученных результатов. По итогам данной работы были получены детальные измерения форм деформации изгиба и кручения на различных режимах, а также спектры колебаний лопастей вращающихся винтов двигателя самолета. Дополнительно отмечены особенности влияния двигателей друг на друга и переходные процессы при смене режимов работы двигателей.

Лапицкий К.М. (ФГБОУ ВО "Национальный иисследовательский университет "МЭИ")
Лапицкая И.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Расковская И.Л. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Численный алгоритм расчета рефрактограмм лазерной плоскости в оптически неоднородной среде

Одним из широко распространенных видов потоков является естественная конвекция в жидкости около нагретых тел. Основная сложность исследования таких потоков заключается в их трехмерности, существенной нерегулярности и нестационарности. Численное моделирование на основе современных математических моделей конвективных течений требует значительных вычислительных ресурсов. Такие течения представляют собой классический вид оптически неоднородной среды, так как показатель преломления жидкости зависит от температуры. Для исследования этих течений разработаны различные оптические методы, в частности, метод лазерной рефрактографии. Аналитическое решение как прямой задачи расчета траектории распространения геометрооптических лучей в оптически неоднородной среде, так и обратной задачи восстановления закона распределения показателя преломления среды возможно только для осесимметричных тел (например, сферы, эллипсоида вращения, цилиндра), или тел плоской формы без учета краевых эффектов. Во всех других случаях расчет должен проводиться только численными методами. Предложен алгоритм моделирования распространения плоского лазерного пучка в трехмерной оптически неоднородной среде. Описана методика численного расчета траекторий лучей в геометрооптическом приближении. Проведен расчет рефрактограмм при зондировании теплового пограничного слоя около нагретого тела цилиндрической формы с учетом краевых эффектов.

Бобылев П.Г. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Бикмулин А.В. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Павлов А.В. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Проскурин В.М. (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 факела дизельной горелки OILON методом PIV и градиентной теплометрии

При факельном сжигании дизельного топлива в горелки OILON KP-6 реализуется сложный процесс закрученного течения с химическими превращениями. В работе рассмотрены местные значения плотности теплового потока по длине факела, поле температуры и визуализация течения на полноразмерной модели PIV методом. В результатах, полученных термометрией и градиентной теплометрией наблюдается область дестабилизации факела (на расстоянии 280 мм от пламенной головы), в которой зафиксированы пульсации местной плотности теплового потока и температуры. Создана полноразмерная модель с направляющим аппаратом и использованием реальной пламенной головы для изучения процессов течения PIV методом. Параметры скорости подбирались аналогично режиму работы реальной горелки. Данные, полученные в среднем сечении потока подтвердили результаты полученные в ранних опытах. Дестабилизация потока по результатам PIV наблюдается в пределах от 280-300 мм.

Сероштанов В.В. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Гусаков А.А. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Селезнева М.Д. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Маслов В.А. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
PIV и градиентная теплометрия при обтекании системы обогреваемых цилиндров

Экспериментально исследовано течение и теплообмен вблизи системы из двух и трех обогреваемых цилиндров кругового сечения. Опыты проведены в дозвуковой аэродинамической трубе в диапазоне чисел Рейнольдса Re от 5000 до 30000 при различном взаимном расположении цилиндров, имитируя шахматное и рядное расположение в трубном пучке. С помощью трассерной визуализации получены распределения скоростей и ее средней и пульсационной составляющих вблизи модели. С помощью градиентной теплометрии получены распределения местного коэффициента теплоотдачи на поверхности модели. Совмещение PIV и градиентной теплометрии позволило отследить сложную структуру течения в системе цилиндров и определить влияние геометрии и режима течения на интенсивность теплообмена на поверхности модели. Удалось выявить застойные зоны между цилиндрами и определить их протяженность. Результаты обобщены в виде уравнений подобия и зависимости коэффициента аэродинамического сопротивления от режима течения.

Митяков В.Ю. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Зайнуллина Э.Р. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)
Градиентная теплометрия и визуализация течения при изучении конденсации насыщенного водяного пара на вертикальной трубе

В изучении теплообмена при конденсации совмещены возможности визуализации течения, градиентной теплометрии и термометрии. Экспериментальная установка собрана по схеме «труба в трубе»: внутренняя труба выполнена из нержавеющей стали (наружный диаметр – d=20 мм, толщина стенки – δ=2 мм), наружная – из кварцевого стекла (внутренний диаметр – d=45 мм), длина измерительного участка составила 360 мм. На наружной поверхности металлической трубы заподлицо установлено четыре градиентах датчика теплового потока из монокристаллического висмута размерами 4×7×0,3 мм на различном расстоянии от верхнего среза измерительного участка. Диаметрально противоположно месту установки датчика на внутренней и наружной поверхности трубы монтированы термопары типа L. Внутрь трубы из нержавеющей стали подавалась охлаждающая вода, в межтрубное пространство - насыщенный водяной пар, расход теплоносителей регулировался. Оптически прозрачный кожух позволил выполнить визуализацию течения конденсата и определить режим его течения. Измерены местная плотность теплового потока и температура при различных режимах течения конденсата. Результаты визуализации позволили физически обосновать пульсации плотности теплового потока.

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")
Применение метода каустик лазерного излучения для диагностики краевого угла смачивания капли, испаряющейся с прозрачной подложки

В работе показана возможность расширения области применения метода каустик оптического излучения, основанного на регистрации геометрических параметров каустик, образующихся при зондировании оптически-неоднородной среды, для получения дополнительной информации для количественных измерений краевого угла смачивания капли жидкости, испаряющейся с прозрачной подложки. Измерение краевых углов контакта жидкости с твердым телом является важной задачей в различных научных и производственных отраслях, от аэрокосмической техники до изготовления гидрогелевых контактных линз, среди многих других. Знание краевых углов необходимо для оценки адгезии в гранулированных материалах, а также для диагностики капиллярных явлений. Оптические методы измерения краевых углов очень разнообразны, наиболее распространенным по причине простоты реализации является метод сидячей капли, при котором капля жидкости наблюдается сбоку через гониометр. На сегодняшний день ни один из методов определения краевого угла смачивания не дает исчерпывающей информации о характеристиках поверхности, дополнительную информацию помогает получить сочетание различных оптических методов. Перспективным является направление усовершенствования существующих оптических методов и предложение новых способов для количественной оценки динамики краевого угла. Одним из источников получения дополнительной информации для диагностики поверхности и определения краевого угла смачивания могут служить параметры каустических поверхностей, возникающих при вертикальном зондировании коллимированным лазерным пучком капли жидкости, лежащей на прозрачной горизонтальной подложке. Экспериментальные результаты, описанные в работе, демонстрируют изменение геометрических параметров каустических поверхностей в процессе испарения капли жидкости с подложки, таким образом, показана возможность исследования динамики изменения краевого угла смачивания.

Гавлина А.Е. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Батшев В.И. (НТЦ УП РАН)
Веселов А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Использование ИК-подсветки для измерения реакции зрачка на изменение внешней освещенности

Оценка реакции зрачка на свет – это важная процедура, которую применяют во многих областях медицины, таких как офтальмология, неврология, психиатрия, для диагностики ряда патологических состояний. Также данная процедура является необходимой частью предоперационного обследования при рефракционной хирургии. В настоящее время ведущие производители офтальмологического оборудования выпускают приборы близкого назначения, которые обладают недостатками, снижающими достоверность результатов. В рефракционной хирургии точность определения диаметра зрачка является критичным фактором, поскольку при некорректном определении диаметра зрачка можно навредить пациенту. Предложена и разработана установка для измерения реакции зрачка на изменение внешней освещенности, позволяющая измерять форму и интегральную площадь зрачка, а также градиент скорости изменения зрачка. Проведена экспериментальная апробации установки по измерению реакции зрачка на свет. Результаты экспериментальной апробации представлены в статье.

Павлов И.Н. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Родин И.Р. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Разработка биосенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса

В данной статье представлен обзор биосенсоров, основанных на явлении поверхностного плазмонного резонанса (ППР). Описано явление возникновения плазмонного резонанса и принцип работы биосенсоров, в основе которых используется данное явление. Биосенсоры ППР широко используются в биологических исследованиях для измерения констант связывания и обнаружения вирусов и заболеваний на ранней стадии. В статье также обсуждается потенциал ППР-биосенсоров в обнаружении изменений интенсивности отраженного излучения при взаимодействии антигенов и антител. В тексте освещаются последние разработки в области биосенсоров, например, биосенсор, способный обнаруживать вирус COVID-19 на основе плазмонной сенсорной трансдукции и явления фототермического эффекта. Биосенсоры на основе ППР также используются для обнаружения малых биомаркеров рака и ионов тяжелых металлов в питьевой воде. Высокая чувствительность, точность и скорость получаемых результатов выделяют сенсоры на основе ППР по сравнению с другими видами биосенсоров. Обычно в сенсорах на основе явления ППР в качестве металла, на поверхности которого и происходит возбуждение поверхностных плазмонов, используются такие металлы, как золото, серебро, медь, однако производство плёнок из таких металлов может быть затруднительно. В работе проанализированы свойства тонких металлических пленок, используемых в сенсорах на основе ППР, и на основе этого анализа были выбраны материалы наилучшим образом подходящих для проектирования ППР-биосенсора. Металлические плёнки сравнивались по параметрам длины волны, на которой происходит резонанс, и углу резонанса, а также по виду резонансной кривой. Наиболее подходящими характеристиками обладают такие металлы, как алюминий, родий, рутений, железо, тантал, индий, олово.

Романова Г.Э. (Национальный исследовательский университет ИТМО)
Шарикова М.О. (НТЦ УП РАН)
Беляева А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Воспроизведение цвета с использованием акустооптического фильтра

Устройство на основе акустооптического фильтра, работающего с широкополосным источником излучения, позволяет обеспечить выделение от 1 до 4 узких спектральных линий, а также управлять их интенсивностью, что позволяет использовать его в задачах, требующих воспроизведения цвета. В прикладных задачах в этой области, кроме принципиальной возможности воспроизведения цвета, необходима информация и о точности получения заданных цветовых координат. При этом точность воспроизведения цвета в системе на базе акустооптического фильтра в первую очередь зависит от особенностей его работы. Для оценки достижимой точности воспроизведения цвета необходимо оценить стабильность спектрального состава во времени и точность получения координат цвета, а также влияние погрешности установки интенсивности спектральных линий. В работе рассматриваются возможности воспроизведения различных цветов, а также анализируется точность воспроизведения цвета с помощью источника, построенного на базе акустооптического фильтра.

Семенова О.И. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Паршин В.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Тарасов А.Е. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Метрологическое обеспечение лазерных измерительных систем, используемых для исследования потоков

Установлено, что при решении целого ряда задач с использованием лазерных измерительных систем в качестве источников зондирующего излучения должны быть использованы мощные многомодовые лазерные диоды. Показано, что спектр многомодового лазера имеет сложный вид и сильно зависит от мощности излучения, и это существенно затрудняет прогнозирование важнейшего метрологического параметра конкретного лазера – срока службы. Предложен метод анализа тонкой структуры спектра излучения многомодового лазерного диода с целью определения состояния его гетероструктуры. Метод основан на разложении спектра лазера на составляющие – континуум спектральных линий с определенными центральными частотами и полуширинами, с последующим сравнением в пределах диапазонов частот функции, описывающей контур спектральной линии, и нормированной гауссовой функции. За меру отличия этих функций предложено принять интегральный параметр, рассчитываемый в пределах ширины линии, как интеграл от отношения разности рассматриваемых функций к нормированной гауссовой функции. Экспериментально установлено, что срок службы лазерного диода тем больше, чем меньше значение интегрального параметра. Показано, что значения интегральных параметров могут существенно изменяться при разных центральных частотах. Поэтому предложено определять срок службы многомодового лазерного диода с учетом только наибольшего из всех значений интегрального параметра.

Семенова О.И. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Смирнов А.И. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Хлынцев Н.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
О возможности использования серийно изготовленных лазерных диодов в оптических измерительных системах

Непрерывное развитие технологии изготовления лазерных диодов обеспечило высокое качество их гетероструктуры и актуализировало вопрос об использовании диодов в качестве источников оптического излучения в лазерных измерительных системах. Важнейшим требованием, предъявляемым к источникам излучения, является долговременная стабильность их параметров и, как следствие, приемлемый срок службы. При серийном изготовлении лазерных диодов возникает проблема диагностики отдельно взятого прибора, в первую очередь определения его мощности и спектра излучения. В данной работе основное внимание уделено измерению спектра излучения мощного ИК лазерного диода с использованием монохроматора МДР-23. С целью повышения точности измерений спектра и обеспечения их высокой воспроизводимости разработана схема синхронизации включения блока управления скоростью сканирования измеряемого спектра излучения и записи сигнала, формируемого в приемном блоке измерительной установки. Приведена топология этой схемы с подробным описанием механизма ее функционирования. Так, в качестве управляющего устройства предложено использование микроконтроллера stm32f103C8T6, а для снятия спектрограммы – АЦП с программируемым усилителем и опорным напряжением ADC 1262 производства Texas Instruments. На микроконтроллере предусмотрены выходы для управления АЦП и для сбора информации с него. Для питания АЦП применяется блок питания на 5 В с дополнительным выпрямителем LF50_TO252. Управление монохроматором осуществляется посредством подачи на провода, подключённые к выходам микроконтроллера, напряжения 3,3 В. Использование предложенной схемы синхронизации обеспечило измерения временной зависимости спектральной характеристики отдельно взятого лазерного диода в строго фиксированном диапазоне длин волн.

Близнюк В.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Тарасов А.Е. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Геодакян М.О. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Соловьев О.А. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Перспективы использования светоизлучающих диодов при диагностике потоков частиц

Широкое использование ИК светодиодов в оптических измерительных системах обусловлено их высоким КПД. Этот фактор используется, в частности, при разработке активных оптико-электронных систем исследования потоков, когда регулирование теплофизических параметров диагностируемого объема потока обеспечивается управляемым источником теплового потока – мощным излучением ИК светодиода. В данной работе предложена конструкция установки для измерений мощности излучения ИК светодиода с учетом его сильной расходимости. Основными элементами установки являются отражатель, практически полностью перехватывающий поток излучения и направляющий его на входную линзу коллиматора, а также сам коллиматор, на выходе которого формируется оптический пучок с малой расходимостью и апертурой, согласованной с входным окном лазерного ваттметра ИМО-4М с планарными термоэлектрическими преобразователями излучения. Проведен анализ работы планарного калориметра и рассчитана его зонная характеристика. Показано, что полученная в аналитическом виде формула для расчета зонной характеристики планарного калориметра может быть использована при разработке оптимальной топологии преобразовательных элементов калориметра. На основании исследований токовой зависимости спектральной характеристики отдельно взятого мощного ИК светодиода разработана методика оценки состояния его гетероструктуры и, как следствие, срока службы. Анализ результатов измерений мощности и спектра излучения ИК светодиодов позволяет заключить, что они являются перспективными источниками излучения в оптических измерительных системах.

Печинская О.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Яновский И.В. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Измерение рабочего отрезка камеры с помощью лазерного триангуляционного датчика

При изготовлении оптико-электронных модулей на этапе сопряжения объектива и фотоприёмного устройства требуется обеспечить сопряжение плоскости матрицы приёмника и плоскости изображения объектива с высокой точностью. Традиционным способом совмещения данных плоскостей является использование подрезных колец. Для расчёта толщины подрезного кольца необходимо обладать информацией о величине рабочих отрезков объектива и камеры. Особенно важно обеспечить точные измерения в системах, где отсутствует фокусировочная подвижка. Измерение фактического рабочего отрезка камеры бывает затруднено в тех случаях, когда на сборку поступает готовое фотоприёмное устройство с установленным защитным стеклом. В охлаждаемых приёмниках, когда матрица находится в вакуумированном объёме, демонтаж защитного стекла и измерение рабочего отрезка контактным способом становится тем более невозможным. Следует также учесть тот факт, что результаты контактных измерений в процессе сборки фотоприёмного устройства и фактическое значение рабочего отрезка камеры будут отличаться, так как при охлаждении вакуумированного объёма размеры корпусных деталей, в том числе, посадочного фланца, могут значительно измениться. В работе описана методика измерения рабочего отрезка камеры, а также угла наклона матрицы относительно плоскости посадочного фланца камеры в двух плоскостях, с помощью лазерного триангуляционного датчика. Предложенный метод позволяет провести бесконтактные измерения толщины и показателя преломления защитного стекла камеры, что даёт возможность компенсировать ошибку измерений, обусловленную ходом лучей в защитном стекле камеры в разных спектральных диапазонах. Представленный метод также позволяет проводить измерения рабочего отрезка охлаждаемых камер в штатном режиме работы.

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Информационные аспекты оптических и акустооптических аналитических технологий

Число новых оптических технологий, направленных на получение информации об объектах, растет непрерывно, но их фундаментальное освоение и эффективное использование невозможно без включения в систему методов и средств оптического анализа. Разнородные, а часто и конъюнктурные названия, даваемые авторами своим методам, затрудняют понимание сути, новизны, значимости и создают препятствия к адекватной оценке метода. Существующие классификации методов решают эти задачи не в полной мере по многим причинам, среди которых ограниченность, неоднозначность неполнота, субъективность. В основном они формируются для решения частных проблем: списки направлений, перечни специальностей, каталоги приборов, иные рубрикаторы. Соответственно их авторами являются исследователи, разработчики, изготовители, педагоги, библиографы и др. В этом ряду отсутствует важнейший участник научно-технической деятельности – квалифицированный пользователь, которому необходимо решить свои практические аналитические задачи с использованием современных оптических технологий и наиболее эффективно. Для нахождения оптимального решения необходимо рассмотреть и сравнить все возможные способы получения требуемой информации от объекта в требуемых условиях. А потому актуальной является тема исследования проблемы процессов передачи информации в ходе оптических измерений и разработки принципов классификации методов извлечения полезной информации. В докладе эта проблема сформулирована и проанализирована и выделены основные методические подходы к ее решению. Предложен подход, разделяющий проблему на два этапа: 1) регистрация оптических спектральных данных, содержащих требуемую информацию, 2) их анализ. Показано, что на первом этапе можно получить решение проблемы, отвечающее принципам полноты и однозначности, а второй этап в общем случае сводится к решению некорректных задач, а потому стадии объективного измерения и субъективной трактовки результатов могут быть разделены. Обсуждается проблема сопоставления методов измерения и выбора наилучшего из них. Развитые подходы проиллюстрированы на примере методов акустооптического анализа.

Бережной П.А. (Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук)
Шибалов М.В. (Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук)
Неклюдова П.А. (Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук)
Ануфриев Ю.В. (Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Тархов М.А. (Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Разработка и исследование двухполосного брэгговского зеркала

Распределенный брэгговский отражатель (РБО) или же диэлектрическое зеркало представляет собой периодические тонкие слои чередующихся материалов с высоким и низким показателем преломления. Частичное отражение оптической волны возникает на каждой границе между слоями, а при толщине слоев, равной четверти длины волны, отраженные волны конструктивно интерферируют. Это позволяет получить качественный отражатель из набора чередующихся слоев. Такие структуры находят свое применение в резонаторах лазеров, интерферометрах, спектральных фильтрах и фотонных детекторах. В ходе данной работе был произведен расчет нескольких вариантов структур РБО, имеющих две полосы отражения с центральными длинами волн – 1064 нм и 1550 нм. Ширина обоих полос составляла 200 нм. Расчет количества слоев среды и спектров отражения произведен с помощью программного продукта для физического моделирования «Comsol Multiphysics», позволяющем моделировать распространение электромагнитных волн с помощью технологии трассировки лучей. На основе расчета был выбран наиболее предпочтительный вариант с точки зрения технической реализации и спектра отражения зеркала. В дальнейшем было изготовлено диэлектрическое зеркало методом PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition). В качестве материалов с высоким и низким показателями преломления были выбраны нитрид кремния и диоксид кремния, соответственно. После успешного изготовления зеркала были получены качественное изображение поперечного сечения зеркала при помощи методики FIB (Focused Ion Beam) и химический состав зеркала при помощи анализа EDAX (Energy Dispersive X-ray analysis). Завершающим этапом было измерение спектра отражения изготовленного зеркала на разработанной оптической установке на основе рефлектометра. Разработанное в процессе работы диэлектрическое зеркало будет использоваться в схеме однофотонного детектора, что говорит о перспективах использования результатов данной работы.

Гурылева А.В. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Куликова Е.Д. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Свистушкин В.М. (Первый московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова)
Толданов А.В. (Первый московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова)
Анализ раневой поверхности тонзиллярных ниш на основе колориметрической обработки изображений

Хронический тонзиллит является распространенным заболеванием, вызванным бактериальными или вирусными инфекциями. Наиболее значимым осложнением тонзиллэктомии, показанной больным хроническим тонзиллитом, является послеоперационное кровотечение. Для его профилактики обязателен регулярный контроль заживления ран в полости рта. Существующие методы контроля раневого процесса тонзиллярных ниш отличаются либо низкой производительностью, либо значительной зависимостью точности от опыта врача. При этом характеристики микроциркуляции, в том числе перфузия, в мягком небе и миндалинах могут быть ценными диагностическими параметрами при контроле восстановления слизистой оболочки полости рта. Ранее нами был предложен оптический метод неинвазивного мониторинга микроциркуляторной перфузии в полости рта с помощью разработанной системы фотоплетизмографии на основе эндоскопа и монохромной камеры. Такой подход позволяет получить изменение перфузии во времени для каждой точки изображения. При этом основным ограничением является снижение точности результатов из-за неизбежных смещений пациента относительно поля зрения в процессе съемки. Указанное ограничение может быть преодолено с помощью покадрового совмещения изображений, однако это требует значительного времени и вычислительной мощности. В настоящей работе мы предлагаем модификацию системы фотоплетизмографии и алгоритм обработки регистрируемых изображений, которые позволяют получать фотоплетизмограмму гиперемированной области раневой поверхности на основе цветового анализа без проведения процедуры совмещения. Алгоритм предполагает покадровое автоматизированное выделение воспаленной области на основе комбинации каналов RGB камеры, и последующий расчет в пределах выделенной области средней интенсивности пикселей, характеризующей перфузию. Предложенный подход был апробирован на пациентах после тонзиллэктомии, и продемонстрировано снижение шумовых частот в сигнале фотоплетизмограммы относительно ручного выделения области расчета средней интенсивности на первом кадре. Использование разработанного алгоритма для получения фотоплетизмограммы обеспечивает значительное сокращение времени вычислений относительно применения совмещения изображений, и впоследствии позволит реализовать измерения в режиме реального времени.

Волков М.В. (Университет ИТМО)
Гурылева А.В. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Куликова Е.Д. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Габриелян Г.А. (Институт персонализированной онкологии центра «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение» Первый МГМУ им. И.М. Сеченова)
Орлова Е.В. (Кафедра кожных и венерических болезней имени В.А. Рахманова Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского Первого МГМУ им. И.М. Сеченова)
Смирнова Л.М. (Кафедра кожных и венерических болезней имени В.А. Рахманова Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского Первого МГМУ им. И.М. Сеченова)
Секачева М.И. (Кафедре Онкологии, Радиотерапии и Реконструктивной хирургии Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского Первого МГМУ им. И.М. Сеченова)
Неинвазивный метод высококонтрастной визуализации капиллярной сети опухолей кожи на основе видеокапилляроскопии

Архитектура микроциркуляторного русла имеет большое диагностическое значение в патогенезе опухолей кожи. Капиллярный рисунок злокачественных и доброкачественных образований описан при помощи различных неинвазивных методов, дающих ценные диагностические данные на основе анализа морфологии капиллярной сети. Наиболее распространенным в клинической практике методом исследования архитектуры капиллярной сети является дерматоскопия. Однако, малая контрастность сосудов на дерматологических изображениях особенно на ранних стадия развития опухоли и, как следствие, сложность распознавания и интерпретации дерматоскопических признаков приводят к тому, что правильность постановки диагноза во многом зависит от навыков врача и наличия значительного опыта работы в дерматоонкологии. В настоящей работе предложены и экспериментально апробированы метод и макет установки высококонтрастной визуализации сосудистой структуры опухолей кожи на основе видеокапилляроскопии. С помощью разработанного метода получены высококонтрастные сосудистые рисунки тканей базальноклеточной карциномы с характерной для такого заболевания морфологией, что подтверждает возможность применения видеокапиляроскопического исследования в качестве дополнения к существующим диагностическим методам. Макет установки отличается простотой технической реализации и обеспечивает проведение измерений в произвольной части тела. Кроме того, предложенный метод позволяет визуализировать сосудистый рисунок не только в области опухоли, но и в окружающих мягких тканях, что повышает его диагностическую ценность по сравнению с дерматоскопическими исследованиями

Золотухина А.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Гурылева А.В. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Нестеров Г.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Фомин Д.С. (ПФИЦ УрО РАН)
Фомин Д.С. (ПФИЦ УрО РАН)
Полякова С.С. (ПФИЦ УрО РАН)
Разработка методики выявления примесей в семенном материале зерновых культур с помощью нейронных сетей по данным гиперспектральной съемки

Сорта зерновых культур могут значительно различаться по питательной ценности, посевным качествам и срокам хранения. Наличие сортовых примесей в семенном материале является важным показателем качества. Низкая чистота семенного материала приводит к последующему снижению урожайности культуры, а также к ухудшению показателей качества продукции. Для контроля семенного материала разработаны национальные стандарты, регламентирующие допустимый процент примесей других культур, однако наиболее распространённые методы оценки чистоты зерна, такие как электрофорез или визуальная морфологическая оценка специалистом, отличаются трудоёмкостью и низкой производительностью. Настоящая работа посвящена разработке методики автоматизированного и производительного выявления примесей в семенном материале зерновых культур оптическими методами с использованием нейросетей. Предлагаемый подход основан на получении гиперспектральных снимков семян зерновых культур и последующего выделения с помощью нейронной сети информативных длин волн, обеспечивающих наилучшее разделение семенного материала на семена культуры и засорители. Выделение нескольких длин волн из сотен спектральных каналов значительно сокращает объем обрабатываем данных и устраняет высокую коллинеарность спектральных признаков данных, что улучшает точность распознавания. Кроме того, указанный подход позволяет использовать для измерений высокопроизводительные приборы, такие как акустооптические гиперспектрометры с возможностью адресной спектральной перестройки, или мультиспектральные камеры одиночного снимка со светофильтрами, подобранными под требуемые длины волн. Эффективность предложенной методики продемонстрирована на семенном материале яровой и озимой пшеницы, ячменя и плёнчатого овса. Определены длины волны, обеспечивающие наибольшую дифференциацию спектральных признаков, приведено сравнение результатов классификации и определения процента засоренности обученной нейросетью для полного массива гиперспектральных данных, по изображениям на выделенных информативных длинах волн и по RGB снимкам. Предложенная методика может стать дополнением к уже существующим методам оценки чистоты семенного материала зерновых культур.

Петров Н.И. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Москва)
Петрова Г.Н. (пенсионер)
Дифракция света микролинзовым массивом: влияние пространственной когерентности и поляризации излучения

Методы волновой оптики и трассировки лучей реализованы для моделирования микролинзовых массивов с учетом эффектов когерентности и поляризации источника света. Исследовано влияние параметров пучка излучения (длина волны, кривизна волнового фронта, радиус пучка, радиус когерентности) и микролинзового массива на выходные параметры дифрагированного пучка (распределение интенсивности, диаграмма направленности, оптическая эффективность). Проведено численное моделирование распределения интенсивности и угловой расходимости дифрагированного пучка. Для расчета оптической эффективности микролинзового массива был разработан новый подход, основанный на представлении когерентных состояний – лучей с гауссовым распределением интенсивности. Такие волновые пакеты удобно использовать при трассировке лучей через произвольные криволинейные поверхности. Разработан программный продукт с удобным интерфейсом для ввода начальных параметров источника излучения и микролинзового массива, а также для графического отображения результатов моделирования. Проведено сравнение измеренных распределений интенсивности дифрагированного излучения с результатами моделирования для лазерных диодов и светодиодных источников.

Белый В.Н. (Институт физики Национальной академии наук Беларуси)
Курилкина С.Н. (Институт физики Национальной академии наук Беларуси)
Хило Н.А. (Институт физики Национальной академии наук Беларуси)
Ропот П.И. (Институт физики Национальной академии наук Беларуси)
Формирование бесселевых световых пучков с субволновым диаметром осевого максимума для диагностики и нелинейной фотолитографии полупроводниковых материалов

Предложен и разработан формирователь бесселевых световых пучков (БСП) c субволновым диаметром осевого максимума. Его особенностью является большая числовая апертура (NA ~ 0.8 и более) и высокое отношение (~ 1000:1) длины области бездифракционности к диаметру основного максимума БСП, что достигается за счет использования отражательной оптики вместо преломляющей. Проанализированы методы уменьшения потерь в формирователе. Показана перспективность использования формирователя для диагностики поверхностей твердых тел и модификации их свойств, в том числе, формирования различных трехмерных микро- и наноструктур в объеме и приповерхностных областях полупроводниковых и диэлектрических материалов, а также для сверления отверстий и резки. Проанализировано влияние поляризации векторных бесселевых пучков на эффективность их использования в лазерных технологиях.

Люлин Ю.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кабов О.А. (Институт Теплофизики СО РАН)
Применение PIV метода и комбинированной оптической системы Шлирен-ИК камера для исследования структуры конвективных течений в испаряющемся слое жидкости.

В работе выполнено экспериментальное исследование процесса испарения и конвекции в слое жидкости ограниченного размера испаряющемся в движущейся поток воздуха. С использованием PIV метода исследована структура конвективных течений в слое жидкости. Получены экспериментальные зависимости скорости вихревых структур в жидком слое от температуры и скорости прокачки газа. Разработана комбинированная оптическая система, включающая Шлирен-метод и инфракрасный сканер, позволяющая практически одновременно контролировать положение границы раздела газ – жидкость и измерять распределение температуры на поверхности слоя жидкости. На основе полученных данных проведено сравнение относительной интенсивности термокапиллярных сил и касательных напряжений при различных скоростях. Проведён сравнительный анализ характеристик режимов течения в системах этанол –воздух и HFE-7100 – воздух.

Печинская О.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Еремин Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Измерение температуры углеводородного пламени методом спектральной пирометрии

В настоящее время одним из основных способов бесконтактного измерения температуры является спектральная пирометрия. Одним из преимуществ данного метода является возможность измерения температуры без предварительной информации о величине коэффициента теплового излучения. В работе описана схема и методика измерения температуры углеводородного пламени, построенная на измерении отношения сигналов на двух длинах волн в спектре излучения паров воды – 1,35 мкм и 1,48 мкм. Представлены результаты измерений температуры пламени газовой горелки при различном уровне расхода топлива. Проведена оценка погрешности результатов в зависимости от температуры источника, а также из-за различия спектральной чувствительности приёмников. Одной из проблем измерения температуры пламени является более низкий отклик приёмника, чем при измерении температуры твёрдых тел, например. Применение внешней цепи усиления приводит к росту погрешности измерения температуры объекта. В работе проведён сравнительный анализ энергетических характеристик двух вариантов макета пирометра с разными схемами выделения длин волн – на основе интерференционных фильтров и на основе акустооптического фильтра.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Сапронов М.В. (НИУ МЭИ)
Тестирование работоспособности метода мультицветной АИЧ на ламинарном потоке

Работа посвящена тестированию работоспособности метода мультицветной анемометрии по изображениям частиц на ламинарном потоке. Метод мультицветной анемометрии по изображению частиц является еще одной модификацией метода анемометрии по изображениям частиц. Основное отличие метода от других модификаций в том, что в качестве зондирующего излучения применяется не одна лазерная плоскость, а несколько лазерных плоскостей, причём разных длин волн. Подобная модернизация позволяет получать векторные поля скоростей одновременно в нескольких плоскостях. В работе сформулирован алгоритм проведения измерений методом мультицветной анемометрии по изображениям частиц и обработки регистрируемых данных. Разработана экспериментальная установка и проведена серия экспериментов, в результате которой была визуализирована структура исследуемого потока, получены векторные поля скоростей в трех лазерных плоскостях и восстановлена трехмерная структура потока.

Макеев М.О. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Шашурин В.Д. (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана)
Ветрова Н.А. (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана)
Куимов Е.В. (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана)
Мешков С.А. (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана)
Самосогласованный квантоворазмерный канал арсенид-галлиевых резонансно-туннельных диодов

When designing devices in the terahertz range based on resonant tunneling structures with an operating point in the region of negative differential conductivity, serious problems arise in predicting the current-voltage characteristics of such structures. In this work, the problem of predicting the current-voltage characteristics of resonant tunneling diodes in the area of negative differential conductivity for signal conversion devices is solved. A method for calculating the hysteresis on the current-voltage characteristics of resonant tunneling diodes is proposed. The developed model differs from the previously used approaches by using the stationary version of the wave function formalism to describe the hysteresis, while the nonstationary equations of the Wigner function formalism or quantum hydrodynamics were previously used. It is shown that the hysteresis is a consequence of the interelectronic interaction in the quantum channel of the resonant tunneling structure, which can be taken into account using the self-consistent field method. Three types of initial conditions for the system of Schrödinger-Poisson equations are considered, and it is shown that the appearance of hysteresis in the current-voltage characteristics of resonant tunneling diodes is achieved by applying special initial conditions in the self-consistency procedure. It was found that the hysteresis manifests itself in the stationary case of a constant voltage, which can be predicted by varying the initial conditions during the self-consistency procedure.

Арбузов В.А. (Институт теплофизики СО РАН, Институт математики СО РАН)
Арбузов Э.В. (Институт математики СО РАН)
Дубнищев Ю.Н. (Институт теплофизики СО РАН)
Золотухина О.С. (Новосибирский государственный технический университет)
Лукашов В.В. (Институт теплофизики СО РАН)
Гильберт-томография газовых струй и пламён

Преобразования Фурье и Гильберта в значительной степени определяют плодотворный синтез идей и методов, развиваемых в оптике и её приложениях, составляющих базу фундаментальных и прикладных исследований. В данной работе обсуждается метод гильберт-томографии полей фазовой и оптической плотности и его приложения в диагностике газовых и реагирующих сред (пламён). Трёх- и четырёхракурсный томограф, обеспечивающий формирование зондирующих световых пучков под углами 0°, ±45° и 90°, впервые реализован на базе модернизированного широкоапертурного теневого прибора ИАБ-463М. Гильберт-визуализированные фазовые структуры исследуемой среды реконструируются скоростной видеокамерой и подвергаются компьютерной обработке. Приведены примеры томографической гильберт-диагностики пространственной структуры газовых струй и пламён. Обсуждаются результаты, возможные приложения и перспективы развития гильберт-томографических технологий.

Вытовтов К.А. (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН)
Барабанова Е.А. (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН)
Иванов М.Г. (Национальный исследовательский университет "МЭИ")
Оптический коммутатор с децентрализованным управлением для фотонных систем связи

На сегодняшний день актуальным является разработка фотонных систем связи нового поколения в связи с повышением требований к пропускной способности и информационной безопасности каналов связи. В связи с этим в данной работе предложен оптический коммутатор на основе децентрализованного принципа управления. В отличие от существующих коммутаторов данное устройство не требует внешних управляющих устройств, что существенно увеличивает его быстродействие. В данном случае быстродействие определяется только переходными процессами в локальных элементах управления коммутатора. Более того, в данном устройстве информационный оптический сигнал не преобразуется в электрический, как это происходит в существующих оптических коммутационных устройствах. Преимуществом предлагаемого коммутатора является наличие более двух входов (выходов), что позволяет строить масштабируемые оптические системы большой емкости и низкой сложности. Авторами предложена принципиально новая схема оптического коммутатора с децентрализованным управлением без преобразования информационного сигнала из оптического в электрический. Схема включает в себя электрически управляемые зеркала на основе ниобата лития, фильтры Брэгга, оптические вентили, фокусирующие системы каналов, управляющую линзовую систему, локальную схему формирования управляющих сигналов. В работе проведен расчет оптических компонентов данного коммутатора: зеркал на основе многослойных электроуправляемых структур, фильтров Брэгга, выделяющих управляющие сигналы для зеркал, фокусирующих систем каналов, входных оптических вентилей. Кроме того рассчитаны потери в системе и быстродействие коммутатора.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Писаревский Ю.В. (ФННИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН)
Элиович Я.А. (ФННИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН)
Аккуратов В.И. (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН)
Благов А.Е. (НИЦ "Курчатовский институт")
Ковальчук М.В. (НИЦ "Курчатовский институт")
Проценко А.И. (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН)
Адаптивная рентгеновская оптика - современный инструмент исследования перспективных кристаллических материалов

Представлен краткий обзор направления разработки адаптивных элементов рентгеновской оптики (АЭРО) в ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН. Приведены примеры экспериментальных времяразрешающих методик, реализуемых на широком кругу исследовательских приборов, а также реальные примеры применения адаптивной оптики для исследования динамики эволюции кристаллической структуры в условиях различных внешних воздействий, включая динамические ультразвуковые воздействия и одноосные механические нагрузки. Сформулированы дальнейшие направления развития, включающие разработку комплексных подходов к исследованию кристаллов, основанных на одновременном применении различных экспериментальных методик (например, рентгеновского излучения и инфракрасной видеоспектрометрии). Показано, что такие подходы позволяют получать уникальную информацию об эволюции внутренней структуры исследуемого кристаллического образца, а благодаря аддитивности получаемых с помощью различных методов экспериментальных данных возникает возможность создания уникальной методики предикативного анализа, способной предсказывать момент возникновения необратимых деформаций в кристаллах при воздействии на них различных внешних воздействий.

Польщикова О.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Горевой А.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Двойной акустооптический фильтр с изменяемой полосой пропускания для цифровой голографии

В работе рассмотрены способы управления шириной полосы пропускания двойного акустооптического фильтра для задач внеосевой цифровой голографии. Полоса пропускания акустооптического фильтра определяет временную когерентность излучения и может являться критически важным параметром для получения качественных внеосевых цифровых голограмм с необходимым полем зрения на разных длинах волн. К способам управления функцией пропускания акустооптического фильтра относятся изменение геометрии акустооптического взаимодействия (например, за счет изменения угла наклона падающего светового пучка на входную грань фильтра) и изменение мощности управляющего сигнала. При двойной акустооптической фильтрации также возможно использовать частотную расстройку между двумя фильтрами или поворот одного из фильтров. Проанализированы все перечисленные способы управления полосой пропускания двойного акустооптического фильтра, приведены результаты теоретических расчетов и экспериментов. Показана эффективность предложенных способов для увеличения длины когерентности излучения и поля зрения цифровых голограмм. Результаты работы могут быть использованы в мультиспектральной цифровой голографии для адаптивного изменения параметров записи голограмм с учетом свойств образца в промышленных или биомедицинских приложениях.

Кутуза И.Б. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Быков А.А. (НТЦ УП РАН)
Корнеева А.А. (НТЦ УП РАН)
Белых А.Ю. (НТЦ УП РАН)
Исследование тонких пленок BCх, полученных методом лазерного напыления

Исследование материалов, обладающих сверхпроводимостью, имеет большое значение в науке и электронике. Существует предположение, подтверждённое теоретическими расчетами, что углеродосодержащие пленки ВСх, потенциально, могут обладать высокой твердостью и стойкостью к агрессивным средам и, что более важно, свойствами сверхпроводимости при нормальных комнатных условиях. Получить такие пленки возможно методом лазерного осаждения, для этого нужно провести поисковую работу для оптимизации параметров лазера и конфигурации вакуумной установки. В работе представлен обзор установки для лазерного импульсного напыления при низком вакууме и результаты напыления тонких пленок на подложки. Образцы исследованы методом рамановской спектрометрии, а информация о проводимости и толщине пленок получена при помощи метода электронной микроскопии с применением проводящего зонда.

Кудрявцев С.А. (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Обзор методов дистанционного обнаружения метана с пространственным разрешением на местности

Метан – третий по значимости парниковый газ в атмосфере. Его активность в 23 раза больше, чем у двуокиси углерода (CO2) Согласно данным EPA (United states Environmental Protection Agency) показатели выбросов метана по всему миру стремительно растут. Так, например количество выбросов за последние 30 лет увеличилось на 3 млн. тонн CO2 эквивалента ежегодно. Дистанционное обнаружение утечек газа с летательных аппаратов имеет преимущества в оперативности и безопасности. Методы дистанционного обнаружения метана можно разделить по используемому физическому принципу на 4 основные группы: инфракрасная визуализация, метод комбинационного рассеяния, абсорбционная спектроскопия и акустическое зондирование. Проведя сравнительный анализ, можно сделать вывод о том, что детектирование утечек метана методом абсорбционной спектроскопии является наиболее приоритетным направлением в развитии и использовании. В целях определения оптимальных параметров при разработке данных систем автором проведен сравнительный анализ оборудования от ведущих мировых компаний и научно-исследовательских институтов. Были проанализированы следующие изделия и разработки: Gas Mapping LiDAR ( Bridjer photonics, США), SHARM (BALL, Германия), RMLD-UAV (Heath, США), ALMA (Пергам, Россия), TDLidar (QLM, Англия). В результате сравнения определены наиболее приоритетные направления для разработки новой системы с повышенной чувствительностью и лучшим пространственным разрешением на местности.

Дмитриев А.С. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ' )
Чан К. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Экспериментальное исследование оптических свойств и стабильности наножидкостей на основе оксидных и углеродных наноматериалов

В данной работе экспериментально были исследованы оптические свойства наножидкостей на базе дистиллированной воды в видимом диапазоне (380 – 700 нм) и ближней области инфракрасного диапазона (700 – 1100 нм) длин волн солнечного излучения. Помимо оптических свойств, была исследована стабильность наножидкостей путем измерения интегральной интенсивности потока излучения на выходе из кювета по времени (до 8 часов). Эксперименты проведены на высокочувствительном оптоволоконном спектрофотометре AvaSpec-2048 для различных наножидкостей из оксидных (TiO2, SiO2) и углеродных наноматериалов (наноалмаз, углеродные нанотрубки) при разных объемных концентрациях наночастиц (от очень маленьких вплоть до высоких концентраций). В результате были получены спектральные зависимости коэффициента пропускания, поглощения, коэффициента экстинкции, а также изменение интегральной интенсивности потока излучения на выходе из кювета по времени для исследуемых наножидкостей. Полученные результаты по оптическим свойствам позволяют оценить вклад исследуемых наноматериалов в ослабление (поглощение) солнечного излучения в диапазоне от 380 до 1100 нм, что имеет большое значение для солнечной теплоэнергетики (преобразование солнечного излучения в пар, получение чистой воды и т.д.). Данные по стабильности показали, что при маленьких концентрациях наножидкости на базе дистиллированной воды довольно стабильны. Однако, при высоких концентрациях скорость седиментации наночастиц быстро растет, что приводит к снижению эффективности поглощения наножидкостей для солнечного излучения.

Шуплецов В.В. (Научно-технологический центр биомедицинской фотоники, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»)
Горюнов И.А. (Научно-технологический центр биомедицинской фотоники, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»)
Адаменков Н.А. (Научно-технологический центр биомедицинской фотоники, Больница скорой медицинской помощи им. Н.А. Семашко, Орёл, Россия)
Журило И.П. (Кафедра хирургии детского возраста и инновационных технологий в педиатрии, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»)
Потапова Е.В. (Научно-технологический центр биомедицинской фотоники, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»)
Дрёмин В.В. (Научно-технологический центр биомедицинской фотоники, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»)
Применение метода гиперспектральной визуализации для определения микроциркуляторных нарушений биологических тканей

В работе представлена система гиперспектральной оптической визуализации, применяемая для диагностики микроциркуляторных нарушений различной этиологии. В качестве предмета исследования выступила разработанная система, состоящая из широкополосного источника излучения с волоконно-кольцевым осветителем FRI61F50 (ThorLabs, США) и гиперспектральной камеры Specim (Spectral Imaging Ltd., Финляндия) со спектральным диапазоном 400-1000 нм. В качестве объекта исследования выступили две патологии с различными типами микроциркуляторных нарушений. Первым исследуемым заболеванием явились инфантильные гемангиомы, являющиеся доброкачественными сосудистыми образованиями с характерным разрастанием сосудов. В соответствии с протоколом были исследованы 6 младенцев (возрастом до 1 года) с различной локализацией образований. В качестве второй патологии рассматривалась смоделированная локальная ишемия кишечной стенки лабораторных животных путем нарушения мезентериального кровотока. Были исследованы ткани кишечной стенки 6 лабораторных животных (крысы линии Wistar) при наложении лигатур на аркадные сосуды, моделирующих длительность ишемии на 0, 1, 6 и 12 часов, соответственно, с последующим исследованием гистологических образцов, полученных из области исследования. Полученные результаты были обработаны с использованием двухволнового подхода для расчета параметра тканевой сатурации в ближней инфракрасной области, а также с использованием ранее разработанной нейронной сети, обученной по обобщенной объектно-ориентированной модели Монте-Карло. В работе представлены карты сатурации кишечной стенки, рассчитанные с использованием упрощенного двухволнового подхода, а также двухмерные карты кровенаполнения, тканевой сатурации, индексы содержания окси/дезоксигемоглобина и воды гемангиомных образований, рассчитанные с использованием нейросетевого подхода. Исходя из полученных данных, выявлен возможный предиктор развития изъязвлений гемангиом, связанный с увеличением показателя тканевой сатурации и индекса содержания оксигемоглобина в области образований, в сравнении с интактной тканью. В исследованиях на животных показана чувствительность используемого подхода к необратимой ишемии тканей кишечной стенки, связанной с низким уровнем тканевой сатурации, в сравнении с интактной тканью. Полученные результаты свидетельствует о широком спектре возможностей использования разработанной гиперспектральной системы для оценки микроциркуляторных нарушений различного генеза.

Гатапова Е.Я. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Пещенюк Ю.А. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Семёнов А.А. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Интерференционный и улучшенный шлирен-метод для исследования нагреваемых испаряющихся тонких пленок жидкости

Развитие оптических методов для исследования и выявления особенностей испарения тонких пленок и капель жидкости на нагреваемых поверхностях необходимы для оптимизации и проектирования систем охлаждения микроэлектронного оборудования. В данной работе для измерения толщин ультра-тонких пленок жидкости применены два оптических метода: интерференционный с анализом изображений и шлирен-метод с градиентным фильтром. Получены количественные данные по интенсивности испарения на нагреваемых поверхностях для различных жидкостей. Специально разработанные программы позволяют вычислять расход испарившейся жидкости в каждый момент времени. Для сидячих капель пиколитрового размера подтвержден закон R2 для осесимметричного случая. Интерференционным методом измерены толщины пленок жидкости вплоть до 40 нм и восстановлены краевые углы смачивания менее 10о. С использованием черного кремния, поглощающего свет в видимом диапазоне, удалось применить шлирен-метод для измерения толщин пленок порядка нескольких микрометров. С помощью предварительной калибровки изображения в виде матриц со значениями интенсивности 256 оттенков серого были сопоставлены с характерными значениями углов. Значения измеряемых углов лежат в диапазоне [-5°, 5°]. Произведен расчет толщины тонкой пленки, площади поверхности и объем методом элементарных параллелепипедов. Причем метод позволяет достаточно эффективно измерять и визуализировать множественные разрывы пленок жидкости, происходящие при нагреве и интенсивном испарении. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-19-00722-П).

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Батшев В.И. (НТЦ УП РАН)
Поляков М.П. (ФГБУН "Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук")
Акустооптический видеоспектрометр видимого диапазона спектра

Доклад посвящён разработке малогабаритного реконфигурируемого акустооптического видеоспектрометра видимого диапазона спектра с акустооптическим монохроматором в параллельных пучках лучей и оценке качества получаемых им гиперспектральных изображений и спектральных характеристик. Особенностью данного видеоспектрометра является оптическая схема, обеспечивающая возможность работы в двух конфигурациях: - с двойным акустооптических монохроматором, работающим в малом угловом поле (около 5°) и обеспечивающим высокое пространственное и спектральное разрешение; - с одиночным акустооптическим монохроматором, работающим в увеличенном угловом поле (около 10°) и обеспечивающим высокую светосилу. Повышение углового поля, реализованное во второй конфигурации для одиночного акустооптического монохроматора, подразумевает использование оригинальной пространственно-спектральной калибровки и постобработки регистрируемых гиперспектральных изображений. Видеоспектрометр разработан на видимый диапазон спектра (от 450 до 850 нм), обладает высокой светосилой (относительное отверстие 1:6,3), малыми габаритными размерами (80×90×350 мм) и массой (не более 1,7 кг без аккумулятора). Разработанный видеоспектрометр может быть использован в различных задачах, связанных с работой во внелабораторных условиях, например, для проведения контроля за состоянием посевов (определения густоты посевов, их состояния, уровня увлажнения, достаточности концентрации минеральных и органических удобрений, поражённости посадок растений болезнями и вредителями), для мониторинга экологического состояния лесов и рек, в задачах контроля промышленных процессов. Работа выполнена в рамках Государственного задания «Разработка новых акустооптических методов и приборов» (FFNS-2022-0010).

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)
Использование программного пакета ImageJ для оценки эффективности разделения водомасляных эмульсий в неоднородном электрическом поле

Экспериментально исследована эффективность процесса разделения водомасляных эмульсий в неоднородном электрическом поле. Эксперименты были проведены в прямоугольной кювете, верхняя и боковые границы которой выполнены из стеклянных пластин. Высота, ширина и глубина получившейся полости составляла 1.7 см, 1.5 см и 0.8 см, соответственно. Электрическое поле создавалось системой внутренний электрод - внешний электрод. Внутренний электрод был расположен вблизи верхней границы кюветы и представлял собой стальной стержень радиусом 0.75 мм, который проходил сквозь заднюю и переднюю стенки кюветы. Внешний цилиндрический электрод с радиусом 1.5 см образовывал нижнюю границу кюветы. Для создания электрического поля был использован источник переменного напряжения с фиксированной частотой 15 кГц и максимальным напряжением 3.6 кВ (действующее напряжение). Напряжение в экспериментах составляло 3.5 кВ. В качестве дисперсионной среды использована смесь бензола и хлорбензола. В качестве дисперсной фазы использована вода высокой степени очистки. Дисперсионная среда и дисперсная фаза имели одинаковую плотность. Объемная концентрация эмульсии составляла 0.02 %. Эффективность дегидратации эмульсии оценивалась по изменению относительного содержания дисперсной фазы со временем. Расчет данного критерия производился в программном пакете ImageJ с помощью функции Analyze Particles, позволяющей распознавать объекты на изображении и определять их размер. На подготовительном этапе видеозапись эксперимента экспортировалась в виде серии восьмибитных изображений в градациях серого. Далее вся серия бинаризировалась. Порог бинаризации определялся с помощью специально разработанного алгоритма. Алгоритм позволял найти такое пороговое значение бинаризации, при котором значение объемной концентрации дисперсной фазы, рассчитанное по количеству и размеру распознанных на изображении капель, совпадало с реальным начальным значением концентрации эмульсии. После бинаризации каждое изображение дополнительно обрабатывалось функциями Fill Holes и Watershed, что способствовало уменьшению погрешности дальнейших расчетов. Готовая серия изображений далее обрабатывалась с помощью функции Analyze Particles, которая производила распознавание капель, расчет их количества и занимаемой ими площади на каждом кадре. На основе полученной информации были найдены временные зависимости эффективности дегидратации эмульсии. В работе подробно обсуждаются нюансы каждого этапа обработки изображений и выбор оптимальных параметров.

Кутуза И.Б. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Зинин П.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Булатов К.М. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Применение метода спектрального отношения для быстрого измерения распределения температур мультиспектральной камерой

Лазерный нагрев, быстро развиваются за счет увеличения доступности мощных лазеров. Они применяются в лазерной обработке деталей и пленок, и лазерном напылении. Дальнейший прогресс в области технологий, основанных на импульсном лазерном нагреве, требует знание распределений температур на поверхности образцов при нагреве. Ранее авторами был предложен метод быстрого (80 Гц) измерения поверхностного распределения температур на основе восьмицветной видеокамеры. К сожалению, предложенный алгоритм расчета температур не позволяет рассчитать температурную карту во время эксперимента, а только после проведенных измерений. В данной работе проведен анализ применения модифицированного метода пирометрии спектрального отношения. Показано, что этот метод позволяет определить распределение температуры в области нагрева мощным лазером эталонного образца 16-ти канальной мультиспектральной камерой в режиме реального времени. Преимущество мультиспектральных камер является высокая точность (~5%) и скорость измерения распределения температуры.

Попович С.С. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Виноградов Ю.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Здитовец А.Г. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Киселев Н.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
PIV-исследование расширения воздушного потока в плоском сверхзвуковом сопле

Представлены результаты экспериментального исследования течения воздушного потока через плоское сверхзвуковое сопло аэродинамической установки непрерывного действия. Исследование проведено с помощью системы двумерной двухкомпонентной анемометрии по изображениям частиц 2D2C-PIV производства «Сигма Про». Рабочая часть аэродинамической установки имеет прямоугольное поперечное сечение с размерами 70х98 мм. Число Маха на выходе из сопла - 3.0, давление торможения в форкамере – 450 кПа, температура торможения – 293 К. Система PIV включала в себя: генератора аэрозоля Dantech, работающий на принципе распыления жидкости DEHS соплами Ласкина, систему освещения потока на основе двойного импульсного Nd:YAG лазера Beamtech с длиной волны 532 нм, 7-суставную руку для доставки лазерного излучения, цифровую ПЗС-камеру с кадровой частотой на полном разрешении до 15 Гц и синхронизирующий процессор Polis SP-10.0ПС. Плоское сопло образовано стальными гибкими верхней и нижней пластинами, обеспечивающими возможность поджатия критического сечения сопла для изменения числа Маха на срезе. Боковые стенки сопла выполнены из оптического стекла. Для реализации метода PIV подсветка лазерным ножом осуществлялась через иллюминатор, расположенный за соплом ниже по течению потока. Лазерное излучение при этом отражалось от оптического зеркала, установленного в сверхзвуковом потоке под углом 45 градусов к направлению потока. Получены поля продольной и поперечной компонент скорости в расширяющейся части сверхзвукового сопла. При снижении давления торможения в форкамере визуализирован режим с косым уплотнения в канале. Показаны ограничения на чувствительность используемой методики PIV в области сильного градиента давления в скачке уплотнения. Исследования проводятся при поддержке гранта РНФ № 19-79-10213.

Попович С.С. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Виноградов Ю.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Здитовец А.Г. (МГУ имени М.В. Ломоносова)
SSP-визуализация течения воздушно-капельного потока в сверхзвуковом сопле

Представлены результаты экспериментального исследования течения воздушно-капельного потока в плоском сверхзвуковом сопле аэродинамической установки непрерывного действия. Капли подавались в поток с помощью центробежной форсунки мелкодисперсного распыла, установленной в форкамере. Рабочая часть аэродинамической установки имеет прямоугольное поперечное сечение с размерами 70х98 мм. Число Маха на срезе сопла изменялось в диапазоне 2.0-3.0 за счет механизма поджатия критического сечения сопла, давление торможения в форкамере – 450-550 кПа, температура торможения – 288-298 К. Начальная концентрация дисперсной (жидкой) фазы в потоке и начальное распределение размеров капель варьировались изменением перепада давления на форсунке. При исследовании динамики дробления капель в критическом сечении сопла использовался теневой лазерный метод SSP (shadow photography), включающий в себя: систему освещения потока на основе двойного импульсного Nd:YAG лазера Beamtech с длиной волны 532 нм, 7-суставную руку для доставки лазерного излучения, светорассеивающий экран для создания фоновой подсветки со спиртовым раствором люминофора родамина, цифровую ПЗС-камеру с кадровой частотой на полном разрешении до 15 Гц, объектив-микроскоп Infinity K2 DistaMax и синхронизирующий процессор Polis SP-10.0ПС. Получена серия снимков мгновенного состояния воздушно-капельного потока в области критического сечения и в расширяющейся части сопла. Методом SSP получено логнормальное распределение капель по размерам с характерным средним диаметром по Заутеру порядка 20 мкм на срезе сопла. При этом средний диаметр капель и распределение по размерам практически не зависели от перепада давления на форсунке в исследуемом широком диапазоне от 350 до 1000 кПа и изменении числа Маха в диапазоне от 2.0 до 3.0. Исследования проводятся при поддержке гранта РНФ № 19-19-00234.

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)
Использование интерферометрии для контроля перемешивания реагентов в микроканалах проточного типа

Экспериментально исследована перспективность применения концентрационно-капиллярного механизма Марангони в качестве инструмента перемешивания потоков реагентов в микрореакторах проточного типа. Эксперименты выполнены в микроканале с T-образным смесителем, плечи которого подключены к двухканальному насосу, осуществляющему прокачку растворов c заданным расходом. Через верхнее плечо подавался менее плотный водный раствор изопропилового спирта, через нижнее – вода высокой степени очистки. Для возбуждения концентрационно-капиллярного механизма конвекции внутри канала, на некотором расстоянии от входа, создавался газовый пузырек, что формировало межфазную границу «жидкость-газ». Для создания пузырька вдоль микроканала имелись дополнительные подводящие каналы, через которые осуществлялась независимая подача воздуха. Спирт, являясь поверхностно-активным вещество, уменьшает поверхностное натяжение раствора. В результате вдоль поверхности формируется градиент поверхностного натяжения, что инициирует интенсивное конвективное течение, интенсифицирующее процесс смешения. Для оценки степени перемешивания вдоль канала контролировалось изменение поперечного каналу градиента концентрации. Для этих целей использован лазерный интерферометр, собранный по схеме Физо с внешним резонатором. Для восстановления поля показателя преломления, обусловленного неоднородностями концентрации, применялся метод пространственного фазового сдвига, для чего интерференционная картина наблюдалась в полосах постоянной толщины. Все этапы обработки изображений были реализованы с помощью программного обеспечения IntelliWave (Mahr GmbH, Германия). Ввиду того, что у используемого микроканала не идеальная плоскопараллельная геометрия, на первом этапе производилось вычитание опорного изображения, в качестве которого выступала интерферограмма микроканала, заполненного только водой и содержащая информацию только о неоднородностях микроканала. Далее по полученному эталонному изображению вычислялось двумерное поле свернутой разности фаз и разности оптических путей (OPD). Для каждого вертикального сечения поля OPD рассчитывалось распределение показателя преломления, а затем концентрационный профиль, по которому далее определялось локальное значение градиента концентрации. На основе полученной информации построены зависимости величины градиента концентрации от продольной координаты для оценки эффективности перемешивания для различных расходов, размеров и положений газового включения. В работе подробно обсуждается методика проведения эксперимента и обработки интерферограмм.

Цыренжапов А.В. (Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Иркутский научный центр хирургии и травматологии» (ИНЦХТ))
Неинвазивная спектроскопия биологической жидкости животных в диагностике заболеваний

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

Зинин П.В. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Бурлаков А.Б. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)
Носов П.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Ванюшин М.В. (Научно-исследовательский институт «Полюс» имени М.Ф. Стельмаха)
Борде А.С. (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет))
Моделирование и наблюдение колебаний биологических микрообъектов на примере эмбрионов рыбки данио

Доклад посвящен описанию методов моделирования вязкоупругих колебаний сферических биологических объектов микрометрового масштаба в программе COMSOL и проверке результатов на лабораторном стенде, который состоит из акустической системы возбуждения и оптической системы наблюдения. В качестве образца проанализированы эмбрионы рыбки данио диаметром не более 3 миллиметров на разных этапах развития, получены их резонансные частоты колебаний и связь этих частот с вязкоупругими характеристиками объектов. Новизна данной работы заключается в моделировании собственных частот колебания эмбрионов в программе COMSOL и выявлении этих частот в лабораторных условиях. В перспективе данное исследование позволит изучить структуру биообъектов на новом уровне, найти новые методы подавления микроорганизмов и вирусов, а также решить проблемы адресной доставки лекарств в организме человека и другие задачи в биомедицине.

Матюшевский Н.В. (АО ОНПП "Технология" им. А. Г. Ромашина)
Савельев Д.И. (АО ОНПП "Технология" им. А. Г. Ромашина)
Исследование напряженно-деформированного состояния стандартных образцов методами 3D моделирования

Высокая анизотропия свойств современных углепластиков на основе высокомодульных и высокопрочных волокон создает ряд существенных проблем при проведении механических испытаний. Особенно здесь можно выделить испытания на одноосное растяжение и сдвиг в плоскости листа. Одной из основных проблем при испытании на одноосное сжатие можно назвать наличие изгиба, возникающего с момента начала приложения нагрузки. Все известные стандарты испытаний устанавливают критериальный подход к оценке потери устойчивости образца. Тем не менее, оценить влияние критических напряжений в образцах с маленькой рабочей зоной не представляется возможным. Одной из главных проблем при испытании на сдвиг в плоскости ли-ста можно выделить испытания образцов со схемой армирования ±45°, где свойства материала зависят не только от используемой матрицы, но и от свойств волокон. Это в первую очередь связано с трудностями в реализации однородного распределения сдвиговых напряжений в рабочей части образцов особенно при определении прочностных характеристик современных ПКМ на основе высокомодульных или высокопрочных углеродных волокон. В работе будут представлены результаты анализа НДС рабочей зоны традиционными методами в сравнении с расчетными результатами, полученными методом конечных элементов, а также оптическим методом.

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Дьяконов Е.А. (Московский государственный университет им. Ломоносова)
Особенности широкоапертурной геометрии акустооптической спектральной фильтрации света

Акустооптические перестраиваемые фильтры позволяют решать множество задач оптики благодаря таким своим свойствам как отсутствие механических элементов и гибкость управления. Особенно эффективны они для задач получения спектральных монохроматических изображений объектов. В этом случае используется специальная геометрия дифракции света, обеспечивающая наибольший входной угол устройства, называемая широкоугольной, широкоапертурной, а в англоязычной литературе tangential или non-critical phase matching. Эта выделенная геометрия используется в подавляющем большинстве акустооптические фильтров. Особенностью этой геометрии является то, что дифрагированный световые пучок распространяются по тому же направлению, что и падающий, а потому взаимодействии световых волн может рассматриваться как одномерное. С учетом того, что скорость звука мала Vзв/Cсв≈1:100000, можно считать акустическую волну статичной, что облегчает решение задачи дифракции света в общем виде, для неоднородной брэгговской решетки. В работе проанализированы спектральные характеристики акустооптического фильтра в случае нестационарного рабочего управляющего сигнала, модулированного или многочастотного Определена связь функции пропускания, мгновенной и усредненной, с характеристиками вариации частотного состава ультразвука. Рассмотрена возможность решения задачи синтеза функции пропускания требуемого вида, что является одной из важнейших целей акустооптического спектрометростроения. Работа выполнена в рамках Государственного задания «Разработка новых акустооптических методов и приборов» (FFNS-2022-0010).

Пожар В.Э. (Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН)
Купрейчик М.И. (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет )
Балакший В.И. (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет)
Квазиколлинеарная акустооптическая дифракция в двуосном кристалле Tl3PSe4

В работе проведен детальный анализ характеристик квазиколлинеарной геометрии акустооптического рассеяния в оптически двуосном кристалле Tl3PSe4. Основное внимание уделено вариантам подобной геометрии, реализующимся в главных плоскостях кристалла. Для широкого набора срезов кристалла рассчитаны частоты фазового синхронизма, коэффициенты акустической анизотропии падающего и отраженного ультразвуковых пучков, а также определена взаимная ориентация звуковой и оптической граней акустооптической ячейки. Рассчитаны основные параметры перестраиваемых акустооптических фильтров, использующих вышеуказанные варианты рассеяния света в кристалле Tl3PSe4. Проведена оптимизация по величинам потребляемой мощности и спектрального разрешения. Изучено влияние расходимости падающего оптического пучка на форму и ширину аппаратной функции фильтра. На основании проведенных расчетов предложены варианты конкурентных квазиколлинеарных акустооптических фильтров инфракрасного диапазона на кристалле Tl3PSe4.

Мачихин А.С. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук)
Золотухина А.А. (Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук)
Гурылева А.В. (Научно-технический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
Юдовский С.О. (АО ГК "МЕДСИ")
Решетов Л.В. (МГМСУ им А.И. Евдокимова, ГКБ им С.И. Спасокукоцкого.)
Изучение оптических свойств тестикулярной ткани для совершенствования микрохирургической системы визуализации при microTESE и ЭКО.

Необструктивная азооспермия (НОА), наблюдающаяся у 0,6% всех мужчин (10% всех бесплодных мужчин) – наиболее тяжелая , трудно корректируемая форма мужского бесплодия. Гистологическая структура ткани яичка у больных с НОА неоднородна и представлена различными нарушениями сперматогенеза. Единственным методом достижения беременности в таких семьях является метод ЭКО-ICSI , в связи с чем актуальна задача обнаружения в ткани яичек сперматозоидов, пригодных для ЭКО. Наиболее эффективно она решается сегодня методом micro TESE, с применением микрохирургической техники, позволяющим обнаружить сперматозоиды при НОА в 38-50% случаев. Однако, визуальная оценка степени зрелости семенных канальцев является субъективной. Новый метод должен быть специфичным, безвредным для репродуктивных клеток, а также позволять проводить анализ в режиме реального времени. Существующие в мире подходы к решению этой проблемы: использование мультифотонного микроскопа (MФM), рамановской спектроскопии (РС) , оптической когерентной томографии (ОКТ) либо связаны с применением лазерного излучения , что требует доказательства безопасности его для ткани яичка, либо не интерактивны. Основываясь на опубликованных данных о корреляции оптических свойств ткани яичка, и его морфологии, с целью повышения эффективности microTESE мы решили создать специализированную микрохирургическую систему, использующую спектральную характеристику ткани яичка для интраоперационной оценки его гистологической структуры. Мультиспектральный анализ с компьютерной обработкой данных в режиме реального времени (DNN) и отображением результатов методами дополненной реальности (AR ) — перспективный, с нашей точки зрения, подход, удовлетворяющий вышеизложенным критериям. Безопасность предлагаемого метода определяется использованием в качестве источников света некогерентного излучения в пределах спектра ксеноновых ламп, применяемых в современных хирургических микроскопах. Выполнен первый этап - проведены исследования спектра отражения тестикулярной ткани с различной степенью сохранности сперматогенеза, полученной при биопсии яичек, в видимом, ближнем ИК и частично в SWIR диапазонах. При этом использованы различные спектрометрические техники, включая спектрометры на акустооптических фильтрах. Полученные нами данные позволяют приступить к изучению спектральной характеристики тестикулярной ткани in vivo.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Кучменко А.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Усманова Ш.Ш. (НИУ МЭИ)
Софуев Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Разработка алгоритма обработки изображений лазерного интерференционного метода

В работе рассматривается лазерный интерференционный метод определения размеров оптически прозрачных частиц, а также компьютерный алгоритм обработки изображений, полученных с помощью этого метода. Целью работы является разработка программного обеспечения для автоматизированной обработки изображений, полученных лазерным интерференционным методом. В отчете была проведена оценка погрешности метода на собранной экспериментальной установке. Приведено подробное описание принципов работы алгоритма, а также представлены результаты апробации алгоритма на экспериментальных изображениях, полученных лазерным интерференционным методом при диагностике газожидкостного потока, сформированного с помощью аквариумного аэратора в кювете с водой. Обсуждается причины появления искривлений интерференционной картины по краям окружностей на изображении. В результате работы гистограмма распределения пузырьков по размерам, сформированных аквариумным аэратором в кювете с водой.

Зверев П.Г. (Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН)
Лазеры видимого спектрального диапазона на основе ионов редкоземельных элементов во фторидных кристаллах для оптической интерферометрии

Создание твердотельных лазеров на ионах редкоземельных элементов (РЗЭ) с накачкой полупроводниковыми диодами открыло новые возможности для разработки эффективных, компактных, надежных, полностью твердотельных источников когерентного лазерного излучения. Основная гармоника таких лазеров, как правило, находится в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне, а излучение в видимой области получают путем нелинейного преобразования в соответствующие гармоники. Вместе с тем в ионах Pr3+, Sm3+, Dy3+, Tb3+, Ho3+, Er3+ существуют энергетические переходы, которые сразу могут дать лазерное излучение в видимой области спектра. Проблема заключается в том, что для возбуждения этих ионов на выше лежащие уровни необходимо использовать фотоны из синей и ультрафиолетовой спектральных областей, которые могут попадать в область фундаментального поглощения матрицы. Кроме этого, у них могут быть низкие значения сечений поглощения и люминесценции, низкая квантовая эффективность, большое время жизни нижнего лазерного уровня. В докладе обсуждается использование фторидных кристаллов в качестве матрицы активной среды. Они обладают коротким фононным спектром и малой силой кристаллического поля, а также большей шириной запрещенной зоны по сравнению с оксидными кристаллами. Это позволяет реализовать в них не только прямое возбуждение ионов РЗЭ синими диодами, но и эффективные процессы ап-конверсии, преобразование нескольких фотонов с меньшей энергии в фотон с большей энергией, при использовании со-активированных кристаллов. Обсуждаются перспективы использования видимых твердотельных лазеров для оптической интерферометрии. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 23-29-00627.

Скорнякова Н.М. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Софуев Д.В. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Дегоян С.С. (Национальный исследовательский университет 'МЭИ')
Применение метода анемометрии по изображению частиц к исследованию обтекания шероховатых поверхностей

Данное исследование посвящено разработке применения метода анемометрии по изображению частиц к исследованию обтекания шероховатых поверхностей. Основным преимуществом данного метода является возможность регистрировать поле мгновенного пространственного распределения скоростей при отсутствии возмущающего влияния на воздушный поток, что позволяет использовать его для исследования сложных турбулентных течений. В ходе исследования были проведены теоретические и экспериментальные работы, позволившие сформулировать описание принципа работы и практического применения метода анемометрии по изображению частиц к исследованию обтекания шероховатых поверхностей. Актуальность работы обусловлена наличием интереса в научном сообществе к определению влияния шероховатости поверхности на обтекающий ее поток воздуха с точки зрения различных областей науки и промышленности. Также существует предположение о возможности управления характеристиками потока путем создания поверхностей с определенной структурой, в том числе с шероховатостью, имеющей заданные параметры, которые будут подбираться для решения конкретных задач.