Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal

Оцінювання відтворюваності числових результатів алгоритмів машинного навчання у вимірювальних задачах

2025-12-24T22:00:44+02:00

У роботі розглянуто проблему відтворюваності результатів стохастичних моделей машинного навчання у ви-
мірювальних задачах, що набуває особливого значення під час інтеграції алгоритмів у вимірювальні процедури
відповідно до підходів, визначених в ISO 5725 та ISO/IEC 17025. На прикладі алгоритму ізольованого лісу по-
казано, що навіть за повністю сталих вхідних даних числовий результат моделі може змінюватися від запуску до
запуску, утворюючи додаткову складову варіативності, яку необхідно враховувати під час аналізу результатів. Така
мінливість обмежує можливість безпосереднього використання моделі як частини вимірювального процесу та по-
требує окремої метрологічної оцінки.
У дослідженні порівнюються дві реалізації алгоритму: стандартний варіант ізольованого лісу та удосконалена
версія, запропонована в попередніх роботах авторів. Модифікована модель не усуває стохастичної природи алго-
ритму, однак зменшує її вплив завдяки усередненню проміжних характеристик ізоляційних шляхів, нормалізації
результатів за різних значень параметра contamination та застосуванню більш обґрунтованого підходу до визначення
порога на основі структури розподілу ступеня аномальності. Це забезпечує вищу стабільність вихідних значень
порівняно зі стандартною моделлю.
Для обох реалізацій проведено серію повторних запусків за незмінних умов, після чого числові результати
проаналізовано у метрологічних термінах через стандартну невизначеність за типом А відповідно до положень
ISO 5725. Показано, що варіативність стандартної моделі істотно більша, тоді як удосконалена версія демонструє
помітно вищу відтворюваність. Це свідчить про можливість більш коректного інтерпретування її вихідних значень
у вимірювальному процесі.
Отримані результати підтверджують, що внутрішня варіативність алгоритмів машинного навчання може розгля-
датися як окрема метрологічна характеристика. Відповідна стандартна невизначеність може бути кількісно оцінена
та включена до загального бюджету невизначеності вимірювання, забезпечуючи узгодженість алгоритмічних методів
із принципами точності та повторюваності у вимірювальній практиці.

Новий метод розрахунку KCRV та методика валідації алгоритмів розрахунку

2025-12-24T22:15:19+02:00

Метою цієї роботи є розробка нового методу розрахунку еталонного значення ключових звірень (KCRV) для вирішення проблеми неврахованої систематичної невизначеності (Dark uncertainty) учасників звірень, а також проблеми занадто консервативного підходу до оцінювання систематичної складової невизначеності. Обидві ці проблеми негативно впливають на точності обчислювання KCRV методом середньозваженого значення за невизначеністю кожного учасника звірень, корегованим за пороговим значенням, який є рекомендованим у правилах проведення ключових звірень.
Наведено результати розробки алгоритму розрахунку KCRV, який дозволяє значно знизити вплив “Dark uncertainty”, а також занадто консервативного підходу до оцінювання систематичної складової невизначеності на точність розрахунку. Це стало можливим завдяки використанню нового підходу до розрахунку відмінності від KCRV, а також розробці нової формули розрахунку середньозваженого значення.
Також особливу увагу та актуальність викликає моделювання звірень. Створення численних моделей на основі віртуально заданого справжнього значення фізичних величин артефактів, які звичайно використовуються в консультативних комітетах та в регіональних організаціях за видами вимірювань, на основі віртуально заданих значень заявленої невизначеності та результатів вимірювань кожного віртуального учасника ключових звірень, таким чином, щоб вони відповідали реальним значенням невизначеності та результатам уже проведених ключових звірень, а також їх методології відбору моделей, дозволяє проводити аналіз алгоритмів розрахунку і порівнювати метод, який нині використовується, з новими розробленими методами.
Розроблені моделі звірень дозволили оцінити ефективність методу розрахунку в порівнянні з існуючим методом.

Широкосмугові захисні екрани мікрохвильового діапазону. Вимірювання характеристик

2025-12-24T22:41:21+02:00

Радіоелектронні пристрої застосовуються у всіх галузях нашого життя – науці, техніці, зв’язку, освіті та ін. Багато з них (мобільні телефони та ретранслятори для них, комп’ютери, радіомовні та радіолокаційні станції тощо) випромінюють електромагнітну енергію в навколишнє середовище. Це випромінювання може погано впливати на здоров’я людей, перешкоджати правильній роботі інших електронних приладів. У військовій справі актуальною є проблема захисту людей і техніки від виявлення їх радіолокаційними станціями, радіопеленгаторами, далекомірами. Тому існує проблема захисту від електромагнітного випромінювання. Для цього використовуються різні захисні екрани. Вони поглинають або відбивають електромагнітне випромінювання. У статті описуються захисні екрани мікрохвильового діапазону, які використовують ефект сильного поглинання випромінювання в провідниках, діаметр яких значно менший від довжини хвилі. Фактор ефективності поглинання провідників діаметром кілька мікрометрів у сантиметровому й міліметровому діапазонах досягає сотень і тисяч. Встановлено також факт, що поглинання таких провідників однакове в діапазоні частот від одиниць герц до десятків гігагерц.
Описано вимірювання характеристик таких екранів у діапазоні частот від 2 до 40 ГГц. В екранах застосовувались відрізки графітових волокон діаметром 12–15 мкм, хаотично розташованих на папері або поліетиленовій плівці. Вимірювалось пропускання і відбивання випромінювання при різних кутах падіння хвилі на екран. У діапазоні частот від 9 до 12 ГГц проведені вимірювання комплексного опору екранів. Експерименти підтвердили ефективність застосування в екранах тонких провідників і широкосмуговість таких пристроїв. Важливим є також те, що такі екрани мають малу товщину і можуть бути гнучкими, вони легкі, технологічні та недорогі. Їхні характеристики можуть бути задані до виготовлення.

На шляху до кращого дизайну освітлення

2025-12-24T23:07:12+02:00

Виробники та дизайнери освітлення мають бути впевнені, що їхні продукти та конструкції досягають заявлених переваг.
Метою роботи є дослідження використання нових метрик світлового стимулу, на відміну від традиційної функції фотопічної світлової ефективності та світлових характеристик, зокрема просторової яскравості. Враховуючи нову парадигму освітлення, важливо поширити динамічні методи освітлення на циркадне освітлення. Були вивчені експериментальні дані, що показують вплив усіх фоторецепторів (колбочок, паличок, ipRGC) на світлову карти-
ну проєктування освітлення, що дозволяє практично використовувати та координувати об’єктивні вимірювання оптичного випромінювання та суб’єктивного сприйняття людиною. Запропоновано сценарій циркадного освітлення квартири. Розглянуто процес проєктування освітлення, який полягає у використанні альтернативних метрик, порівняно з традиційними, для кращого опису світлових характеристик. Розвитку дизайну освітлення сприяло відкриття та вивчення нового фоторецептора ipRGC, а також широке впровадження світлодіодних джерел світла з їхніми можливостями в спектральному, енергетичному та динамічному сенсах. Отримані результати свідчать про кращу відповідність між результатами вимірювання сценаріїв освітлення та суб’єктивним сприйняттям людиною.
Використання традиційних метрик фотометрії та колориметрії систем CIE для вимірювання світлових стимулів не здається спостерігачам однаково яскравим у сприйнятті, що є поширеним недоліком традиційного світлодизайну. Були розроблені сучасні вдосконалені альтернативні метрики для кращого узгодження зорового сприйняття людини та вимірювання значень світлових стимулів.
Розглядаючи технічний аспект світлотехнічного дизайну, слід відзначити унікальність характеристик світлодіодів для реалізації різних можливостей: їхній широкий діапазон, можливість керувати освітленням, змінювати корельовану колірну температуру, фактичну безінерційність.

Дослідження вдосконаленої реперної точки міді із застосуванням лінійного пірометра LP4

2025-12-24T23:44:35+02:00

З 1994 р. в ННЦ “Інститут метрології” зберігається та застосовується державний первинний еталон одиниці температури за випроміненням ДЕТУ 06-03-96, який є верхньою ланкою схеми простежуваності для безконтактних засобів вимірювання температури в діапазоні від 1357,7 до 2800 К. Одним зі складових елементів державного еталона є реперна точка міді, яка являє собою графітовий тигель циліндричної форми з реперним металом – чистою міддю. Час експлуатації еталона закономірним чином вплинув на стан реперного металу та графітових елементів, що обумовило необхідність їх оновлення. Крім того, проведено доопрацювання або повне оновлення інших складових елементів державного еталона – випромінювача (печі для реперної точки), систем аргонового захисту та регулювання температури, еталонного пірометра.
Метою дослідження є підтвердження метрологічних характеристик державного еталона в частині реалізації температури реперної точки міді після проведення робіт з удосконалення державного еталона.
Наведено опис оновленої реперної точки міді. Розглянуто конструкцію вдосконаленого графітового тигля із захисною оболонкою. Наведено схему печі для реперної точки міді. Описано системи аргонового захисту та контролю температури. Наведено процедуру вимірювань за допомогою лінійного пірометра LP4. Надано результати реалізації температури фазового переходу тверднення реперної точки міді. Розглянуто методику визначення приросту градуювальних характеристик еталонного пірометра LP4 навколо температури реперної точки міді. Розглянуто два методи обробки експериментальних даних на плато тверднення для визначення вихідного сигналу еталонного пірометра. Наведено оцінку стандартної невизначеності за типом А для кількох плато. Подано бюджет невизначеності для реалізації температури фазового переходу тверднення міді.

Комплексна методика оцінки точності термографічного виявлення будівельних дефектів

2025-12-24T23:54:44+02:00

У дослідженні сформульовано задачу оптимізації термографічної діагностики будівельних об’єктів на основі теплових методів неруйнівного контролю. Розглянуто особливості застосування термографії для багатошарових конструкцій, де теплопередача визначається структурою й теплотехнічними властивостями матеріалів. Проаналізовано чинники, що впливають на точність виявлення дефектів: характеристики поверхні, кут і дистанцію спостереження, зовнішні умови. Запропоновано використання еталонного зразка для локального калібрування інфрачервоної камери, що мінімізує вплив варіацій емісійної здатності та коригує температурні показники. Створено систему кількісної оцінки точності, яка враховує температурну похибку, функцію розподілу ймовірності та довірчі інтервали надійності. Розроблено класифікацію похибок термографічного контролю (об’єктних, режимних, апаратних і калібрувальних) та узагальнено їх у таблиці рішень для планування діагностичних процедур. Практична реалізація методики на основі гібридних фотоматриць забезпечує підвищення точності виявлення дефектів і зменшення хибних результатів.

Експериментальні дослідження впливу температури на pH та TDS у напоях

2025-12-25T00:13:00+02:00

У статті розглянуто вплив температури на показники pH та TDS у різних рідинах, зокрема у зразках води, яблучного соку та газованого напою. Проаналізовано доступні методи та засоби вимірювання водневого показника й загального вмісту розчинених речовин, описано принципи роботи відповідних приладів, зокрема pH-метра та TDS-метра. Розроблено методику проведення дослідження, яка включає багаторазові вимірювання при шести температурних режимах, контроль температури, калібрування приладів, промивання електродів. Особливу увагу приділено мінімізації похибок, стабілізації показників, метрологічним характеристикам засобів вимірювання, включаючи точність, повторюваність та стабільність показів. Проведено розрахунок відхилень на основі багаторазових вимірювань кожної температурної точки. За результатами експерименту побудовано графіки залежності pH та TDS від температури, підібрано математичні моделі, що найточніше описують ці залежності для кожного типу рідини. Проаналізовано фізико-хімічний вплив температури на зміну параметрів у напоях з різним хімічним складом. Отримані результати демонструють, як змінюються pH та TDS залежно від температури, що підтверджує необхідність врахування температурного чинника при зберіганні, транспортуванні та контролі якості напоїв. Показники pH і TDS можуть впливати на смакові властивості продукції, її стабільність та придатність до споживання, тому результати дослідження мають практичне значення для харчової промисловості та технологічного контролю.

Метрологічні ризики в промислових системах ІоТ: класифікація, оцінювання та стратегії мінімізації

2025-12-25T00:25:24+02:00

(ІІоТ), де мережі смарт-сенсорів формують дані про вимірювання, що надалі використовуються для автоматизованого прийняття рішень, керування технологічними процесами та прогнозування відмов обладнання. Показано, що перехід від централізованих вимірювальних систем до розподілених архітектур ІІоТ підвищує кількість джерел невизначеності та створює нові типи метрологічних ризиків, пов’язаних з деградацією сенсорів, втратою калібрувальної простежуваності, впливом умов середовища, нестабільністю каналів зв’язку та маніпуляцією даними на рівні мережевих протоколів. Навіть незначні похибки окремих сенсорів можуть призвести до каскадних відхилень у всьому цифровому ланцюгу, що негативно впливає на якість продукції, ефективність алгоритмів керування та безпеку виробничих процесів.
Запропоновано класифікацію метрологічних ризиків на п’ять груп: технічні, інформаційно-технологічні, нормативні, організаційні та ризики якості даних/довіри. Для їх оцінювання використано методи ризик-орієнтованого аналізу: побудовано матрицю ризиків, проведено FMEA та сформовано карту взаємозв’язків між категоріями ризиків. Уперше запропоновано наукову формулу кількісної оцінки рівня метрологічного ризику на основі вагових коефіцієнтів і нормованих параметрів: ймовірності виникнення, впливу на систему, ймовірності виявлення, невизначеності вимірювань, простежуваності, кібервразливості та системної інтегрованості. Додатково введено коефіцієнт поширення, що враховує каскадний ефект у мережевих структурах ІІоТ, коли єдина помилка вимірювання впливає на роботу кількох підсистем.
Обґрунтовано практичні стратегії мінімізації ризиків: автоматизоване калібрування, цифрові сертифікати калібрування, використання цифрових двійників для виявлення дрейфу сенсорів, інтеграція з платформами CMMS/MES, а також застосування стандартів ISO/IEC 17025 та IEEE 1451 для забезпечення простежуваності та сумісності. Запропонований підхід формує основу для впровадження ризик-орієнтованої метрології в цифровому виробництві й сприяє створенню надійних, масштабованих та стандартизованих ІІоТ-рішень.

Встановлення метрологічної простежуваності прецизійних вимірювань електричної напруги різних рівнів

2025-12-25T00:41:50+02:00

Статтю присвячено висвітленню особливостей метрологічного забезпечення вимірювань електричної напруги в діапазоні від 0,1 В до 520 кВ. На Державному підприємстві “УКРМЕТРТЕСТСТАНДАРТ” створено три національні еталони напруги змінного струму та один національний еталон високої напруги постійного струму. Побудована шкала електричної напруги в зазначеному діапазоні відображає п’ять сегментів реалізованих високоточних еталонів залежно від роду напруги (змінна чи постійна) та діючого значення напруги (до чи понад 1000 В). Розглянуто деякі аспекти передавання одиниці напруги за допомогою п›яти високоточних еталонів. Підкреслено особливе значення метрологічної простежуваності та міжнародних звірень результатів вимірювань для визнання та розвитку країни. Зокрема, подано деякі відомості про проведені звірення національних еталонів одиниць електричної напруги протягом останніх двадцяти років. Запропоновано алгоритм встановлення метрологічної простежуваності до міжнародно узгодженої сталої Джозефсона в межах заданого діапазону. Він окреслює маршрут простежування результатів вимірювань засобами вимірювання електричної напруги різних типів залежно від рівня напруги. Схематично показано, що більшість таких результатів вимірювання можуть бути простежені до сталої Джозефсона. Однак для високої напруги змінного струму понад 230 кВ національний еталон пов’язує результати вимірювань з еталонними конденсаторами, що є в складі цієї вимірювальної системи. Проте зв’язки між п’ятьма застосованими високоточними еталонами, схематично представлені в алгоритмічній блок-схемі, показують основні кроки для встановлення метрологічної простежуваності залежно від роду та рівня електричної напруги. У статті зазначено проблемні моменти метрологічного забезпечення у визначеному діапазоні вимірювання електричної напруги. Зокрема, констатовано відсутність національного еталона одиниці напруги постійного струму від 3 до 1000 В.