CC BY
12
into account the peculiarities of the space flight control process. The principle of the control technique using a digital twin created on the basis of real data of the spacecraft functioning is enlarged.
Key words: spacecraft, flight control, control system, intellectualization, state analysis.
Soloviev Sergey Vladimirovich, candidate of technical sciences, lead designer, [email protected], Russia, Korolev, PAO «RSC «Energia» them. S.P. Koroleva
УДК 535.3
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ МЕТОДОМ КОНТРОЛЯ, АНАЛИЗИРУЮЩИМ РАСХОДИМОСТЬ
Е.Е. Майоров, О.В. Громов, В.В. Курлов, В.Б. Коцкович, Е.А. Петрова, В.П. Пушкина, И.С. Таюрская
В работе проведено исследование рельефа поверхности биологических объектов методом контроля, анализирующим расходимость. Показана актуальность работы, так как оптические методы в научных исследованиях перспективны. Приведена оптическая схема измерительной системы. Получены результаты измерений расстояния до поверхности зубной ткани in vitro относительно среднего значения пациентов младшей возрастной группы и старшей возрастной группы.
Ключевые слова: высота вариации рельефа, поверхность, оптическая система, угол падения, зондирующий пучок, объектив, диафрагма.
В современной научной и производственной практиках огромное внимание уделяется вопросам измерения рельефа поверхности объектов различного назначения [1, 2].
Для решения данных вопросов существует большой спектр методов и технических средств - контактные и бесконтактные. Как правило, контактные методы используются в конструкциях механических приборов и систем [3, 4]. В зависимости от предназначения, такие приборы и системы позволяют измерять рельеф поверхности с точностью от 100 мкм до 0,5 мкм.
Данные методы и системы, построенные на них не пригодны для измерения рельефа поверхности объектов с малой устойчивостью к механическому воздействию. В процессе измерений относительно быстро выходит из строя контактный элемент, а также необходимы высокие требования к надежной виброзащите [5, 6].
Приведенные недостатки можно исключить, используя бесконтактные методы измерения рельефа поверхности объектов. Эти методы реализуются в оптических приборах и системах [7, 8]. Оптические методы и технические средства измерений рельефа поверхности объектов основаны на сборе и обработке светового излучения, отраженного от исследуемой поверхности.
Информация, приведенная в научной литературе, говорит о том, что в вопросах измерения рельефа поверхности перспективными приборами и системами являются оптические, использующие метод контроля, анализирующий расходимость [9, 10]. Приборы указанного типа имеют преимущества над контактными по точности измерений, диапазону измерений, малогабаритны, просты в эксплуатации и удовлетворяют требованиям производственного контроля.
Поэтому целью работы является исследование рельефа поверхности биологических объектов методом контроля, анализирующим расходимость.
Метод и объекты исследования. Измерение рельефа (высоты вариации рельефа) поверхности зубной ткани in vitro проводились на 60 образцах. Объекты исследования были предоставлены ООО «Центр имплантации и комплексного лечения» г. Санкт-Петербург. В качестве биологических объектов использовались 60 зубов, удаленных по ортопедическим и хирургическим показаниям у пациентов младшей (до 25 лет) и старшей (от 45 до 60 лет) возрастных групп.
Измерение высоты вариации рельефа поверхности зубной ткани были получены методом контроля, анализирующим расходимость светового излучения [11, 12].
отраженного излучения: 8 — источник излучения; О — объектив;
Р — контролируемая поверхность; *1, *2 — диафрагмы; В1, В2 — светоделители;
О1, Б2 — фотодетекторы
Итак, в работе приведена система, в которой для получения данных о высоте вариации рельефа поверхности зубной ткани анализируется расходимость (фокусировка) зондирующего излучения отраженного от поверхности объекта.
На поверхность объекта проектируется световое пятно с помощью объектива О (рис. 1). Этим же объективом и двумя светоделителями в отраженном от объекта свете формируются два изображения пятна. На оптических осях расположены две точечные диафрагмы на различных расстояниях от плоскостей фокусировки изображений светового пятна. С помощью фотодетекторов Б1 и Б2 измеряются световые потоки Ф1 и Ф2 за диафрагмами. Для оценки рельефа поверхности анализируется отношение потоков Ф1/Ф2.
В качестве источника излучения использовался источник белого света, для которого погрешность измерения была 0,1 мкм. Эксперимент проводился при апертуре освещения 0,06 и рабочем расстоянии до объекта 400 мм.
Экспериментальные результаты. Процесс измерений заключается в следующем. Измерительная система крепится на подвижной части координатно-измерительного устройства на расстоянии, равном Ьр от контролируемой поверхности (рис. 2). Величина Ьр есть среднее расстояние от оптической системы до исследуемой поверхности, которое определяется параметрами оптической схемы и величиной 5т -предполагаемой вариацией высоты рельефа. Далее производится относительное перемещение зондирующего луча и поверхности объекта. В процессе эксперимента перемещается координатно-измерительное устройство в плоскости, перпендикулярной зондирующему излучению. Цель перемещения - просканировать всю, подлежащую контролю, поверхность объекта.
Рис. 2. Измерения рельефа поверхности с помощью оптической системы: а - сканирующий; б - триггерный; М- оптическая система; Р - контролируемая поверхность; S - зондирующий пучок; ХХ - траектория движения системы
В процессе экспериментальных исследований регистрировались результаты измерений расстояния до поверхности при угле падения зондирующего излучения 0 = 0 Контролируемая поверхность ориентировалась относительно зондирующего луча под углом 0 = 0 ° [13, 14]. Таким образом, номинальное расстояние до поверхности оставалось неизменным, и регистрировались флуктуации результатов измерений этого расстояния. Объект крепился на микрометрическом столике под фиксированным углом к зондирующему излучению. Перемещение оптической системы относительно поверхности объекта осуществлялось с шагом 50 мкм. Для исследуемого образца производилось 10 измерений.
Результаты измерений представлены на рис. 3 и 4.
100 200 300 400 500 х, мкм
Рис.. 3. Результаты измерений расстояния до поверхности зубной ткани in vitro относительно среднего значения пациентов младшей возрастной группы
100 200 300 400 500 х, мкм
Рис. 4. Результаты измерений расстояния до поверхности зубной ткани in vitro относительно среднего значения пациентов старшей возрастной группы
Представленные зависимости существенно отличаются. На рис. 3 погрешность измерений меньше, чем погрешность на рис. 4. Видимо это связано с тем, что у поверхности зубов старшей возрастной группы высота вариации рельефа больше, чем у младшей возрастной группы. Так как твердые ткани зуба в течение некоторого времени начинают «стареть», появляются провалы, трещины в эмалевой структуре, все это приводит к появлению сложной формы шероховатости поверхности. Поэтому у пациентов старшей возрастной группы рельеф поверхности зубной ткани более грубый и кривая рельефа носит сложный характер.
Заключение. Таким образом, при исследовании твердых тканей зубов in vitro пациентов разного возраста наибольшая погрешность измерений выявлена у поверхности эмали старшей возрастной группы.
Полученные данные свидетельствует, что ткани зубов имеющие большую шероховатость склонны к быстрому разрушению. Проведенные исследования представляют интерес как для оптического приборостроения, так и для медицины, в частности, терапевтической стоматологии.
Список литературы
1. Hausler G., Bickel G., Maul M. Optica in modern science and technology // Conf. Dig. ICO-13. 1984. P.534
2. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение. 1987. 264 с.
3. Луцкая И.К. Практическая стоматология. Мн.: Бел. наука, 1999. 360 с.
4. Котов И.Р., Майоров Е.Е., Хопов В.В. Интерферометрические исследования биологических объектов // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2004. №15. С.70-72.
5. Maiorov E.E., Prokopenko V.T., Ushveridze L.A. A system for the coherent processing of specklegrams for dental tissue surface examination // Biomedical Engineering. 2014. Vol. 47. No. 6. P. 304-306. DOI: 10.1007/s10527-014-9397-2.
6. Прокопенко В.Т., Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Удахина С.В., Цыганкова Г. А., Хайдаров А.Г., Черняк Т. А. Оптико-электронный прибор для контроля геометрических параметров диффузно отражающих объектов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2016. Т. 59. Вып. № 5. C. 388-394. DOI: 10.17586/0021-3454-2016-595-388-394.
7. Майоров Е.Е, Попова Н.Э., Шаламай Л.И., Цыганкова Г.А., Черняк Т.А., Пушкина В.П., Писарева Е.А., Дагаев А.В. Цифровая голографическая интерферометрия как высокоточный инструмент в стоматологии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып.10. С. 249-256.
8. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Писарева Е.А. Исследование спектрофотометра ультрафиолетовой области длин волн для анализа спектров пропускания дисперсных сред // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 357- 365.
9. Майоров Е.Е., Туровская М.С., Литвиненко А.Н., Черняк Т.А., Дагаев А.В., Пономарев С.Е., Курлов В.В., Катунин Б.Д. Исследование разработанного спектрофотометра для ультрафиолетовой области спектра и его технико-экономическое обоснование // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2018. №7. С. 3843.
10. Maiorov EE., Shalamay L.I., Dagaev A.V., Kirik D.I., Khokhlova M.V. An in-terferometric device for detecting subgingival caries // Biomedical Engineering. 2019. Vol. 53. P. 258-261. DOI: 10.1007/s10527-019-09921-0.
11. Майоров Е.Е., Туровская М.С., Шаламай Л.И., Черняк Т. А., Хохлова М.В., Таюрская И.С., Константинова А.А., Арефьев А.В. Обработка интерференционного сигнала, отраженного от биологического объекта методом дифференцирования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2019. № 11. C. 23-31. DOI: 10.25791/pribor. 11.2019.1003.
12. Прокопенко В. Т., Майоров Е. Е., Шаламай Л.И., Хохлова М.В., Катунин Б.Д., Капралов Д.Д. Исследование in vivo минерализованных областей эмали под десной с помощью интерферометрического прибора // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 7. С. 643-649. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-627-643-649.
13. Майоров Е.Е, Прокопенко В.Т., Шаламай Л.И., Хохлова М.В., Туровская М.С., Ушакова А.С., Дагаев А.В. Применение сканирующей интерферометрии в низкокогерентном свете для измерения in vivo деминерализованных областей эмали под десной // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62. № 2. С. 128135. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-2-128-135.
14. Майоров Е.Е, Шаламай Л.И., Попова Н.Э., Коцкович А.В., Дагаев А.В., Хайдаров Г.Г., Хайдаров А.Г., Писарева Е.А. Исследование кариеса на ранней стадии образования когерентной сканирующей интерферометрией в низкокогерентном свете // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2018. № 11. C. 25-30. DOI: 10.25791/pribor. 11.2018.000.
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. тех. наук, доцент, заведующий кафедрой, majorov eeamail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС,
Громов Олег Владимирович, канд. тех. наук, доцент, oleggromoffamail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС,
Курлов Виктор Валентинович, канд. тех. наук, доцент, vitek543aramblerl. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Коцкович Владимир Богданович, канд. тех. наук, доцент, kotskovich vh amail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Петрова Екатерина Александровна, канд. экон. наук, доцент, заведующий кафедрой, likaterina.petrova.fibdagmail.com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики,
Пушкина Вера Павловна, канд. экон. наук, доцент, vera150465@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Таюрская Ирина Соломоновна, канд. экон. наук, доцент, tis ivesepamail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС
INVESTIGATION OF THE SURFACE RELIEF OF BIOLOGICAL OBJECTS BY A CONTROL METHOD THA T ANALYZES DIVERGENCE
E.E. Maiorov, O. V. Gromov, V. V. Kurlov, V.B. Koskovich, E.A. Petrova, V.P. Pushkina,
I.S. Tayurskaya
The study of the surface relie f of biological objects by the control method analyzing divergence is carried out. The relevance of the work is shown, since optical methods in scientific research are promising. The optical scheme of the measuring system is given. The results of measurements of the distance to the surface of dental tissue in vitro relative to the average value of patients o f the younger age group and the older age group were obtained.
Key words: height variation of the terrain, surface, the optical system, the angle of incidence of the probing beam, lens, aperture.
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, majorov ee a mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the interparliamentary Assembly of EurAsEC,
Gromov Oleg Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, oleggromoff(@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the inter-parliamentary Assembly of EurAsEC,
Kurlov Viktor Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, vitek543(ramblerl. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Koskovich Vladimir Bogdanovich, candidate of technical sciences, docent, kotsko-vich vhamail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Petrova Ekaterina Alexsandrovna, candidate of economic sciences, docent, head of the department, Ekaterina.petrova. [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint Petersburg University of Management Technologies and Economics,
Pushkina Vera Pavlovna, candidate of economic sciences, docent, vera150465@yandex. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Tayurskaya Irina Solomonovna, candidate of economic sciences, docent, tis ivesep@mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the EurAsEC inter-parliamentary Assembly
УДК 681.518.3
МОДЕЛЬ ОЦЕНИВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
ДО. Сысоев, А.В. Малахов, ЛИ. Шитова
Рассмотрена задача оценивания эффективности автоматизированных измерительных систем и построение математической модели оценивания эффективности на примере рабочих мест по поверке средств измерений путем идентификации показателей, моделирования функционирования оцениваемой системы и вычисления комплексных показателей эффективности рабочих мест в соответствии с принятым критерием эффективности.
Ключевые слова: эффективность, автоматизированная измерительная система, рабочее место, математическое моделирование.
В современной прикладной метрологический деятельности принципы организации и эффективности автоматизированных измерительных систем (АИС), используемых при определении метрологических характеристик средств измерений (СИ), или другими словами рабочих мест (РМ) по поверке СИ, существенно зависят от уровня развития технологий. Поэтому актуальной научной и производственной задачей является разработка методик и моделей оценивания эффективности сложной измерительной системы «РМ - СИ» [1].
Эффективность отражает качественные свойства функционирования системы на основе требуемых и достигаемых результатов [2]. Из-за их возможного несоответствия обуславливается необходимость оценки эффективности системы.
