Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 68(2)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Phantom chains tontor of bionic object’s movements of automated systems. Part 2(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Skytsiouk, Volodymyr; Klotchko, TatianaIn our previous author’s works such properties of the phantom step as its length and curvature relative to the imaginary plane were considered. All these parameters were considered within clearly defined coordinates associated with the beginning and end of the step. Analytical and graphical models were obtained in this work, which are based on mathematical approaches to determining the spatiotemporal characteristics of the movement of objects taking into account the characteristics of phantom chains of bionic systems. Therefore, the application of the obtained models provides prospects for obtaining precise parameters of the movement of the final real technological object in the working space when performing complex kinematics of movements. At the same time, the dependences of the relationship between the volumes of technological abstract and their formed phantoms were investigated, which provide the opportunity to describe positive and negative technologies that are currently promising in modern production and the realities of the application of bionic automated equipment for various purposes. The results of our research can be used as a basis for obtaining new analytical models that determine the motion characteristics of dynamic abstract objects depending on the scope of application. This has the ultimate goal of being able to determine different types of motion of bionic objects, which is associated with automated systems in industry, medicine, implementation of technological processes, and scientific research. The prospects for further scientific research on this problem regarding the development of bionic automated systems, devices and objects are to continue the creation of analytical models of these objects with a view to their application in various areas and at different stages of the life cycle of technological objects, which improves production processes, as well as complex bionic systems for medical purposes.Документ Відкритий доступ Optimization methods for parameter identification model of test electroretinosignal to assess neurotoxicity risks(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Tymkiv, Pavlo; Tkachuk, Roman; Yanenko, OleksiyIntroduction. The development of advanced optimization methods plays a crucial role in the enhancement of diagnostic tools in the biomedical field, particularly in the analysis of complex physiological signals. Electroretinography (ERG) is a widely used diagnostic technique that records electrical responses generated by the retina in response to light stimuli, providing valuable insights into the functional health of retinal cells. ERG is instrumental in diagnosing conditions such as retinitis pigmentosa, diabetic retinopathy, and neurotoxicity. However, the analysis of low-intensity electroretinograms (ERG) presents numerous challenges, particularly due to noise and signal distortion, which complicate accurate signal interpretation. Main purpose of this study.This paper is dedicated to developing an expert system for real-time analysis of electroretinographic signals (ERS), focusing on optimizing the parameters of a mathematical model for ERS analysis in conditions where noise and other distortions are present. The primary aim is to improve the accuracy and efficiency of ERG data processing, enabling early detection of neurotoxicity and other retinal conditions. To achieve this, we applied advanced optimization techniques, such as the Nelder-Mead method, known for its effectiveness in handling non-smooth, noisy functions. Conclusions. 1. The application of the Nelder-Mead algorithm for optimizing the complex and noisy ERS model significantly improved the performance of ERG data analysis. The algorithm's adaptability to varying optimization conditions allowed for more accurate model parameter determination, particularly in the context of real-time neurotoxicity detection. Reduction in Processing Time: The time complexity analysis revealed that the Nelder-Mead method reduced the time required to compute the model coefficients by approximately 15%. This improvement was achieved while maintaining the necessary precision for reproducing the test electroretinosignal, making it suitable for real-time applications. Computational Efficiency: One of the key findings of this study is that the use of the Nelder-Mead algorithm reduced the computational load by up to 30%. This makes the method feasible for use in expert systems designed for real-time ERS analysis, allowing for the monitoring of functional changes in the retina during the early stages of neurotoxicity detection.Документ Відкритий доступ Research on the electromagnetic compatibility of materials for orthopedic prosthetics(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Yanenko, О. P.; Shevchenko, К. L.; Zinchenko, O. V.; Golovchanska, О. D.; Symonenko, V. S.Introduction. Acrylic plastics are widely used in orthopedic dentistry and orthodontics. They are the main material for the manufacture of various types of dental prostheses. To create an orthopedic product, a mixture of powder (polymer) and liquid (monomer) is obtained, from which a product of the required shape and size is formed and solidified. The resulting designs must meet the requirements for compatibility with living tissues, including the little-studied compatibility of the electromagnetic component. Main part. Dielectric materials when heated form their own electromagnetic radiation in the millimeter range, which is a general property of heated dielectrics. By this, electromagnetic flows (EMF) of different directions arise. These flows can have a positive or negative direction and in a certain way affect the adjacent biotissues and the human body as a whole. Therefore, the authors conducted studies of electromagnetic radiation (EMR) of 6 types of acrylic plastics, determined their levels and compared them with the level of EMR of biotissues of the human body. Based on the obtained results, conclusions were drawn regarding their electromagnetic compatibility (EMC). “Colorless basic plastic” and “Vertex Implacryl” have the highest level of EMC (up to 58%), “Ftorax” and “Sinma-M” plastics have a slightly lower level (48-53%) and the lowest EMC (35-36%) is recorded in “Vertex Basio” and “Ethakryl – 02”. Conclusions. Compared to the level of human electromagnetic radiation, acrylic plastics and, accordingly, dental prostheses from them form negative currents in relation to adjacent biotissues. The conducted studies allow to recommend the choice of more acceptable materials for the manufacture of dental permanent and removable prostheses, as well as to determine the correlation between the emission of electromagnetic characteristics and the appearance of complications in patients during the operation of these structures.Документ Відкритий доступ Аналіз функційних можливостей автоматизованих систем дозування готових лікарських засобів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Шалева, В. В.; Матіко, Ф. ДУ багатьох сучасних виробничих лініях необхідно реалізувати процес дозування тих чи інших матеріалів, рідин, реагентів тощо. Під час автоматизації таких ліній параметри процесу дозування можуть бути дуже важливими. Наприклад, у автоматизованих лініях дозування рідин у ємності процес дозування визначає ефективність цілої технологічної лінії. Процес дозування є надзвичайно важливим у виробництві готових лікарських засобів (ГЛЗ). Однією із ланок виробництва ГЛЗ є машина дозування ГЛЗ. Тому від параметрів дозування, зокрема, його точності та часу наповнення тари буде залежати загальна продуктивність виробничих потужностей, що впливає на економічні показники підприємства. У цій роботі авторами виконано аналіз методів дозування, особливостей процесу дозування а також автоматизованих систем дозування ГЛЗ. Зокрема, проаналізовано переваги та недоліки методів ваккумного, шприцевого, вагового дозування ГЛЗ, дозування із застосуванням витратомірів. За результатами аналізу запропоновано для процесу дозування фармацевтичних розчинів у флакони об’ємом 100 – 300 мл обрати метод вагового дозування. Встановлено, що цей метод має низку переваг, зокрема, високу точність дозування, відносно невелику вартість реалізації, високу продуктивність обладнання. Виконано аналіз етапів процесу дозування за методом вагового наповнення та встановлено, що необхідно розробити алгоритм вибору тривалості кожного етапу за критеріями досягнення мінімального часу наповнення та мінімальної похибки наповнення. Для керування процесом дозування також пропонується реалізувати адаптивний алгоритм керування із елементами самонавчання на основі проведених попередніх циклів дозування. Пропонований алгоритм має на меті оптимізувати параметри процесу дозування та досягти найкращих можливих показників якості, а саме високої точності дозування та мінімального часу дозування.Документ Відкритий доступ Відмовостійке адаптивне керування крокуючим гексаподом за несправності однієї кінцівки(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Бурау, Н. І.; Короленко, Я. Р.; Павловська, Ю. О.; Павловський, О. М.Статтю присвячено вдосконаленню системи керування крокуючим мобільним роботом, який має шість кінцівок (гексаподом), з метою забезпечення його стійкого руху у випадку несправності чи відмови однієї кінцівки. Як базовий алгоритм руху розглядається трипедальна хода. У якості несправності кінцівки розглядається відмова одного із суглобів. Для забезпечення руху у випадку відмови однієї кінцівки розроблено алгоритм трипедальної ходи, який забезпечує для кожної з бездефектних кінцівок перебування у стадії стійкої опори протягом двох фаз руху підряд. Оцінку можливості відмовостійкої ходи гексаподу за розробленим алгоритмом виконано на основі опорних трикутників та чотирикутника між кінцівками, що знаходяться у фазі опори. Виконано структурно-функціональний синтез системи відмовостійкого адаптивного керування гексаподом, яка складається з таких модулів і підсистем: модуль динамічної моделі робота; модуль базового алгоритму ходи; підсистема виконавчих елементів; підсистема діагностування та прийняття рішення; підсистема альтернативних алгоритмів ходи. Розроблено та обґрунтовано структурно-функціональну схему каналу керування для реалізації алгоритму діагностування суглобу однієї кінцівки, прийняття рішення про його стан та перемикання на продовження виконання базового алгоритму ходи, якщо стан суглобу оцінюється як бездефектний. Розроблено та обґрунтовано схему каналу керування перемиканням на виконання альтернативного алгоритму ходи, якщо стан суглобу оцінюється як дефектний. Запропоновані структурно-функціональні рішення узагальнено для випадку відмови інших суглобів розглянутої кінцівки та інших кінцівок гексаподу. Показано, що на основі виявлення та локалізації відмов суглобів кінцівок гексапода відбувається переконфігурація алгоритму ходи та системи керування, і таким чином реалізується відмовостійке адаптивне керування рухом гексапода. Реалізація запропонованих альтернативних трипедальних алгоритмів ходи та каналів керування у системі відмовостійкого адаптивного керування забезпечить стабільний рух гексапода при відмові однієї з кінцівок.Документ Відкритий доступ Comparison of 3d printed parts’quality using printers with “CoreXY” and “DELTA” kinematics(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Zhuk, Y.; Klotchko, T.Additive manufacturing, or 3D printing, describes technologies that manufacture parts by depositing thin layers of molten material on top of each other and creating the final part layer by layer. Each layer is built on the basis of geometry designed in CAD systems. Additive manufacturing technology opens up new design approaches: "design manufacturing" versus the traditional "design for manufacturing" approach. Geometric freedom allows you to design products as they are visualized, without manufacturing restrictions. Recently, 3D printers with Delta-type kinematics have gained popularity, which is an alternative to standard, cartesian 3D printers. These models use a more complex control system due to differences in the generation of print paths, but may have some advantages over a cartesian configuration. In order to expand the knowledge of additive manufacturing, a comparative study was conducted with cartesian and Delta printers to evaluate the printing performance of the test part. This article examines 3D printers with CoreXY and Delta kinematics, compares their characteristics, and identifies key differences in printing processes. As an example, for quality comparison, arbitrary parts printed in batches of three units from the same material with the same settings inside the slicer program were considered. Parts from both 3D printers were scanned using a LIDAR scanner, and the resulting scan models were transferred to a CAD environment for comparison. The results of the comparison were obtained by the shape and quality of the surface, the production time of one part and batch of parts, mass and dimensional characteristics. Looking at the results, it can be seen that the parts printed by the 3D printer with Delta kinematics have a better surface quality without post-processing, while the parts printed by the 3D printer with kinematics CoreXY correspond as closely as possible to the dimensions specified in the CAD model.Документ Відкритий доступ Комп'ютеризована система моніторингу параметрів електронно-променевого оброблення оптичних компонентів комп’ютерних систем(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Мацепа, С. М.; Антоненко, С. ВРозроблена комп’ютеризована система моніторингу параметрів електронно-променевого оброблення оптичних компонентів є сучасним рішенням для забезпечення точного контролю технологічних параметрів у реальному часі. Система базується на мікропроцесорному блоці керування, що забезпечує інтеграцію всіх компонентів через CAN-шину та високовольтний оптичний інтерфейс. Основними функціями системи є моніторинг напруги на катоді, модуляторі, струмі розжарення, електронного потоку та коригування цих параметрів у процесі оброблення. Завдяки адаптивному регулюванню система дозволяє досягти стабільності параметрів електронно-променевого оброблення, що підтверджено низьким рівнем відхилень напруги (до ±2%) та рівномірністю нанесення плівкових покриттів (до ±5%). Використання високовольтного оптичного інтерфейсу мінімізує втрати сигналу та підвищує точність передачі даних. Система легко інтегрується з комп’ютерними системами через USB-інтерфейс, забезпечуючи можливість підключення додаткових сенсорів для розширення функціональних можливостей. Результати апробації, проведеної на базі електронно-променевої установки УВН-71, продемонстрували значні переваги системи. Вона дозволяє зменшити дефекти поверхні, підвищити рівномірність оброблення та мінімізувати втрати оптичних матеріалів. Запропоноване рішення є критично важливим для виробництва високоякісних оптичних компонентів, які використовуються в сучасних комп’ютерних системах, забезпечуючи відповідність найсуворішим стандартам якості. Таким чином, розроблена комп’ютеризована система моніторингу сприяє оптимізації процесів електронно-променевого оброблення, підвищенню продуктивності та якості продукції, відкриваючи нові можливості для індустрії оптичних компонентів.Документ Відкритий доступ Operating features of natural gas flow measurement systems(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Drachuk, O.; Pysarets, A.Energy resources accounting is a component of their rational consumption. The outdated equipment use that does not meet the requirements for measurement accuracy is one of the main issues in natural gas metering. Therefore, the issues of creating high-precision gas metering systems remain relevant. Gas metering units are used at various sites, from boiler houses to gas distribution stations and points that have different requirements for metrological performances and characterized by different operating conditions. To improve the gas metering quality, it is necessary to control its physical and chemical parameters, such as pressure, temperature, density, gas composition, etc. Therefore, the creation of systems for measuring the flow and quantity of natural gas requires an integrated approach that includes recording, processing and monitoring all necessary parameters using data transmission technologies. The automated collection lack and information conversion from the measuring system components makes it impossible to remotely monitor its state. The aim of the work is a comparative analysis of existing systems for measuring the flow and quantity of natural gas, as well as the requirements’ formulation for an automated system for measuring its parameters. The functioning features of existing systems, their structure and technical performances are discussed in the article. An analysis of current approaches to energy carrier accounting has been conducted. Particular attention is paid to the requirements for algorithms for processing and converting information received from automated systems for measuring natural gas flow rate, in addition to bringing the gas volume to base conditions and calculating the consumed energy quantity. General requirements for such systems, which contribute to increasing the accuracy and reliability of measurements, are formulated. The prospects for further work are to improve an algorithm for the interaction between the measurement system components.Документ Відкритий доступ Оцінювання невизначеності параметрів газу в пошкодженому газопроводі на основі моделі стаціонарного руху газу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Матіко, Ф. Д.; Джигирей, В. О.; Костик, І. В.Виявлення витоків газу внаслідок пошкоджень газопроводів та визначення об’єму втрат природного газу є важливим завданням для зменшення дисбалансу в газопровідних системах та підвищення їх надійності. Об’єм втраченого газу може бути визначений на основі значень тиску і температури газу у місці пошкодження та геометричних характеристик пошкодження. Оскільки параметри газу в місці пошкодження газопроводу можуть значно відрізнятися від виміряних значень параметрів газу у вузлових точках, то їх слід визначати на основі математичних моделей руху газу. Під час визначення об’єму втраченого газу важливим є також оцінити невизначеність цього об’єму, що потребує оцінити також невизначеність тиску та температури газу у місці пошкодження. Ця стаття присвячена розробленню аналітичних залежностей для оцінювання невизначеності розрахункових значень тиску та температури газу в місці пошкодження газопроводу, отриманих на основі математичної моделі стаціонарного режиму руху газу. Розглядається методика оцінювання невизначеності тиску та температури газу у місці пошкодження газопроводу із врахуванням різних чинників, таких як тиск, температура газу на початку газопроводу, витрата та склад газу, а також геометричні характеристики газопроводу. Дослідження спирається на стандартизовані процедури та методи аналізу невизначеностей представлені в JCGM 100:2008 та ISO 5168:2013. В результаті дослідження отримано рівняння відносної стандартної невизначеності тиску та температури природного газу в місці пошкодження та знайдено коефіцієнти впливу складників невизначеності, що дає можливість оцінити невизначеність цих параметрів із врахуванням невизначеностей геометричних характеристик газопроводу та газодинамічних параметрів потоку. Наведено приклади обчислення відносної стандартної невизначеності тиску та температури газу в місці пошкодження газопроводу для випадку повного розриву газопроводу. Отриманні рівняння невизначеності тиску та температури газу в місці пошкодження стануть основою для методики оцінювання невизначеності об’єму газу втраченого через пошкодження.Документ Відкритий доступ Дрейфова рухливість електронів в антимоніді індію в режимі слабкого електричного поля(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Саурова, Т. А.; Шпиченко, В. СУ наукових публікаціях для антимоніду індію представлені теоретичні та експериментальні дослідження холлівської рухливості; її залежності від температури, концентрації носіїв заряду, напруженості електричного поля. Зазначимо, що не представлений типовий вид слабопольової температурної залежності дрейфової рухливості електронів, що відображає її поведенку у широкому діапазоні температури і концентрації атомів домішки. Процеси розсіювання носіїв заряду в антимоніді індію слабо представлені. Метою даної роботи є детальне дослідження основних механізмів розсіювання електронів в антимоніді індію, температурної залежності слабопольової рухливості електронів у широкому діапазоні ступеня легування напівпровідника. Дана кількісна оцінка швидкостей розсіювання електронів в антимоніді індію для типових видів домішкового та фонного механізмів. Проведено детальний аналіз процесів розсіювання. Підкреслено, що спостерігається відмінність швидкостей розсіювання в Г- і L-долинах зони провідності. Розсіювання на іонізованих атомах домішки визначає результуючу швидкість розсіювання до 40 К. При температурах вище 40 К значно зростає роль полярного оптичного розсіювання у Г-долині, практично визначаючи поведінку результуючої швидкості. У L-долинах найбільший внесок мають 2 види фононного розсіювання: акустичне та полярне оптичне. На основі отриманих результатів моделювання процесів розсіювання розраховано температурну залежність слабопольової дрейфової рухливості у Г- та L-долинах. 3 результатів моделювання видно, що рухливість електронів у Г-долині перевищує відповідні значення в L-долинах на 2 – 4 порядки. Результуючу рухливість визначено з урахуванням заселеності долин. З результатів моделювання дрейфової рухливості видно, що ділянку її зростання визначають процеси розсіювання на іонах домішки. Чим вище ступінь легування напівпровідника, тим менше рухливість електронів. З подальшим підвищенням температури рухливість зменшується. Характерною особливістю типової температурної залежності слабопольової рухливості електронів в InSb є те, що за високих температур її поведінку визначають процеси розсіювання на полярних оптичних фононах. Визначено набір параметрів моделювання, які забезпечують відповідність експериментальним даним.Документ Відкритий доступ Analysis of the structure of interference coatings for the optimization of the parameters of narrowband optical filters(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Voronko, Andriy; Novikov, Denys; Verbitskiy, Dmytro; Voloshyn, Oleksandr; Belkevych, OleksiiTo monitor the parameters of semiconductor layers deposited from solid solutions of A3B5 compounds during the epitaxy, optical control methods are used. The choice of optical monitoring methods is determined by the reactor design, which requires non-contact, fast, and precise measuring of wafer surface parameters. During the growth of epitaxial layers, the deposition of semiconductor compounds causes changes in the optical parameters of the wafer surface. To ensure precise measurements, it is essential to monitor these parameters within a narrow spectral range. In electro-optical monitoring systems, narrowband interference filters are used to select the desired spectrum. However, this type of filters is sensitive to several factors, such as environmental conditions, aging of the coating, and the angle of incidence. As a result, the manufacturing of narrowband optical filters with stable and precisely controlled optical characteristics presents a complex challenge. This article analyzes the impact of various factors on the optical characteristics of interference coatings. Quantitative analysis of these shows that shift of the selected spectral band with central wavelength λmax can approach or even exceed the full width at half maximum (FWHM). These changes in the optical characteristics of narrowband filters lead to a decrease in the accuracy required for optical monitoring during epitaxial processes, which leads to inaccuracies in measurements. The results of this analysis will guide the optimization of thin-film structures used in narrowband optical filters. The study of the shift in the selected band also enables, within certain limits, controlled changes to λmax or the compensation of its shift its shift during regular factor variations. Ultimately, it enables to take these changes into account when designing electro-optical systems for monitoring the epitaxial growth of semiconductor heterostructures, which increases the accuracy and stability of optical measurements in the required accuracy range.Документ Відкритий доступ Використання нейронних мереж для пошуку наземних мін(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Микитенко, В. І.; Шинкарьов, Д. Д.Проблема наявності великих замінованих територій і їх розширення є критичною через їхній вплив на безпеку та економіку. Стаття присвячена підвищенню ефективності оптичних методів пошуку наземних мін поверхневого розташування в задачах гуманітарного розмінування. Показано, що одним з найбільш перспективних оптичних методів виявлення мін є гіперспектральна зйомка, яка забезпечує надзвичайно точний аналіз спектрального складу випромінювання фоно-цільової обстановки. Але практичне використання гіперспектральних методів є суттєво ускладненим, враховуючи величезні площі замінованих територій. Отже виявлення мін має бути автоматизованим. Для вирішення цієї задачі досліджено можливості використання штучних нейронних мереж. Запропоновано інтеграцію штучного інтелекту, зокрема RBF-мереж, для підвищення ефективності та точності виявлення об'єктів. У роботі порівнюються традиційні методи класифікації з інноваційними підходами, що базуються на машинному навчанні. Проведено тестування алгоритмів на симуляційних і реальних даних. Це дозволило оцінити їхню здатність до ідентифікації об'єктів за умов різного спектрального заповнення. Специфіка досліджуваної області формує вимоги до оцінювання ефективності функціонування технічних засобів: в першу чергу має бути забезпечена мінімальна ймовірність пропуску сигналу. В той же час з врахуванням великих обсягів обчислень бажано, щоб ймовірність хибних тривог залишалась невисокою. Показано, що RBF нейронна мережа здатна виявляти міни з низькою кількістю хибних тривог. Під час навчання мережі з великим параметром розповсюдження чутливість виходу до спектральної варіативності пікселів знижується. Це дозволяє мережі виявити ціль навіть за низького коефіцієнта заповнення. Отже результати досліджень свідчать, що використання запропонованих методів дозволяє значно зменшити кількість хибних тривог і забезпечити високу продуктивність у реальних умовах.Документ Відкритий доступ Аналіз існуючих моделей виявлення БПЛА на тепловізійних зображеннях(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Танчук, В. С.; Колобродов, В. Г.У наші часи широкого використання набувають безпілотні літальні апарати (БПЛА). Вони підтвердили свою ефективність, надійність та доцільність. Однак неналежне використання цієї технології або її зловживання можуть призвести до суттєвих порушень прав людини та створити значні загрози громадській безпеці. У зв’язку з чим, повинні створюватися відповідні методи протидії БПЛА. Одним із напрямків, який активно розвивається в наш час, є виявлення БПЛА на основі оптико електронному випромінювані. Так як більшість таких систем розраховані на видимий діапазон, ІЧ діапазон не так широко був досліджений. Виявлення БПЛА на основі тепловізійних зображень може бути виконано використовуючи штучний інтелект. Наразі вже існують готові підходи та моделі, які виконують задачі виявлення об’єктів, проте вони більш загального призначення. Для огляду проблеми виявлення БПЛА на основі тепловізійних зображень та ШІ, необхідно провести аналіз найбільш ефективних моделей виявлення об’єктів для задачі виявлення БПЛА у ІЧ діапазоні. В даній роботі було проведено аналіз та порівняння таких моделей виявлення об’єктів як YOLOv5 та YOLOv8, Faster RCNN, DETR. Для навчання моделей використовувались датасети, як в ІЧ діапазоні, так і у видимому. Була проведена попередня цифрова обробка датасету зображень БПЛА у видимому діапазоні, для перетворення їх у псевдо теплові. Це виконувалось з ціллю збільшити кількість тренувальних даних для моделей і тим самим покращити їх точність. Результати показали, що такі моделі як YOLOv8 та DETR є найефективнішими для задач виявлення БПЛА на тепловізійних зображеннях, проте їх точність все ще є недостатньою для ефективного використання для систем захисту від БПЛА у реальному часі.