Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal

Mетоди врахування невизначеності вимірювання і семантичної невизначеності при класифікації стану об’єктів за показниками якості

Ніна Яремчук — 2024-06-25

У статті запропоновано методи врахування невизначеності вимірювання і семантичної невизначеності при послідовному використанні процедур вимірювання і класифікації при оцінюванні стану об’єктів за показниками їх якості. Методи врахування невизначеності розрізняються за двома підходами: перший ґрунтується на врахуванні складових невизначеності при побудові шкали класифікації, а другий – на представленні результату оцінювання показника якості у вигляді нечіткого числа, модальне значення якого відповідає значенню показника якості, а носій визначається за об’єднанням семантичної невизначеності та невизначеності вимірювання. На підставі цих методів стан об’єкта може бути класифіковано за однією або декількома категоріями шкали класифікації із зазначенням ступеня приналежності до цих категорій. Наведено рекомендації щодо застосування двох підходів до врахування невизначеності вимірювання і семантичної невизначеності при наступному проведенні класифікації. Застосування однієї або декількох нечітких шкал класифікації рекомендовано при оцінюванні стану об’єкта за одиничним або за декількома показниками якості, що об’єднуються в груповий показник після класифікації за допомогою операторів нечіткої логіки. Застосування чіткої шкали класифікації при представленні показника якості як нечіткого числа рекомендовано при класифікації стану об’єкта за комплексним показником якості, що пов’язаний з одиничними показниками якості певною залежністю або з урахуванням вагових коефіцієнтів окремих одиничних показників якості.

Калібрувальний комплекс радіовимірювальної апаратури

Олена Васильєва — 2024-06-25

Сучасні тенденції розвитку радовимірювальної техніки потребують удосконалення принципів метрологічного забезпечення цих приладів і відповідної еталонної бази. В основу нового підходу пропонується покласти цифровізацію апаратури, програмування вимірювальних процедур, перехід від одиночних еталонів до еталонних комплексів.

У статті розглядається комплекс, розроблений в ННЦ “Інститут метрології” й призначений для повірки та калібрування широкої номенклатури радіовимірювальної апаратури, в якому реалізовано всі ці підходи, наведено методичні, програмні та апаратурні особливості його побудови, показано переваги і можливості цього підходу в метрологічній практиці. На прикладі методу “нулів функції Бесселя”, який було дещо підзабуто через громіздкість його реалізації аналоговими методом і апаратурою, показано, що при новому підході цей метод одержує “друге народження”, до того ж на більш високому метрологічному рівні.

Показано, що використання генераторів прямого цифрового синтезу дозволяє суттєво вдосконалити метод “електронно-лічильного частотоміра”, зокрема, запобігти явищу “захоплення частоти”, яке обмежувало можливості методу і вносило додаткову невизначеність вимірювання. Також більш докладно пояснено додаткові властивості комплексу, пов’язані з використанням у ньому аналізатора спектра R&S FSL з опцією демодулятора аналогових сигналів К7.

Наводиться перелік інших методів, які реалізуються в комплексі, серед яких заслуговує на особливу увагу метод “комбінаційних частот”, що забезпечує найвищу роздільну здатність при вимірюванні нелінійних спотворень як квазігармонійних, так і модульованих сигналів.

Оцінювання довгострокового дрейфу еталонів електричної ємності двома методами

Олег Величко — 2024-06-25

Вимірювання електричної ємності важливі в різних галузях електротехніки, електроніки та інших сферах. Вимірювання ємності необхідні для правильного проєктування електричних ланцюгів і пристроїв. Такі вимірювання допомагають забезпечити стабільність і надійність електричних систем, таких як джерела живлення, фільтри, конденсатори тощо. У деяких програмах, таких як радіопередавачі, фільтри та інші електронні пристрої, важливо підтримувати певні частотні характеристики.

Для забезпечення необхідної точності та надійності вимірювань важливо та доцільно враховувати різноманітні фактори, пов’язані з дрейфом вимірювального приладу або еталона. Дослідження дрейфу еталона в часі є обов’язковим при проведенні звірень національних еталонів. Оцінка довгострокового дрейфу є обов’язковою для встановлення інтервалів калібрування. Проведено аналіз видів дрейфу та основних методів його оцінки для засобів вимірювань і еталонів між їх калібруваннями.

Традиційний метод аналізу довгострокового дрейфу передбачає використання регресійних моделей із наступним їх детальним аналізом. Така модель є конкретною математичною функцією, що описує теоретичні значення, які найкраще демонструють основний зсув у часовому ряді для довгострокового дрейфу. Графіки експоненційного зваженого ковзного середнього (EWMA) зменшують відставання, властиве традиційним ковзним середнім, надаючи більшої ваги останнім спостереженням.

Наведено результати оцінки довготривалого дрейфу еталонів електричної ємності для високоточного калібрування еталонів із використанням поліноміальної регресії та діаграм EWMA. Поліномів 2-го ступеня було достатньо для апроксимації дрейфу досліджуваних еталонів електричної ємності. Застосування діаграм EWMA показало більшу чутливість до змін дрейфу в останні роки спостережень порівняно з регресійним аналізом. Були отримані послідовні результати.

Про точність градієнтного методу визначення середнього інтегрального показника заломлення повітря для великомасштабних розмірних вимірювань

Павло Неєжмаков — 2024-06-25

Наведено результати аналізу точності градієнтного методу визначення середньоінтегрального значення групового показника заломлення повітря на шляху поширення лазерного випромінювання в приземному шарі атмосфери. Середньоінтегральне значення показника заломлення повітря використовується в прецизійній лазерній далекометрії як поправка до результатів великомасштабних розмірних вимірювань, що враховує різницю між швидкістю поширення лазерного випромінювання в атмосфері та швидкістю світла у вакуумі. Проведений аналіз включає критичний огляд публікацій, що лежать в основі цього методу й розгляд перспектив використання останнього у високоточних лазерних вимірюваннях горизонтальних базових ліній довжиною до 5 км із розширеною невизначеністю, що не перевищує 1 мм. Цей метод було досліджено в рамках проєкту 18 SIB01 GeoMetre “Великомасштабні вимірювання розмірів для геодезії”, виконаного відповідно до Європейської метрологічної програми з інновацій та досліджень (EMPIR). Метод розроблено в ННЦ “Інститут метрології” для використання під час вимірювань навколоземних еталонних базисів довжиною до 5 км з розширеною невизначеністю вимірювань близько 1 мм. Результати теоретичного аналізу, моделювання та чисельних оцінок (проведених для умов, за яких вплив атмосферної турбулентності є несуттєвим) підтвердили високі точності характеристики методу й дозволяють рекомендувати його для практичного використання в зазначених умовах для вимірювань на базисах, обладнаних апаратурою для визначення метеорологічних параметрів тропосфери в дискретних точках траєкторії сигналу далекоміра (тахеометра). Актуальним напрямом подальших досліджень є вдосконалення цього методу з метою забезпечення можливості його використання в умовах, коли необхідне врахування впливу атмосферної турбулентності на невизначеність визначення середньоінтегрального показника заломлення повітря.

Методика визначення поправкових коефіцієнтів спектральної розбіжності для світлової чутливості фотометрів при вимірюванні характеристик світлодіодних ламп

Микола Гур'єв — 2024-06-25

У статті описано проблеми, пов’язані з метрологією світлодіодних джерел. Основною проблемою є різниця між спектрами світлодіодних ламп і спектрами еталонних ламп, які в основному є високостабільними й добре відтворюваними лампами розжарювання. Різниця в спектрах призводить до того, що світлова чутливість відкаліброваного фотометра буде різною для еталонної лампи розжарювання й для світлодіодної лампи, тому що відносна спектральна характеристика чутливості фотометра завжди відрізняється від спектральної чутливості людського ока (V(λ) кривої), яка визначає всі світлові величини. Чим більша різниця між відносною спектральною чутливістю фотометра і V(λ), тим більше буде відрізнятися світлова чутливість фотометра для еталонної лампи й для світлодіодного випромінювача. Ця проблема особливо актуальна для великих сферичних фотометрів, які вимірюють весь світловий потік, що виходить від лампи, а проведення дослідження відносної спектральної характеристики є дуже складним, практично нездійсненним завданням, через великі розміри сфери фотометра, що вимагає великих рівнів потоку для забезпечення прийнятного рівня сигналу на приймачі сфери. Тому найбільш актуальним завданням є розробка методу визначення поправкового коефіцієнта спектральної розбіжності джерел випромінювання на основі не установок для визначення спектральної чутливості на основі монохроматорів із потужним джерелом випромінювання, а на основі установок з інтегральними джерелами випромінювання. Світлові потоки від інтегральних джерел випромінювання забезпечують достатній сигнал для приймача інтегруючої сфери.

У статті описано розроблений в ННЦ “Інститут метрології” метод експериментального визначення поправкового коефіцієнта спектральних розбіжностей світлової чутливості фотометра для вирішення завдань метрологічного забезпечення світлодіодних джерел. Наведено методи експериментального дослідження поправкових коефіцієнтів спектральної розбіжності для світлової чутливості засобів вимірювання світлових величин світлодіодних джерел випромінювання.

Застосування політики екодизайну та енергетичного маркування для підвищення енергоефективності та якості світлодіодних джерел світла

Світлана Шпак — 2024-06-25

Одним із пріоритетних напрямків політики енергозбереження є екодизайн, який передбачає заходи щодо зменшення негативних впливів на навколишнє середовище і підвищення функціональності світлодіодних джерел світла. У статті наведені результати дослідження комерційних зразків світлодіодних ламп неспрямованого світла різних торговельних марок на відповідність Регламенту Комісії (ЄС) 2019/2020 про встановлення вимог до екодизайну джерел світла та Декларованого Регламенту Комісії (ЄС) 2019/2015 щодо енергетичного маркування, які набули чинності в 2021 році. Показано, що світлова віддача досліджених партій ламп потужністю 5–12 Вт знаходиться в інтервалі 90–120 лм/Вт, що відповідає класам енергоефективності, згідно з новою рейтинговою шкалою Регламенту Комісії (ЄС) 2019/2015, F і E. За останні десятиріччя світлова віддача ламп, що надходять в Україну, підвищилась більш ніж на 30%. Також покращені якісні показники світла: у всіх досліджених ламп загальний індекс кольоропередачі R_a>80; у 5 із 8 партій ламп нерівномірність колірності не перевищує 3-ступеневих еліпсів Мак-Адама і лише в одній партії окремі лампи перевищують 6-ступеневий еліпс; усі досліджені лампи відповідають вимогам за рівнем мерехтіння (P_st_LM<1) і рівнем видимості стробоскопічного ефекту (SVM < 0,4). Відзначені також окремі невідповідності ламп встановленим вимогам, зокрема лампи потужністю 11 та 12 Вт не відповідають за коефіцієнт потужності cosφ₁, ряд виробників не в повному обсязі декларують характеристики своєї продукції; значна частина ламп має низький спеціальний індекс кольоропередачі R₉. Зроблені висновки про ефективність політики екодизайну та енергетичного маркування в підвищенні енергоефективності, якості та безпечності світлодіодних ламп.

Визначення коригувальних факторів та поправкових коефіцієнтів для розрахунків поглинутої дози

Костянтин Озерський — 2024-06-25

Необхідність контролю дози, що отримує пацієнт при променевій терапії (ПТ), диктується вимогами до гарантії якості, яка охоплює велику систему організаційних та технічних заходів, спрямованих на досягнення єдності й точності дозиметричних вимірювань. Кінцева мета використання системи гарантії якості у ПТ – забезпечення високої точності відпускання дози на пухлину, зменшення об’ємів опромінення нормальних, здорових тканин та органів, що знаходяться біля мішені (пухлинного ураження). Встановлено, що для підвищення ефективності променевого лікування та зниження кількості ускладнень у наступному періоді необхідно опромінювати локальну мішень у тілі пацієнта з похибкою дози не більше ±5%. Якщо ця вимога не виконується, то при відпусканні поглинутої дози нижче заданого значення ефективність променевої терапії різко знижується та призводить до виникнення рецидиву захворювання, тоді як при перевищенні заданої дози – високий ризик виникнення променевих ускладнень.

В основі цього аудиту лежить перевірка точності калібрування струменів апаратів дистанційної променевої терапії за допомогою термолюмінесцентних (ТЛ) детекторів – невеличких пластикових капсул, наповнених термолюмінесцентним порошком, які надсилають поштою до радіологічних центрів для опромінення певною дозою у водному фантомі.

Для контролю розрахунку поглинутої дози у воді за допомогою ТЛ-дозиметрів, опромінених на гамма- терапевтичному апараті дистанційної променевої терапії, необхідно вивчити вплив різних чинників (фейдінгу, нелінійності показів, енергетичної залежності, відтворення ТЛ-сигналу, наявності тримача) на величину ТЛ- сигналу. Нами були вивчені та визначені різні коригувальні чинники й значення їхніх похибок, які впливають на калібрування системи (порошок TLD-100 (Rexon), термолюмінесцентний зчитувач PCL-3). При визначенні коригувальних чинників для врахування денного дрейфу приладу PCL-3 значення ТЛ-сигналу, отриманого при висвічуванні, корегувалося за показниками контрольного порошку. Як контрольний порошок використовувався TLD-100 (Rexon), опромінений поглинутою дозою у воді 2 Гр за стандартних умов, витриманий чотири місяці для отримання стабільного ТЛ-сигналу.

Розширення вимірювальних можливостей болометричного давача потужності терагерцових хвиль на основі недорогої та стабільної вимірювальної системи

Марчін Войцеховскі — 2024-06-25

У статті розглядаються результати спільної праці Центральної служби мір та ваг у Республіці Польща та Військової технічної академії у Варшаві в рамках проєкту “Узгодженість вимірювань при вимірюваннях електромагнітної потужності в суб-ТГц діапазоні”. Наведений проєкт реалізовується на основі програми Міністра освіти та науки Республіки Польща “Польська метрологія”. Розглянуто основні проблеми при дослідженнях потужності електромагнітного випромінювання терагерцового діапазону за допомогою болометричного детектора. Описано конструкцію та параметри вимірювальної системи для дослідження потужності електромагнітного випромінювання терагерцового діапазону, що базується на високостабільних вимірювальних перетворювачах. Наведену в статті систему розроблено на основі використання резистивного болометричного детектора, власної продукції підсилювача сигналу та вимірювального перетворювача, що були спроєктовані та реалізовані в Центральній службі мір та ваг у Республіці Польща. Наведено результати метрологічної простежуваності до одиниць SI. Основною проблемою при вимірюваннях із використанням болометричних детекторів у ширших діапазонах є значно малі вихідні сигнали різниці. Цю проблему можна розв’язати за допомогою вискоточних та високостабільних підсилювачів сигналу й вимірювальних перетворювачів. Але наразi вимірювальні перетворювачі для застосування в терагерцовому діапазоні виготовляються з використанням нанотехнологій, що є дуже дорогими. Роботу присвячено розширенню вимірювальних можливостей болометричного детектора на основі високостабільної та недорогої вимірювальної системи в терагерцовому діапазоні. У результаті спільної праці було розроблено й протестовано вимірювальну систему, що характеризується високою стабільністю параметрів і коефіцієнтом підсилення понад 20 000 В/В.