Рассмотрена проблема обнаружения трендов во временны́х рядах, генерируемых техническими устройствами. Решение этой проблемы тесно связано с проблемой обнаружения грубых измерений (выбросов), которые оказывают негативное влияние на точность оценок различных физических величин. Такие величины получают при решении многих прикладных задач в различных научных областях (космической геодинамике, геодезии и др.), где исходными данными являются наблюдения. Для построения трендов использован предложенный ранее авторский метод на основе условия максимизации объёма данных, очищенных от выбросов и применяемых в последующей обработке. Необходимые для построения тренда опорные значения определяются в результате абсолютно сходящегося итерационного процесса, ядром которого является метод минимизирующих наборов. На каждом этапе итерационного процесса тренд аппроксимируется функцией из заранее определённого функционального класса. Проанализированы аспекты поиска тренда в классе гармонических функций с неизвестными частотами, фазами и амплитудами. Основная сложность решения данной задачи заключается в нелинейной зависимости гармоник от искомых параметров, что не позволяет свести задачу поиска тренда к решению системы линейных уравнений. Для поиска гармоник, аппроксимирующих данные измерений, использован метод сопряжённых градиентов, который обобщён на нелинейные задачи. Эффективность метода проверена на тестовой задаче построения тренда в данных, полученных с помощью компьютерного моделирования.

Рассмотрены вопросы метрологического обеспечения пакетных сетей передачи данных. Описаны основные проблемы прослеживаемости при передаче единиц измерений параметров пакетных сетей передачи данных средствам измерений. Приведены результаты анализа парка средств измерений, прослеживаемых к Государственному первичному эталону единицы количества переданной (принятой) информации (данных) и единиц величин параметров пакетных сетей передачи данных ГЭТ 200-2023. Рассмотрены кардинальные различия методов измерений параметров пакетных сетей, реализуемых c помощью ГЭТ 200-2023 или средств измерений и рабочих эталонов. К параметрам сетей, определяющим их целостность и устойчивость, отнесены пропускная способность, задержка передачи пакета, вариация задержки передачи пакета, коэффициент потерь пакетов. Установлено, что при измерениях параметров сетей с рабочим трафиком фрактальное и лавиноподобное поведение пакетных сетей связи затрудняет применение статистической математики и классической теории погрешностей, а измерения превращаются в итерационный исследовательский процесс. Показано, что реализованный в ГЭТ 200-2023 метод применения жёсткой логики для получения синхроимпульса, привязанного к логическому событию, позволяет уйти от проблемы неопределённости времени логического события, характерной для измерительных средств, построенных на программной логике. Отмечен ряд вопросов метрологического обеспечения пакетных сетей, пока не охваченных законодательными актами и пока не имеющих адекватного технического решения. Предложено обратить на это внимание государственным структурам в области законодательной метрологии и всем заинтересованным лицам.

Представлены результаты двух радиотехнических экспериментов по измерению параметров гравитационного поля Земли с использованием сигналов низкоорбитальных космических аппаратов и глобальных навигационных спутниковых систем. Экспериментально проверены ранее предложенные авторами метод измерения ускорения свободного падения по сигналам низкоорбитального спутника, а также метод измерения текущей высоты геоида на основе бортовой бистатической радиолокационной системы, использующей сигналы глобальных навигационных спутниковых систем. В первом эксперименте использовали сигнал низкоорбитального малого космического аппарата RS-44 (ДОСААФ-85) с частотой около 2,3 ГГц, во втором эксперименте – первичные измерительные данные бистатической радиолокационной системы, установленной на борту зарубежного спутника CYGNSS. После обработки результатов измерений, полученных в первом эксперименте, установлено, что среднеквадратическое отклонение измеренных значений гравитационного ускорения низкоорбитального космического аппарата от модельных значений составляет 6,3 мГал. В настоящее время измерения ускорения свободного падения на основе механических гравиметров на борту спутника невозможны из-за невесомости. Во втором эксперименте измеренное и модельное значения высоты геоида отличаются на 13,3 см, что отвечает современным требованиям. Метод измерения текущей высоты геоида на основе бортовой бистатической радиолокационной системы, в отличие от классического метода спутниковой радиовысотометрии, позволяет получить до 60 отражённых сигналов и измеряемых высот одновременно. Результаты экспериментов могут найти применение при уточнении модели гравитационного поля Земли удалённых территорий и акваторий, в том числе в регионе Арктики.

Представлены результаты разработки лазерно-оптической системы для атомного интерферометра на основе атомов рубидия, охлаждённых до субдоплеровских температур. Создаваемый с использованием квантовых технологий атомный интерферометр на холодных атомах рубидия предназначен для прецизионного измерения абсолютного значения ускорения свободного падения. Лазерно-оптическая система – ключевая часть атомного интерферометра – должна обеспечивать процессы охлаждения, перекачки и детектирования атомов, которые взаимодействуют с оптическим излучением. В систему входят частотно-удвоенные волоконные лазеры и широкополосные волоконные электрооптические модуляторы. Выбор волоконных лазеров обусловлен их высокой эффективностью, узкой спектральной линией, низким уровнем фазовых шумов, а также простотой в эксплуатации и надёжностью. Частоты лазеров стабилизированы методом спектроскопии с переносом модуляции и методом привязки частоты лазера по оптической фазе. Описаны экспериментальные схемы, позволяющие получать мультихроматическое излучение и минимизировать спонтанное рассеяние за счёт отстройки частоты лазера от возбуждённых уровней. Конструкция лазерно-оптической системы обеспечивает полный набор оптических частот, необходимых для рамановской спектроскопии. Исследованы амплитуды флуктуаций частот охлаждающего и перекачивающего лазеров. Показано, что реализованная лазерно-оптическая система может обеспечить непрерывную работу атомного интерферометра на основе облаков холодных атомов рубидия. Оценён фундаментальный предел чувствительности атомного интерферометра.

Освещены вопросы калибровки измерительных антенн, применяемых для испытаний технических средств на электромагнитную совместимость. Отмечено, что существующие в Российской Федерации средства и методы калибровки измерительных антенн не позволяют обеспечить эффективное решение испытательных задач, прежде всего из-за высоких уровней неопределённости измерений коэффициентов калибровки этих антенн. Для достижения требуемых показателей точности измерений характеристик антенн и, как следствие, параметров электромагнитной совместимости разработан комплекс средств высокоточных измерений характеристик антенн, применяемых для испытаний на электромагнитную совместимость технических средств. С применением комплекса можно не только прецизионно измерять характеристики излучаемых индустриальных радиопомех, но и реализовывать три классических метода антенных измерений над металлической подстилающей поверхностью (пластиной заземления) в большой полубезэховой экранированной камере, а также метод измерений на близких расстояниях. На основе указанных методов разработаны алгоритмы и методики измерений характеристик антенн и специализированных испытательных площадок для калибровки антенн. Приведены основные результаты разработки комплекса, включая данные экспериментальных исследований функциональных возможностей и метрологических характеристик комплекса на примере прецизионных резонансных диполей. Полученные результаты используются при создании технической основы системы обеспечения единства измерений характеристик антенн, применяемых для испытаний на электромагнитную совместимость. Большую полигональную полубезэховую камеру можно рассматривать в качестве опорной испытательной площадки на территории Российской Федерации и в странах СНГ, в том числе при межлабораторных сличительных испытаниях.

Измерения гранулометрического состава аэрозолей, суспензий и порошкообразных материалов в области сверхвысоких концентраций востребованы в химической, газовой, нефтяной отраслях промышленности, где используются концентрированные суспензии твёрдых частиц. Существующие средства измерений счётной концентрации частиц в жидкости характеризуются верхней границей диапазона воспроизведения счётной концентрации частиц 10¹² м^–3, однако для метрологического обеспечения фотометрических высокоточных средств измерений счётной концентрации частиц в жидкости требуется расширить данный диапазон до 10 ⁸ –10¹⁸ м^–3 . В рамках разработки мер счётной концентрации частиц в жидкости МСК-В предложена технология получения высококонцентрированных суспензий монодисперсных полистирольных латексных сфер. Высокая концентрация суспензии достигнута в результате увеличения количества стирола в затравочной эмульсии и, следовательно, увеличения количества коагулята в процессе синтеза. Описан алгоритм косвенных измерений счётной концентрации частиц в водных суспензиях монодисперсных полистирольных латексных сфер. При исследованиях применено оборудование из состава Государственного первичного эталона единиц дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов ГЭТ 163-2020. Определены счётные концентрации частиц и метрологические характеристики созданных мер. Рассчитаны доверительные границы погрешности косвенного измерения счётной концентрации частиц в воде и установлено, что границы относительной погрешности составляют ±4 %. Разработанные меры счётной концентрации частиц в жидкости МСК-В частично закроют потребность внутреннего рынка в мерах и стандартных образцах для определения размера и счётной концентрации частиц при обеспечении единства измерений гранулометрического состава аэрозолей, суспензий и порошкообразных материалов.

Метрологическое обеспечение методов оптико-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой является важной задачей. Результаты измерений массовой доли и массовой концентрации компонентов веществ данными методами напрямую зависят от точности установления градуировочной зависимости выходного сигнала. Градуировочная зависимость связывает измеряемый сигнал спектрометра с концентрацией анализируемого компонента. Для построения точных градуировочных кривых необходимы высококачественные стандартные образцы состава с высокостабильными и высокоточными аттестованными характеристиками. Разработан стандартный образец состава многокомпонентного раствора элементов ИСП-СО Multi 2, который представляет собой раствор, содержащий десять компонентов: барий, кадмий, кобальт, медь, железо, свинец, литий, марганец, никель и цинк в разбавленной азотной кислоте. По результатам измерений на Государственном первичном эталоне единиц массовой доли и массовой (молярной) концентрации неорганических компонентов в водных растворах на основе гравиметрического и спектральных методов ГЭТ 217-2018 определены такие метрологические характеристики стандартного образца, как долговременная стабильность, однородность и неопределённость характеризации аттестованного значения. Полученная расширенная неопределённость аттестованных значений массовой доли и массовой концентрации компонентов стандартного образца не превышает 0,8 %, что соответствует разряду рабочих эталонов по государственной поверочной схеме для средств измерений содержания неорганических компонентов в водных растворах. Материал ИСП-СО Multi 2 упакован в банки объёмами 30; 60; 125 см³, изготовленные из прочного и устойчивого к химическим воздействия полиэтилена высокой плотности. Каждая банка снабжена герметично закрывающейся винтовой крышкой для надёжной защиты содержимого от воздействия внешней среды. Созданный стандартный образец обеспечивает метрологическую прослеживаемость результатов измерений в неорганическом анализе методами оптико-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой к ГЭТ 217-2018.

При подготовке к реформе Международной системы единиц на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам в 2018 г. Консультативный комитет по единицам Международного комитета мер и весов предложил вместе с изменением определений четырёх основных единиц (килограмма, ампера, кельвина и моля) изменить также определение термина единица величины. Это предложение вызвало широкую дискуссию в метрологическом сообществе, и большинство участников дискуссии его не приняли. Было решено продолжить обсуждение данного вопроса после 26-й Генеральной конференции по мерам и весам. В статье проанализированы определения ключевых метрологических терминов – величина, единица величины, значение величины, которые представлены в Брошюре СИ, стандартах Международной организации по стандартизации, Международном словаре по метрологии и предложениях рабочей группы по ключевым метрологическим терминам, созданной Консультативным комитетом по единицам в 2019 г. Показано, что во всех перечисленных изданиях определения указанных терминов имеют как физико-математические, так и лингвистические неточности и несогласованности.

Дана краткая характеристика проблем, возникающих в измерительных задачах оценивания соответствия установленным требованиям в инфраструктуре качества, в том числе и в связи с требованиями ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 «Общие требования к технической компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» по документированию и применению правил принятия решений при определительных и контрольных испытаниях с учётом возможных рисков. Рассматриваемые проблемы условно разделены на две группы: проблемы методов решения измерительных задач, по которым дискуссии еще продолжаются, и проблемы процедур оценивания соответствия, для решения которых можно использовать опыт теории контроля. К первой группе отнесены проблемы неопределённости и прецизионности измерения, неадекватности уравнений измерения в методе косвенного измерения, потери критериями согласия свойства свободы от распределения при статистической проверке сложных гипотез, исключения выбросов в протоколах измерений и терминологических противоречий. Показано, что измерительные задачи оценивания соответствия установленным требованиям в инфраструктуре качества можно сформулировать как типовые задачи теории контроля. Поэтому вторую группу образуют проблемы, для решения которых пригодны методы определения полноты контроля, установления границ допуска на контролируемые параметры и выбора уровня доверительной вероятности. Это может помочь оценивать риски статистических предположений, ложноположительных и ложноотрицательных решений о соответствии установленным требованиям на основе математических моделей объектов контроля.

Волновое число рамановского сдвига является одним из важнейших параметров в спектроскопии комбинационного рассеяния света. В связи с тем, что точность определения волнового числа рамановского сдвига сильно зависит от технических характеристик рамановских спектрометров и условий измерения, для калибровки таких приборов по шкале волновых чисел требуются физически и химически стабильные, удобные в применении эталонные материалы, например твердотельные. Разработана и испытана в целях утверждения типа средства измерений мера волновых чисел рамановских сдвигов. Мера предназначена для калибровки и поверки средств измерений по шкале волновых чисел рамановских сдвигов. Мера представляет собой полимерную плёнку, состоящую из полистирола и серы и помещённую в специальную оправку. Материал меры находится в твёрдом агрегатном состоянии. Исследованы метрологические характеристики разработанной меры. Установлено, что мера позволяет хранить и передавать единицу волновых чисел рамановских сдвигов для длин волн возбуждения рамановского рассеяния 532–785 нм в диапазоне 80–3000 см^–1 с погрешностью не более 1 см^–1 . Обеспечена прослеживаемость к Государственному первичному специальному эталону единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения ГЭТ 187-2016 и Государственному рабочему эталону единицы длины волны для волоконно-оптических систем передачи информации в диапазоне значений от 0,4 до 3,4 мкм (3.1.ZZA.0114.2018). Совмещение в рамановском спектре разработанной меры линий полистирола и серы позволило расширить (по сравнению с диапазоном аналогичных твердотельных мер зарубежного производства) диапазон волновых чисел рамановских сдвигов, особенно в коротковолновой области.

Жидкокристаллические пространственно-временны́е модуляторы света используются при решении широкого спектра современных задач науки и техники. С помощью данных модуляторов можно управлять амплитудой, фазой и направлением распространения когерентного оптического излучения в оптических системах обработки информации. Однако недостаточно изучено влияние характеристик временно́й динамики жидкокристаллических пространственно-временны́х модуляторов на эксплуатационные характеристики информационных оптических систем, в том числе дифракционных нейронных сетей. Представлены результаты исследования временно́й динамики модуляции фазы жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света SLM-200 (Santec, Япония). В ходе экспериментов использованы компьютерно-синтезированные бинарные фазовые дифракционные оптические элементы, измерены характеристики временно́й динамики оптического модулятора: 125 мс – время нарастания дифракционной эффективности при выводе дифракционных оптических элементов на экран; 61,9 мс – время спада при переключении кадров. При данных характеристиках может быть обеспечено формирование переменного оптического поля на частоте отображения кадров 2 Гц с уровнем помехи –17,1 дБ. Увеличение частоты отображения кадров приводит к появлению неустранимых межкадровых помех, что ограничивает эффективное быстродействие информационной системы. Полученные результаты будут полезны при проектировании высокопроизводительных систем оптической обработки информации, дифракционных нейронных сетей

Рассмотрены вопросы метрологического обеспечения измерений спектральных характеристик приёмников излучения в широком (от ультрафиолетового до инфракрасного, включая терагерцевый) спектральном диапазоне. До настоящего времени измерения спектральной чувствительности приёмников излучения с длиной волны более 14 мкм не были обеспечены метрологически, что исключало использование этих приёмников для измерений мощности терагерцевого излучения при решении задач в области медицины, безопасности и климатологии. Для воспроизведения и передачи единицы спектральной чувствительности приёмников излучения в диапазоне длин волн 14–300 мкм с прослеживаемостью к абсолютному криогенному радиометру разработан, изготовлен и исследован эталонный приёмник терагерцевого излучения. Описаны принцип действия и конструкция разработанного приёмника, исследованы его метрологические характеристики. Рассчитаны составляющие неопределённости воспроизведения единицы спектральной чувствительности эталонного приёмника терагерцевого излучения. Представлен бюджет неопределённостей воспроизведения единицы спектральной чувствительности в области длин волн 14–300 мкм. Разработана установка на основе монохроматического источника терагерцевого излучения и эталонного приёмника терагерцевого излучения. Установка предназначена для передачи единицы спектральной чувствительности приёмникам терагерцевого излучения. Результаты исследований имеют большое значение для многих отраслей науки и техники, так как измерения спектральной чувствительности широко применяют в астрофизике, светотехнике, геофизике, биофизике, биологии, медицине, сельском хозяйстве, химии, металлургии и др.

Основной оптической характеристикой пирометров является зависимость диаметра кружка поля зрения пирометра от расстояния между ним и объектом измерения. Однако эта зависимость в настоящее время не поддаётся строгому расчёту и измеряется экспериментально, поэтому принципиальным становится выбор метода измерений диаметра кружка поля зрения пирометра. Эту величину можно определять методами ирисовой (круглой) и щелевой диафрагм. В первом методе используют результаты измерений диаметра установленной вблизи выходного отверстия излучателя изменяемой ирисовой диафрагмы, но этот метод неоптимален из-за больших трудозатрат при измерениях. Второй метод основан на результатах измерений ширины щелевой диафрагмы, также установленной вблизи выходного отверстия излучателя и перемещаемой в плоскости, которая перпендикулярна оптической оси пирометра. Результаты, полученные двумя описанными методами, несколько различаются между собой из-за разных площадей ирисовой диафрагмы и поверхности, вырезаемой щелевой диафрагмой, причём ширина щели равна диаметру ирисовой диафрагмы. Выведено соотношение, которое связывает результаты измерений диаметра кружка поля зрения пирометра методами круглой и щелевой диафрагм. Данное соотношение позволяет корректно измерять данный параметр пирометра методом щелевой диафрагмы – более быстрым и менее трудоёмким по сравнению с методом ирисовой диафрагмы. Полученные результаты актуальны при бесконтактных измерениях температуры как в технологических процессах, так и в опытно-конструкторских работах

Методами магнитной структуроскопии достоверно отслеживают изменения структурных параметров и физико-механических свойств ферромагнитного материала. При этом используют внутренний коэффициент размагничивания ферромагнитного материала, который обусловлен механическими напряжениями, неоднородностями структуры и анизотропией материала. Однако для нахождения данного коэффициента требуются цикл безгистерезисного намагничивания термически размагниченного материала, прецизионные измерения намагниченности и последующая статистическая обработка результатов измерений, поэтому предложено косвенное определение внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала по коэрцитивной силе, остаточной намагниченности и намагниченности технического насыщения с использованием ранее выведенных автором формул. Проанализирована связь этого коэффициента с параметрами предельной петли магнитного гистерезиса материала. Исследовано влияние режимов термической обработки, химического состава сталей и соотношения между их магнитными параметрами на структурную неоднородность анализируемых материалов. Приведён пример анализа функциональных зависимостей и диапазона возможного изменения внутреннего коэффициента размагничивания ферромагнитного материала при изменениях магнитных параметров в практически важных диапазонах. Изучено влияние содержания углерода в углеродистых сталях на их внутренний коэффициент размагничивания. В качестве примера для широко применяемой в машиностроении при изготовлении поковок и крепежа жаропрочной среднеуглеродистой легированной стали марки 30ХМА установлен диапазон изменения температуры закалки, в котором структурная неоднородность закалённой стали максимальна. Показано, что во всём диапазоне изменения температуры отпуска стали марки 30ХМА после закалки зависимость внутреннего коэффициента размагничивания от этой температуры монотонна. Установлено, что косвенно определённый по предложенным формулам внутренний коэффициент размагничивания можно рекомендовать для неразрушающего контроля изменений структуры и режимов термической обработки среднеуглеродистых легированных сталей.

В связи с планируемыми Международным бюро мер и весов сличениями эталонов напряжения на постоянном и переменном токе на основе квантового эффекта Джозефсона в соответствии с Техническим протоколом сличений BIPM.EM-K10 исследована возможность применения программируемой джозефсоновской микросхемы из состава Государственного первичного эталона единицы электрического напряжения ГЭТ 13-2023 для измерения синусоидальных напряжений 0,75 В и 7 В в диапазоне частот 62,5–1000,0 Гц. При измерениях напряжений в диапазоне частот 62,5–200,0 Гц совместно с квантовой мерой использован цифровой вольтметр со специально разработанным программным обеспечением для измерений переменного напряжения. Полученные результаты отличаются от результатов измерений, представленных в Техническом протоколе сличений. Однако по итогам проведённого исследования подтверждена возможность применения квантовой меры напряжения на основе программируемой джозефсоновской микросхемы из состава ГЭТ 13-2023 для сличений на основе указанного Технического протокола. Проанализировано взаимодействие квантовой меры и источника переменного напряжения, и сделан вывод о необходимости контроля цифровым вольтметром с рекомендованным в Техническом протоколе сличений программным обеспечением воспроизводимого переменного напряжения.