Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 65(1)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Ellipsoidal tontor step model of sensors for automated mechatronic systems(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Skytsiouk, V.I.; Klotchko, T.R.Modern medicine widely uses mechatronic modules in systems of various purposes, such as automated systems of diagnostics, scanning, irradiation. Recently, mechatronic modules in robotic surgical complexes are gaining importance. Thus, with the use of integrated sensors in mechatronic modules, executive manipulators of automated systems, positioning accuracy in defined spatial coordinates can be maintained. This data helps the medical staff to diagnose, monitor the patient's condition and make treatment decisions. The main purpose of sensor support in mechatronic systems is to ensure the accuracy and reliability of the system's functioning. Sensors must be sensitive and stable enough to provide measurements with high accuracy and respond to changes in real time. In addition, similar mechatronic modules are combined with sensors to create bionic limb prostheses, to restore human movement functions in various orthopedic diseases. At the same time, the trajectory of the movement of the executive bodies of the mechatronic medical system, regardless of its purpose, during spatial transformations of searching for the coordinates of a real object, must be determined taking into account possible deformations. Therefore, the accuracy of real-world displacement in space is determined by sensors that measure the parameters of physical objects. Thus, real transformations can be defined by spatial deviations that can be described using an ellipsoidal model. Accuracy, like the strength of the mechatronic module of a robot arm, is a variable value. They depend not only on the number of joints and the mobility of the hinges, but also on the position of the manipulators in space. At one point of coordinates, the module can apply more force than at another. The same is true for positioning accuracy, where the positioning error is greater at some points than at others. Therefore, an important actual problem in the creation of medical robotic systems is to determine the step-by-step movement of such a module in the workspace. Therefore, the purpose of this work is to determine the ellipsoidal TONTOR step model of sensors for automated mechatronic systems, as the motion of the executive manipulators and sensors of the system during transformations from imaginary coordinate space to real space determines trajectory errors. Based on the existing opportunities analyzed in the work application of mechatronic modules in automated medical systems, relevant tasks related to maintaining the positioning accuracy of diagnostic manipulators and sensors are defined. The importance of sensory complexes in measuring various biological parameters that determine the patient's condition is noted. And this involves the application of models of spatial movement of the sensor in the working space of automated equipment, in particular, a robotic mechatronic complex. In the work, it is proposed to use the TONTOR step model to increase the accuracy of the realization of the movement trajectory of the sensors of the mechatronic automated system. The results of creating an ellipsoidal model of the TONTOR step, which most accurately reflects the features of moving an object in space during transformations of the transition to real space, are given.Документ Відкритий доступ Експериментальне оцінювання однорідності вихідних потоків оптичного випромінювання прямокутної форми при різних варіантах виконання вихідних ділянок світловодних насадок до медичної лазерної апаратури(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Комарова, О.С.; Холін, В.В.; Терещенко, М.Ф.; Павлов, С.В.; Розуменко, В.Д.; Посохов, М.Ф.; Івасенко, В.І.; Лапіна, С.М.У статті приведено результати дослідження однорідності потоків оптичного випромінювання прямокутної форми при різних варіантах виконання вихідних ділянок світловодних насадок. Під час проведення значної частини лікувальних маніпуляцій на основі лазерних впливів у медицині патологічні ділянки біотканини чи їх проєкції, які знаходяться на поверхні тіла, накриваються світловими плямами з контурами зазвичай у вигляді плоских геометричних фігур. Варіабельність виконання світлових плям за формою (коло, квадрат, прямо- кутник, трикутник, ромб тощо) і лінійними розмірами поперечного перерізу дозволяє підбирати форму та розміри світлової плями, яка охоплює певну конкретну патологічну поверхню з мінімальним захопленням інтактних ділянок тканини . Водночас, незалежно від форми та лінійних розмірів, світлові плями мають бути максимально однорідними. На сьогодні особливий інтерес представляє забезпечення оптичної однорідності прямокутних світлових плям. По-перше, подібні форми плям широко застосовуються при впливах у лазерній медицині. По-друге, у вихідних оптичних каскадах лазерної апаратури і периферійних світловодах, які підключаються до них, насамперед, використовуються оптичні волокна циліндричної форми з округлим поперечним перерізом оптичного по- току на виході. Метою даної роботи є оптимізація параметрів світловодних насадок лазерної медичної апаратури з вихідними потоками оптичного випромінювання прямокутної форми на основі оцінки рівномірності розподілу щільності потужності потоку при різних варіантах виконання вихідних ділянок насадок. У роботі досліджено оптичні потоки на виході трьох варіантів виконань дистальних ділянок світловодів. Світловоди було сформовано оптичними волокнами, у тому числі з використанням мікролінз на вихідних кінцях та задіафрагмовано канальними оптичними хвилеводами у вигляді прямокутних паралелепіпедів. Отримані на етапі фізичного моделювання експериментальні результати показують перспективність використання сферичних мікрооптичних елементів на вихідних кінцях оптичних волокон в поєднанні з діафрагмами прямокутної форми у вигляді канальних оптичних хвилеводів для отримання світлових плям прямокутної форми з високим рівнем оптичної однорідності.Документ Відкритий доступ Автоматизований комплекс вимірювання об’єму природного газу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Писарець, А.В.; Горжий, І.В.Одною з основних проблем у галузі газопостачання досі лишається недостатня точність визначення об’ємів спожитого газу. З одного боку це пов’язано з тим, що у складі вузлів обліку застосовуються технічно несправні або застарілі засоби вимірювальної техніки, з іншого боку – умови експлуатації вузлів обліку не завжди відповідають вимогам технічної документації. Зокрема, відсутність автоматизованих систем збору та обробки інформації від вузлів обліку, що ускладнює, а іноді унеможливлює контроль за реальним споживанням природного газу. Тому актуальним лишається питання створення автоматизованих комплексів вимірювання об’єму газу. Метою роботи є обґрунтування структурного складу та елементів такого комплексу. У статті наведено узагальнену структуру вузла обліку газу на базі автоматизованого вимірювального комплексу. Одним з основних елементів комплексу, що забезпечує якість та точність вимірювань, є перетворювач витрати газу за робочих умов. Авторами здійснено аналіз методів вимірювання витрати газу, що набули найбільшого розповсюдження у вимірювальній практиці, та можливостей застосування приладів на їх основі з огляду на особливості експлуатаційного використання комплексу. У свою чергу, умови експлуатації окреслюються внутрішніми технологічними, зовнішніми механічними та конструктивними факторами. Окремим питанням при створенні автоматизованого комплексу постає застосування інтерфейсів для можливості обміну інформацією з іншими системами та віддаленої передачі даних. В роботі сформульовано вимоги до функціоналу електронного обчислювального блоку та його програмного забезпечення, які, окрім опитування, реєстрації, індикації та обчислень, передбачають можливість самодіагностики. Застосування таких комплексів дозволить суттєво вдосконалити якість обліку природного газу та сприятиме підвищенню ефективності використання ресурсу, прогнозуванню витрат газу, зменшенню втрат, попередженню можливих аварійних ситуацій тощо на підґрунті збору, обробки та аналізу вимірюваних даних.Документ Відкритий доступ Розробка системи генерації на основі алгоритму штучного інтелекту. Частина 1(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Вережинський, В.А.; Даниленко, А.В.; Рупіч, С.С.; Цибульник, С.О.Розвиток сучасних інструментів і методів штучного інтелекту забезпечує широкий функціонал у різних наукових і прикладних сферах та надає можливість досягати нових результатів. Постає питання щодо застосування елементів штучного інтелекту для знаходження нових поєднань і сполучень шляхом генерації. В якості цільового результату розглядається застосування нейронної мережі для формування нових, унікальних рецептів харчової суміші, з метою визначення ефективності впровадження та використання методів і моделей штучного інтелекту. Для вирішення задачі генерації поєднань складових рецептів, у роботі розглянуто всі етапи технологічного процесу від збору, аналізу, препроцесингу даних до вибору математичного алгоритму та моделювання навченої системи. Кожен з етапів роботи містить у собі повний опис кроків, необхідних для вирішення поставленого завдання. Алгоритм машинного навчання має можливість обробляти тисячі прикладів для знаходження певної закономірності поєднань інгредієнтів. І значна увага приділяється формуванню тренувального датасету. На етапі збору даних розглядаються особливості та основні проблеми, що виникають при роботі парсера. Важливою частиною є обхід захисних технологій при запитах до інтернет-ресурсів та зчитування DOM- дерева з коду HTML сторінки. Описано налаштування алгоритму автоматизованого збору інформації. Для розробки парсеру в роботі використовуються інструменти для швидкого розгортання проєкту та ефективного керування додатками Docker та Docker Compose. Окремим етапом є побудова датасету та аналіз даних для моделі нейронної мережі, який полягає у проведенні препроцесінгу та декодуванні і композиції у табличний вигляд. При автоматизованому процесі збору даних формується інформація зі значними шумами та зайвими елементами. Значна увага приділяється саме процесу очищення та підготовки корисної інформації, адже саме від чистоти даних та їх повноти в більшості випадків залежить якість математичної моделі та процесу моделювання для знаходження нових закономірностей та поєднань.Документ Відкритий доступ Експериментальні дослідження характеристик перетворювання оптико-електронним модулем системи автоматичного контролю(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Півторак, Д.О.; Цибульник, С.О.Імітатори датчиків стану середовища використовуються для налаштування та контролю працездатності систем автоматичного керування технічними процесами. У ряді випадків в якості імітатора потенціометричних датчиків зручно використовувати перетворювач напруга-опір з оптико-електронним вихідним модулем на основі керованого фоторезистора. Розроблено оптико-електронний перетворювач напруги в опір, що має гальванічну розв'язку виходу і ліній- ну характеристику в заданому діапазоні зміни вихідного опору. Розроблений перетворювач дозволяє довільно задавати кутовий та вільний коєфіцієнти лінійного рівняння, що описує функцію відгуку перетворювача, та коректно імітувати роботу потенціометричного датчика стану контрольованого параметра. Розроблено та виготовлено діючий макет перетворювача, проведено експериментальне визначення його функції відгуку для різних значень вільного коєфіцієнта, напруги живлення та різних варіантів схемотехнічного виконання опти- ко-електронного модуля. Принцип дії перетворювача ґрунтується на зміні опору фоторезисторів під впливом оптичного випромінювання, що йде від керованого джерела. Макет перетворювача складається з оптичного та електронного блоків. В оптичному блоці встановлені джерело оптичного випромінювання та два одночасно спрямовані на нього фоторезистори. Сигнал з одного фоторезистора є вихідним, а сигнал з другого фоторезистора аналізується схемою керування, яка через регулятор яскравості синхронно змінює освітленість на світлочутливих ділянках фоторезисторів відповідно до рівня напруги керуючого та коригуючого сигналів. Експериментально визначена функція відгуку перетворювача на початковій ділянці має нелінійність у зоні низьких вхідних напруг, що визначається, насамперед, обмеженням яскравості світіння лампи та залежить від схеми її вмикання. Зона нелінійності в досліджуваному перетворювачі може бути суттєво зменшена внаслідок збільшення величини напруги живлення. У межах заданого діапазону зміни вихідного опору прямолінійної ділянки функції відгуку, вихідний опір перетворювача лінійно пов'язаний з величиною вхідної напруги, за результатами експериментальних вимірів за нормальних лабораторних умов, похибка перетворення не перевищила 0,3 %.Документ Відкритий доступ Вертикальний рух малогабаритних крокуючих роботів. Огляд стану проблеми(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Платов, І.М.; Павловський, О.М.У статті наведено огляд стану проблеми розробки малогабаритних крокуючих роботів вертикального переміщення завдяки силам тертя між кінцівками та поверхнею. Зокрема, особливу увагу приділено малогабаритним крокуючим роботам - гексаподам, оскільки вони мають високу стійкість та прохідність, порівняно з іншими типами роботів, як колісними, так і гусеничними. На відміну від інших типів роботів, гексаподи можуть бути повністю автономними. Це робить їх потенційно універсальним засобом для вирішення різноманітних задач у різних сферах, наприклад: рятувальні операції - гексаподи можуть проникати у зруйновані будівлі для оцінки стану під завалами, досліджувати підводні простори, загалом, рухатися в місцях, де недостатньо місця для руху та складних маневрів; військове застосування - гексаподи можуть розміновувати/мінувати території, використовуватися для розвідки або зйомки території, водночас зберігаючи життя людей через можливість повної автономності; промислове застосування - завдяки своїй маневреності та прохідності, роботи гексаподи можуть стати незамінними при роботах на кар'єрах та будівництвах, де присутні схили, гірські місцевості, та загалом там, де колісні або гусеничні роботи не можуть легко пересуватись; спелеологія - пошук та розвідка корисних копалин всередині печер, шахт тощо; ліквідація аварій, зокрема, в атомній енергетиці. Незважаючи на довгу історію розвитку та значний прогрес у цій галузі, завдяки якому вже відомо безліч конструктивних рішень та модернізацій, на даний момент проблема вертикального руху малогабаритних роботів-гексаподів завдяки силам тертя досі залишається невирішеною. Існуючі розробки спрямовані, зазвичай, на рух по поверхням завдяки імітації кінцівок біологічних істот (комах, тварин тощо), що дозволяє роботам підніматися вгору завдяки клейкій речовині, зчіплятися з поверх- нею механічними кігтями і т. п. Також давно відомі конструкції з магнітами та присосками, однак таке рішення потребує дуже потужного джерела живлення і не є універсальним. Тож, одним із перспективних напрямів досліджень є вертикальний рух роботів-гексаподів завдяки силам тертя між кінцівками та поверхнею, оскільки водночас робот зберігає автономність та не потребує спеціального обладнання та додаткового зв'язку з джерелом живлення (компресором тощо), і, що більш важливо, здатен здійснювати рух як по горизонтальним поверхням, так і по вертикальним. На даний момент є декілька прикладів успішного застосування гексаподів для вертикального руху, проте огляд робіт продемонстрував, що проблема вертикального руху малогабаритних роботів-гексаподів залишається актуальною та потребує подальших досліджень і розробок. Існуючі досягнення в цій галузі дозволяють сподіватися на те, що в майбутньому ми продемонструємо ефективні рішення цієї проблеми та широке по- ширення гексаподів у різних галузях промисловості та науки.Документ Відкритий доступ Метод ультразвукової фазової двокоординатної реєстрації інформації для систем автоматизованого неруйнівного контролю(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Малько, В.П.; Куц, Ю.В.; Лисенко, Ю.Ю.; Щербак, Л.М.Стаття присвячена питанню удосконалення координатної реєстрації інформації в засобах автоматизованого неруйнівного контролю. Існуючі системи безконтактної реєстрації просторового положення датчиків неруйнівного контролю здебільшого орієнтовані на використання сигнальних полів різної фізичної природи, до прикладу акустичного чи оптичного, які створюються в околі положення цих датчиків, та амплітудних методів оброблення сигналів. Останні не забезпечують необхідної точності визначення координат у разі використання малоапертурних датчиків неруйнівного контролю. В основу запропонованого технічного рішення покладено метод трилатерації. Визначення відстаней між випромінювачем, який конструктивно поєднаний з датчиком, та двома приймачами ультразвукових коливань здійснюється фазовим методом. Цей метод забезпечує підвищену точність визначення координат датчика. Усунення багатозначності фазових вимірювань ґрунтується на поєднанні багаточастотного методу та числової системи залишкових класів. Це дає змогу мінімізувати вірогідність некоректного розв’язання неоднозначності результатів фазових вимірювань відстані та забезпечити високу точність визначення координат (з абсолютною похибкою порядку 0,5 мм). Наведено ідею методу та основні розрахункові формули, які надають змогу визначити модулі числової системи залишкових класів та значення робочих частот ультразвукових коливань. Узгодження дискретів визначення фазових зсувів сигналів з модулями числової системи залишкових класів на різних робочих частотах дає змогу звести розв’язання неоднозначності результатів фазових вимірювань до задачі відновлення цілих чисел в позиційній системі числення з їх представленням залишками в числовій системі залишкових класів. Розглянуто механізм виникнення грубих похибок відновлення цілих чисел. Запропоновано алгоритм усунення цієї похибки. В цілому коректність алгоритму визначення координат датчика підтверджена результатами комп’ютерного моделювання. Розглянутий метод двокоординатної реєстрації інформації може бути використаний як при розробці нових автоматизованих засобів неруйнівного контролю, так і для вдосконалення існуючих, які передбачають ручний метод сканування поверхні об’єктів контролю.Документ Відкритий доступ Оптимізація транспортування деталей в умовах автоматизованого середньосерійного виробництва(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Гацько, М.В.; Шевченко, В.В.У статті проведено аналіз попередніх досліджень і публікацій по розробці та застосуванню різних видів автоматизованих транспортних візків, які використовуються у серійному виробництві, з чого можна дійти висновку про необхідність розробки автоматизованого транспортного візка, який можна буде використовувати у приладобудуванні для збільшення продуктивності транспортної системи. Провівши аналіз, розроблено головний елемент автоматизованої системи транспортування, а саме автоматизований візок на колесах меканум, які здатні забезпечувати рух у будь-якому напрямі без потреби змінювати власну орієнтацію у просторі, із встановленими парою бортових маніпуляторів, які мають змінні захватні пристрої, та індивідуальним змінним накопичувачем. Змінні елементи підвищують гнучкість автоматизованого візка, оскільки така особливість дозволяє адаптувати візок до великої кількості різноманітних технологічних процесів. Використовуючи програмні засоби CAD системи, спроєктовано схематичну тривимірну модель візка, який використовується у автоматизованій системі транспортування деталей, з врахуванням його всіх важливих елементів, а також детальну тривимірну модель коліс меканум, які використовується в конструкції візка. Використовуючи параметри розробленого автоматизованого транспортного візка, розраховано кінематику візка і визначено формули для вирішення прямої та зворотної задач кінематики, а також розроблено алгоритми роботи візка, які описують кожен цикл, який виконує візок біля кожного робочого місця. На основі формул для вирішення задач кінематики, визначено формули і методи для нівелювання просторових похибок, які виникають під час переміщення з одної точки до іншої, а також визначено функції для оптимізації процесу переміщення автоматизованого транспортного візка і визначено, як сильно впливає оптимізація на продуктивність.Документ Відкритий доступ Оцінювання методів визначення теплоти згоряння природного газу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Коробко, І.В.; Писарець, А.В.; Місяць, А.С.Дефіцит паливно-енергетичних ресурсів, зростання ціни на природний газ та неперервне збільшення обсягів його споживання підкреслюють актуальність питань вимірювання кількості природного газу та оцінки його якісних показників. Україна впроваджує Європейську методику розрахунків за спожитий газ за його якістю та ефективністю. Питання визначення якості газу в Україні потребує досконалого оцінювання й дослідження. Основним фізико-хімічним показником якості природного газу, що характеризує його енергетичну цінність, є питома об’ємна теплота згоряння, яка визначає ефективність його застосування і в побуті, і в промисловості. Метою роботи є аналіз основних методів визначення теплоти згоряння природного газу: калориметричних, хроматографічних та кореляційних. Калориметричний метод характеризується складністю процесу вимірювання, необхідністю повного згоряння досліджуваного газу, значними часовими витратами. Водночас, забезпечується об’єктивність результатів, що грунтується на враховуванні вологості газу та наявності в ньому негорючих компонентів. Сутність хроматографічного методу полягає в розділенні компонентів зразка газу в хроматографічній колонці, результатом якого є відсотковий склад вуглеводнів у газі. Характерними ознаками методу є виявлення широкого спектру компонентів і повторюваність результатів вимірювань. При застосуванні кореляційних методів визначення теплоти згоряння природного газу вимірюють різні фізико-хімічні параметри проб (загальна концентрація вуглеводнів, теплоємність, швидкість поширення акустичних хвиль, концентрація діоксиду вуглецю, теплопровідність, діелектрична проникність, динамічна в’язкість тощо). Кореляційна залежність, що грунтується на виборі та об’єднанні таких параметрів, досліджується на різних тестових газових сумішах, що відповідають газу з різною теплотою згоряння, дозволяє отримати емпіричну залежність. Остання слугує основою для реєстрації теплоти згоряння реального природного газу. В роботі оцінено особливості застосування зазначених методів та приладів на їх основі.Документ Відкритий доступ Методичні особливості розрахунку похибок вимірювання напруженості електростатичного поля(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Баженов, В.Г.; Повшенко, О.А.Вимірювання напруженості електричного поля атмосфери на сьогодні стало розповсюдженою задачею сучасної метеорології. Адже розподіл напруженості локального електричного поля поблизу поверхні Землі тісно пов’язаний з глобальним розподілом гроз і електрифікованих хмар. Силовою характеристикою електричного поля є його напруженість. Зміна атмосферного електричного поля відбувається відносно повільно, тому для вимірювання напруженості електричного поля найбільш широко використовуються електростатичні флюксметри (ЕФ). Електростатичні флюксметри знайшли своє застосування для моніторингу електричного поля за гарної погоди, вимірювання вертикального електричного поля всередині хмар та спостереження за рухом і еволюцією штормів. Були розроблені та задокументовані різні конструкції електростатичних флюксметрів протягом більш ніж століття, але оскільки дана тематика не є популяризованою, їх методи побудови та особливості розрахунків не задокументовані. Тому, постала необхідність в узагальненні будови приладу та розрахунку його метрологічних характеристик. Робота направлена на підвищення точності вимірювання та вдосконалення апаратного забезпечення електростатичних флюксметрів. Задача підвищення точності вимірювання електростатичного поля напряму залежить від зменшення похибок, які виникають в приладі. До причин цих похибок можна віднести як недосконалість методу вимірювання або невідповідність об’єкта вимірювання його моделі, так само, як і властивості засобів вимірювання. У попередніх дослідженнях авторами було використано математичну модель сенсору ЕФ, яка не відповідає реальній формі сигналу, що створило необхідність в її вдосконаленні. В даній роботі авторами було запропоновано та обґрунтовано універсальну математичну модель сенсору ЕФ. Також в роботі приведено аналіз складових запропонованої математичної моделі, який дозволить підібрати оптимальні параметри будови сенсору ЕФ, що підвищить його чутливість. Додатково у роботі було запропоновано власну функціональну схему ЕФ та розроблено методологію розрахунку її інструментальної похибки, що дозволяє виділити критичні параметри під час вибору комплектуючих для побудови приладу. Розглянуті аспекти в цій статті обґрунтовують актуальність підвищення точності вимірювання напруженості електростатичного поля. Проведена робота є початком досліджень, направлених на вдосконалення апаратного забезпечення електростатичних флюксметрів.Документ Відкритий доступ Вплив зовнішніх факторів на точність та надійність визначення електричних полів надмалої потужності(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Тичков, Д.В.; Волошко, О.В.В статті наведені результати експериментального дослідження впливу температури, відносної вологості оточуючого середовища, а також коєфіцієнта електромеханічної дії на процес визначення електричних полів надмалої потужності. Аналіз отриманих результатів дозволив встановити найбільш раціональні умови визначення силових (електричної напруженості) та енергетичних (розподілу поверхневого заряду та електричної ємності) параметрів таких полів з більш високою точністю та надійністю. В роботі запропоновано дослідний експеримент зі встановлення точності та надійності силових та енергетичних параметрів визначення електричних полів в умовах зміни кліматичних факторів та електромеханічного коєфіцієнта, реалізація якого відбулася на вимірювальному стенді, розробленому за участі авторів. Основним елементом такого вимірювального стенду є автоматичний пристрій визначення, збирання та оброблення інформації про розподіл силових та енергетичних параметрів електричного поля під чутливим елементом вимірювального давача. Отримані внаслідок експериментального дослідження результати дозволили встановити, що коєфіцієнт електромеханічного впливу має визначальний вплив на точність вимірювання електричних полів надмалої потужності. Показано, що збільшення коєфіцієнта електромеханічного впливу від 38 пН/В (кремній <111>) до 190 пН/В (п‘єзоелектрична кераміка PZT-8) веде до підвищення відносної похибки визначення електричного поля на 4,7 %. Встановлено, що зменшення температури до 20 0С з одночасним дотриманням відносної вологості з 38 % до 74 % веде до зменшення відносної похибки на 1,5-2,2 %. В той же час, зменшення температури з одночасним зменшенням відносної вологості веде до збільшення надійності визначення електричних полів (так, ймовірність безвідмовного вимірювання силових та енергетичних параметрів електричних полів підвищується на 18 %). Проведене порівняння результатів отриманих запропонованим методом з результатами, отриманими методом атомно-силової мікроскопії (в режимі вимірювання струмів витоку з робочих ділянок досліджуваних поверхонь), що показало сильну позитивну кореляцію між цими результатами, чим підтверджується об‘єктивність запропонованого методу та адекватність отримуваних результатів. Висновки та проаналізовані дані, отримані в статті за результатами експериментальних досліджень, можуть бути використані для створення системи автоматичного корегування похибки та нестабільності визначення силових та енергетичних параметрів електричних полів надмалої потужності з урахуванням обмежуючих зовнішніх впливів.Документ Відкритий доступ Залежність точності визначення температури від ширини смуги пропускання інтерференційного фільтра в системах оптичної пірометрії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Воронько, А.О.; Новіков, Д.О.До загальних проблем для всіх реакторів технології газофазної епітаксії з металоорганічних сполук A3B5 відносяться великі градієнти температур в реакторі, що спричиняють виникнення петель конвекції, високу швидкість газових потоків, що може призвести до турбулентності, замість очікуваного ламінарного потоку, та потребу в хорошій однорідності та прецизійності контролю температури поверхні напівпровідникової пластини. Оскільки процес осадження для багатьох складних напівпровідникових пристроїв (таких як інфрачервоні лазерні діоди або біполярні транзистори з гетеропереходом) надзвичайно чутливий до температури, для отримання якісних гетероструктур з відтворюваними параметрами необхідна система прецизійного контролю температури процесу на поверхні пластини безпосередньо в зоні осадження. У даній статті описані особливості процесу епітаксійного росту в реакторах ГФЕ МОС, а також висвітлено завдання, які постають перед системою контролю температури. Досліджується доцільність використання системи пірометрії з компенсацією випромінювання порівняно з методами вимірювання за допомогою термопари та класичної пірометрії. В даній системі перетворення вхідного оптичного сигналу в пропорційний на виході струм здійснюється за допомогою чутливого фотоелемента, а саме кремнієвого фотодіода. Вибір діапазону довжин хвиль випромінювання обумовлений оптичними параметрами напівпровідникових підкладок та сполук, що осаджуються. Отриманий спектр для вимірювань досягається за допомогою використання в системі інтерференційного фільтра. Дослідження проводилося з метою визначення впливу ширини інтерференційного фільтра на точність визначення реальної температури пірометричної системи контролю з компенсацією випромінювальної здатності. Проаналізовано аналітичну залежність ширини та форми характеристики інтерференційного фільтра на значення величини корекції температури пірометричних систем. На базі отриманих результатів сформовані висновки щодо вибору оптимальної робочої довжини хвилі та ширини пропускання інтерференційного фільтра оптичної системи як компроміс між величиною похибки визначення та величиною оптичного сигналу. Отримані результати можна використовувати для розробки сучасних прецизійних пірометричних систем.Документ Відкритий доступ New thiophene based materials for emissive layers of organic light-emitting diodes(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Dudin, V.V.; Ivanova, V.V.; Gordiiko, N.O.; Ponomarenko, S.M.; Monastyrsky, G.E.Optoelectronic display devices have gained an important role in the modern world. Digital displays based on organic light-emitting diodes are taking one of the leading places among other displays due to high contrast and highquality color gamut. The relative novelty of the technology is the reason for the insufficient number of researched materials for use in layers of organic light-emitting diodes. This paper analyzes the properties of molecular structures based on thiophene heterocycles, as well as the feasibility of their use for displays on exclusively organic light-emitting diodes and in complex technologies, such quantum dots color converter. Three thiophene structures of type T (thiophene), TB (thiophene-benzene), TPy (thiophene-pyrrole) were chosen for the study. Modeling and computing of characteristics of molecular structures was performed with the software for quantum chemical calculations Gaussian 09 due to the wide range of quantum chemical methods implemented in it, as well as high efficiency and convenient user interface. With the help of the selected software, modeling of molecules, optimization by B3LYP methods, and the values of HOMO and LUMO energy levels were calculated. Emission and absorption spectra of T, TB and TPy type structures were obtained. Based on the obtained results, the possible application of structures in the emitting layers of organic LEDs was determined. T-type molecules can be used as a material for creating a self-emitting layer for organic lightemitting diodes in the visible wavelength range. Molecules of the TB-type are suitable for creating devices with radiation in the ultraviolet range. Molecules of the TPy-type have no prospects for use in direct OLED radiation, but their characteristics allow us to propose these structures as sources of exciting radiation for the creation of devices with light color conversion technologies.Документ Відкритий доступ Сенсори на основі полікристалічного 3C-SiC: вплив легування бором(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Родіонов, В.Н.; Братусь, Т.І.; Бубулис, А.Як хімічно інертний широкозонний напівпровідниковий матеріал з високими твердістю і теплопровідністю, стабільними електричними характеристиками, карбід кремнію SiC є привабливим для застосування в електроніці та сенсорах, що працюють за складних умов. Останні передбачають екстремальні значення температури, тиску, ударні навантаження, радіаційний та хімічний впливи, що виникають в авіаційних і автомобільних двигунах, промислових газових турбінах, при розвідці нафти і газу тощо. Більш низькі температури вирощування полікристалічного кубічного карбіду кремнію, рс-3С-SiC, порівняно з монокристалічним, дозволяють значно знизити його вартість та розширити можливості застосування. З попередніх робіт випливає, що термочутливість рс-3С-SiC можна суттєво підвищити за допомогою легування акцепторною домішкою бору в процесі вирощування матеріалу. Метою даної роботи є визначення властивостей легованого бором pс-3CSiC для створення фотосенсорів і термосенсорів, а також термоанемометрів для екстремальних умов експлуатації. Показано, що легування pс-3C-SiC домішкою бору в процесі вирощування сприяє утворенню в забороненій зоні центрів акцепторного типу та появі особливостей у спектрі фоточутливості, що може мати практичний інтерес для фотовольтаїки. Для температур Т > 150 K провідність легованого зразка практично експоненціально збільшується з енергією активації 0,28 еВ, близькою до енергії активації фотопровідності того ж зразка. Це свідчить про те, що процес іонізації рівноважних та нерівноважних носіїв заряду відбувається з одних і тих самих домішкових центрів. Легування бором викликає появу широкої смуги фотопровідності з максимумом при 1,7 еВ в області домішкового поглинання рс-3C-SiC, подібно ситуації в монокристалічному 3CSiC. Визначено, що температурний коефіцієнт опору для легованого бором рс-3C-SiC дорівнює 3,0-10-2 град-1 при Т = 300 K і 1,1-10-2 град-1 при Т = 700 K, що майже на порядок більше ніж у термопар, а також металів, з яких виготовляють нитки анемометрів. Обговорення отриманих результатів дозволяє пов’язати величину енергії активації Е=0,28 еВ з рівнем мілкого бору в рс-3C-SiC та припускати природу цього центру у вигляді точкового дефекту, що містить атом бору, який заміщує в решітці 3C-SiC атом кремнію, тобто BSi. Запропоновано фотосенсори, які в ближньому ІЧ-діапазоні 0,6 - 1,8 мкм можна використовувати в якості сонячних елементів, а у видимій області 0,4 – 0,6 мкм спектру, - як фотоелементи. Здатність рс-3C-SiC працювати за екстремальних умов експлуатації, а також невисока відносно інших політипів SiC вартість технології виробництва приладів на його основі, дозволяють вважати його придатним матеріалом для створення сенсорів температури, термоанемометрів і фотосенсорів, а також детекторів для моніторингу ядерних об’єктів.Документ Відкритий доступ Testing technology of the undercoupling space filling of coupling on the main pipeline(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Tymchyk, G.S.; Podolian, O.O.; Serhiienko, K.S.Background. Now actively used the method of repair with the use of coupling metal structure. It is use to restore the carrying capacity of active pipelines that are working for a long time. The coupling is installed on the defective area, and the undercoupling space is sealed and filled under pressure with a self-hardening mass. In this case, the stresses in the pipe walls and coupling are aligned with each other. The parameters of the filling process the undercoupling space determine the quality of the entire coupling repair and require precise testing. Objective. The purpose of this article is to analyze the parameters for testing the filling of the under-coupling space using ultrasonic non-destructive testing methods. Methods. Strength improvement of the spots of the active pipeline is realized by installing an active main pipeline of couplings. Strengthening the pipeline with the coupling is to redistribute part of the load from the pipe to the wall of the coupling, which leads to a decrease of the stress level in the pipe wall. The reinforcement efficiency of the pipeline could be evaluated by the degree of reduction of circumferential stresses in the wall of the repaired pipe. The article describes the analysis of the possibility of testing the filling of the under-coupling space of the glues-welded and brazed-welded couplings using ultrasonic methods of non-destructive testing. Results. The use of the most common piezoelectric transducers is ineffective. This is due to the high temperature of the brazed-welded coupling during working using molten metal, determined by its melting temperature. In this case, it is proposed to use an electromagnetic (EMA) transducer as a radiator and receiver of ultrasonic vibrations. The results of theoretical and experimental studies of the control of filling the undercoupling space of soldered-on sleeves with molten metal have confirmed the effectiveness of using the EMA-method for controlling the formation of the undercoupling space. It is shown that the proposed method of ultrasonic testing allows to achieve maximum efficiency in testing the filling of the brazed-welded coupling with the molten metal. Conclusions. The analysis of the possibility of using an ultrasonic method of non-destructive quality control of filling a undercoupling space with a self-hardening substance showed the theoretical possibility of testing the filling of the undercoupling space of glueswelded couplings with both the compounded filling of the undercoupling space and the filling with molten metal. The results of experimental studies of the control of filling the under-coupling space of the glues-welded couplings with molten metal using the EMA-method confirmed the effectiveness of using the EMA-method for testing the formation of the undercoupling space.Документ Відкритий доступ Трикомпонентні лінзові зум-афокальні системи зум-трансфокаторів нитяних далекомірів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Лазаренко, К.С.; Чиж, І.Г.Проблематика роботи: Синтез зум-трансфокаторів, у складі яких використовується зум-афокальні системи разом із фікс-об’єктивами; створення методу параметричного синтезу трикомпонентної зумафокальної системи зум-трансфокатора на основі вимог до потрібного діапазону зміни кутового збільшення, допустимого зрізання периферійних пучків променів, поля зору системи та зовнішнього розташування апертурної діафрагми. Мета дослідження. Розробка придатного до комп’ютерної автоматизації методу синтезу трикомпонентної зум-афокальної системи. Методика реалізації. Використовується теорія оптичних систем, складених з тонких компонентів. На базі вказаної теорії складається система рівнянь, у якій відстані між компонентами є невідомими. Для забезпечення технологічності перший і третій компоненти системи є ідентичними. За допомогою формул кутів і висот нульових променів, з урахуванням вимог до допустимого він’єтування пучків та кутів поля зору трансфокатора, розраховуються потрібні світлові діаметри компонентів. Результати дослідження. Отримані формули габаритного розрахунку зум-афокальної системи дозволяють враховувати вимоги до поздовжніх та поперечних габаритів системи, положення апертурної діафрагми, визначати фокусні відстані компонентів та їх взаємне розташування залежно від кутового збільшення на всьому діапазоні його зміни. Встановлено, що трикомпонентна система з ідентичними першим та другим компонентами має змінну осьову довжину, яка є максимальною при кутовому збільшенні. Висновки. Створений метод параметричного синтезу трикомпонентної зум-афокальної системи для зум-трансфокатора, в якому апертурною діафрагмою слугує апертурна діафрагма фікс-об’єктиву, дозволяє автоматизувати габаритний розрахунок системи і визначити закони лінійного переміщення її компонентів вздовж оптичної осі.Документ Відкритий доступ Information system for multi-vector raytracing in ellipsoidal reflectors(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Poluektov, S.О.; Bezugla, N.V.; Kurowska-Wilczyńska, K.; Bezuglyi, M.О.Due to two focuses, ellipsoidal reflectors are unique reflective optical elements that allow conjugate imaging in two focal planes within their inner cavity. Such reflectors are used in various devices, such as lens telescopes, to achieve high resolution. They have found applications in microscope optical systems to increase the depth of field. They are used in scientific instruments, such as laser systems, to ensure the laser beam's high accuracy and stability. Despite their advantages, the non-spherical shape of ellipsoidal reflectors also introduces drawbacks in the form of errors arising from raytracing on the side surface. It complicates aberration analysis and necessitates specialized software for multi-vector ray tracing. Considering the deviations in the coordinates of the intersections between rays and the second focal plane allows for optimizing the reflector design to achieve maximum efficiency. Therefore, this work aims to enhance the efficiency of the aberration analysis of ellipsoidal reflectors by developing principles and informational tools for multi-vector ray tracing. The article presents the results of developing an information system for multi-vector analysis in ellipsoidal reflectors. The developed multi-vector algorithm enables selecting tracing modes, tuning launch parameters, and setting the step size for launching rays. The specialized software features for singleand multi-vector raytracing in an ellipsoidal reflector are presented. The side surface of the ellipsoid is the object under study. The software provides the capability to realize different methods of multi-vector ray tracing, such as radius-based, diameter-based, and partial radius-based, for different types of tasks, thereby expanding the possibilities for visualizing the simulation results. Based on the multi-vector aberration analysis of the side surface of the ellipsoidal reflector, the center coordinates and root mean square deviations were obtained for different reflection acts when changing the zenith angle of tracing. The influence of zenith angles on coordinate variations was assessed, which can be realized in selecting parameters for ellipsoidal reflectors and designing the optical system of photometers for various purposes. It can also aid in developing additional means to compensate for aberrations or modify the reflector's side surface shape.Документ Відкритий доступ Асферичні дводзеркальні об’єктиви наносупутників для дистанційного зондування землі та пошуку корисних копалин(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Сокуренко, В М.; Сокуренко, О.М.Оптична система об’єктива є однією з важливих складових частин будь-якого космічного супутника, що використовується для спостереження поверхні Землі або астрономічних об’єктів. Через малий загальний розмір наносупутників в них часто застосовують лінзові об’єктиви з відносно невеликою фокусною відстанню. Останнє забезпечує достатньо широке поле зору, але обмежує просторову роздільну здатність отриманих зображень. Крім того, для вирішення задач сільського господарства та геодезії важливо отримувати фотознімки земної поверхні в різних спектральних діапазонах. Ця обставина обмежує застосування розповсюджених комерційних фотооб’єктивів, скоригованих для видимого спектрального діапазону. У цій статті представлено результати автоматизованого параметричного синтезу центрованої і децентрованої асферичних оптичних систем дзеркальних об’єктивів, побудованих за схемою Річі-Кретьєна. Отримані оптичні системи мають фокусну відстань 547 мм, квадратну вхідну апертуру 80×80 мм та осьову довжину, що не перевищує розмір CubeSat 2U. Кутове поле зору об’єктивів, яке дорівнює 0,7° по діагоналі, дозволяє використовувати сучасні матричні приймачі зображення з діагоналлю чутливої площадки до 6,7 мм. Для осьового пучка 90 % енергії випромінення потрапляє в квадратну ділянку зображення зі стороною 2,5 мкм. Максимальне значення відносної дисторсії не перевищує 0,4 %. Розглянуті дзеркальні системи не мають хроматичних аберацій, що дозволяє отримувати зображення високої якості не лише у видимому спектральному діапазоні, але й в декількох інфрачервоних піддіапазонах. Наведені результати абераційного аналізу свідчать про високу якість зображення, досягнуту в обох варіантах. Представлені оптичні системи здатні охопити прямокутну ділянку земної поверхні з діагональним розміром біля 7,9 км з висоти траси супутника 650 км. При використанні багатоелементного приймача випромінення з розміром пікселів 3 мкм, геометрична проєкція одного пікселя на земну поверхню становитиме 3,6 м.Документ Відкритий доступ Аналіз систем автоматичного керування багатоцільового автономного безпілотного підводного апарата зі складною динамікою руху(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Бурау, Н.І.; Гуриненко, С.О.Оглядову статтю присвячено аналізу систем керування автономними безпілотними підводними апаратами, які відносяться до робототехнічних підводних комплексів і використовуються для забезпечення пошукових та глибоководних аварійно-рятувальних робіт, обстеження різноманітних підводних об‘єктів (магістральних трубопроводів, донних споруд, корпусів суден тощо), проведення наукових океанографічних досліджень, моніторингу морського середовища. У роботі розглянуто наукові літературні джерела, в яких наведено результати розробок та досліджень систем орієнтації, навігації та керування рухом багатоцільових автономних безпілотних підводних апаратів зі складною динамікою руху, зокрема при виконанні місій в обмеженому просторі з рухом за складними траєкторіями. Особливу увагу зосереджено на таких режимах руху апаратів, як відстеження траєкторії, відслідковування (дотримання) шляху, відстеження точки шляху. Проведено аналіз засобів навігації та керування, які можуть бути використані для забезпечення різних режимів руху, а також розглянуто напрямки розвитку як самих безпілотних підводних апаратів, так і систем керування ними. Для обґрунтування розробки системи керування багатоцільовим маневреним автономним апаратом класу міні сформульовано основні вимоги, для забезпечення яких запропоновано проводити синтез і дослідження системи керування на основі моделювання динаміки руху міні-апарата для різних за параметрами та траєкторією режимів руху, розробити алгоритми адаптивного керування апаратом, вдосконалити систему орієнтації та навігації, побудовану на основі MEMS датчиків. Запропоновано та обґрунтовано інформаційну модель процесу розробки, яка задає послідовність визначення вагомих параметрів і характеристик апарату та виконання важливих етапів синтезу та аналізу системи керування.