CC BY
82
и основания Льюиса. Поверхность не подвергавшегося размолу оксида цинка можно представить в следующем виде:
...-гп-о-гп-о-гп-о-...
I I I I I I ...-о-гп-о-гп-о-гп -...
Основания Льюиса на поверхности оксида цинка имеют вид =/О2- в различных поверхностных позициях. Им соответствуют значения pKa, равные -4,4; -0,9; -0,3. Основания Льюиса в химических реакциях способны выступать донорами электронной пары, и за счёт этого они могут притягивать апротонные кислоты Льюиса или катионы В*. Также потенциально они могут притягивать молекулы воды по кислотному типу. При реакции с индикатором H-Ind идёт освобождение гидроксид-иона ОВ- из воды, которое приводит к увеличению рВ раствора. Основания Льюиса могут притягивать молекулы сероводорода H2S, хлорово-дорода HCl и другие молекулы газов, обладающих кислотными свойствами. Кислоты Льюиса имеют вид =/Zn2+. Им соответствует значение pKa, равное +14,2. В химических реакциях они принимают свободную электронную пару и притягивают основания Льюиса, гидроксид-ионы или воду по основному типу. При реакции с индикатором H-Ind идёт освобождение протона В+, которое приводит к уменьшению рВ раствора. Кислоты Льюиса могут реагировать на молекулы аммиака NH3.
На поверхности немолотого оксида цинка также присутствуют много центров Брёнстеда основного типа, которым соответствует значение pKa, равное + 12,8. Эти центры имеют вид =/ Zn2*-ОВ. При реакции с индикатором Ind- идёт освобождение гидрок-сид-иона ОН-, которое приводит к увеличению рВ раствора. На поверхности немолотого оксида цинка также присутствуют немногочисленные кислоты Брёнстеда, вида =/О2- - В.
При размоле оксида цинка в течение длительного времени идёт разрушение кристаллической решётки, которое приводит к перераспределению центров адсорбции. Структура поверхности принимает вид:
...-Zn-[ ]-Zn-0-[ ]-0-...
I I I I I
...-O-Zn-O-Zn-O-Zn-...
В результате деформации решётки появляются вакантные позиции вместо атомов цинка и кислорода. Это приводит к перераспределению центров адсорбции и изменению их характера.
Анализируя график РЦА оксида цинка, который размалывали в течение 2 часов, можно заметить,
что произошло увеличение количества кислот Льюиса (=/^п2+) и резкое уменьшение количества оснований Льюиса (=/О2-). Это можно удалением кислорода из кристаллической решётки. Распределение других центров адсорбции примерно осталось прежним.
Анализ графика РЦА оксида цинка, который размалывали 4 часов, показывает увеличение количества кислотных центров Льюиса, основных центров Брен-стеда с рКа, равным +12,8, и кислотных центров Бренстеда с рКа, равным +2,5. Это указывает на то, что при размалывании увеличилось количество оторванных атомов кислорода, и произошёл их переход в кислотные центры Бренстеда вида =/О-Н. Эти центры при реакции с индикатором Н-1пС дают катионы водорода Н+, которые уменьшают рН раствора.
Таким образом, можно сделать вывод, что при размоле оксида цинка происходит изменение распределения центров адсорбции на поверхности оксида. Однако количество кислот Льюиса и оснований Бренстеда, основанных на атоме цинка, остаётся стабильно большим. Также идёт уменьшение количества оснований Льюиса и увеличение числа кислот Бренстеда, основанных на атомах кислорода. Отсюда следует, что при размоле оксида цинка химические свойства поверхности меняются. Неразмолотый и механоактивированный оксид цинка будут по-разному реагировать на различные газы. Поэтому на основе оксида цинка с различным временем размола можно получить мультисенсорную интеллектуальную измерительную систему газового анализа.
Подводя итог, можно сделать вывод, что изучение распределения центров адсорбции позволяет предсказать химические свойства поверхности твёрдых веществ. Более удобным и дешёвым способом изучения РЦА является индикаторный метод, основанный на адсорбции молекул индикатора с различным значением кислотности. Этот метод позволяет с высокой точностью определить количество центров Брёнстеда и Льюиса на поверхности, что подтверждается результатами рентгеновской фотоэлектроскопии [4]. Изучение химических свойств поверхности очень важно для решения различных научных задач, например, для создания мультисенсорных систем анализа газов. Именно поэтому индикаторный метод изучения РЦА является очень интересным и важным направлением в науке.
Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Министерства образования и науки РФ в рамках проектной части государственного задания ПГУ № 16.897.2017/ПЧ, а также Стипендии Президента РФ СП-3800.2018.1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аверин И. А., Пронин И. А., Печерская Р. М. Мультисенсорные газовые системы на основе нано-технологий и перспективы выхода на инновационный рынок //Труды Международного симпозиума «Надежность и качество» - 2011.
2. Карманов А. А. Особенности синтеза материалов для чувствительных элементов мультисенсорных систем золь -гель методом // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2 013. - Т. 2. - С. 115-118.
УДК 681.2.088
Ермаков1 Р.В., Кондратов2 Д.В., Львов1 А.А., Серанова1 А.А.
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., Саратов, Россия 2Поволжский институт управления им. П.А. Столыпина, Саратов, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОЙ ПОГРЕШНОСТИ ВОЛНОВОГО ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ГИРОСКОПА
Рассматривается модель вибрационной погрешности волнового твердотельного гироскопа. Волновые твердотельные гироскопы находят всё большее применение в технике, вытесняя устаревшие типы гироскопов. Основным их преимуществом перед приборами других типов является отсутствие движущихся частей и относительная простота конструкции при обеспечении достаточно высоких точностных показателей и широкого диапазона измеряемых угловых скоростей. Основным результатом работы является построенная модель, которая может служить основой для проверки экспериментальных данных конкретной модели волнового твердотельного гироскопа. Построенная модель позволяет производить оценку влияния вибраций на показания волнового твердотельного гироскопа на этапе разработки блоков на основе ВТГ исходя из сведений об уровне вибраций на целевом объекте. Ключевые слова:
ВОЛНОВОЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЫЙ ГИРОСКОП, ВИБРАЦИЯ, ПОГРЕШНОСТЬ
Введение. Постоянное повышение требований к навигационным приборам требует создания чувствительных элементов, сочетающих высокую точность, большой диапазон измерений и относительно невысокую стоимость. В настоящее время на рынке присутствуют такие инерциальные чувствительные элементы как лазерные, волоконно-оптические и микромеханические гироскопы [1,2]. В последнее время существенное развитие получили волновые твердотельные гироскопы (ВТГ) [3-6] . Принцип работы данного типа гироскопов основан на использовании инерционных свойств стоячей волны, возбуждаемой в упругой осесимметричной оболочке (резонаторе). Работы по разработке экспериментальных образцов волнового твердотельного гироскопа велись начиная с 60-х годов. Первые образцы были созданы в США фирмой Nortrop Grumman. [7]
Основным преимуществом волнового твердотельного гироскопа является сочетанием сравнительной простоты конструкции, небольших габаритов и энергопотребления, потенциальной высокой точности.
Традиционно выделяют [3-7] следующие достоинства ВТГ:
- высокая точность при несколько меньших размерах, чем у традиционных гироскопов, воло-конно-оптичеких, лазерных и иных типов гироскопов;
- достаточно широкий динамический диапазон измерений;
- малая чувствительность к линейным перегрузкам;
- устойчивость к ударным механическим воздействиям и радиационному излучению;
- слабое влияние температуры на точность;
- малое энергопотребление;
- высокая надежность, в том числе возможность работы после кратковременных перерывов электропитания;
- относительно малое время готовности.
однако, волновому твердотельному гироскопу
также присущ ряд недостатков, таких как:
- снижение добротности резонатора из-за металлизации внешней и внутренней поверхностей;
- возможные утечки электрических токов, которые приводят к возникновению дополнительных составляющих ухода гироскопа;
- относительно малая величина рабочих зазоров между поверхностями верхнего основания, резонатора и нижнего основания значительно осложняет конструкционные особенности системы для поддержания высокого вакуума в приборе;
- высокие требования к точности изготовления резонатора и качеству материала, что обусловлено чувствительностью несбалансированного волнового твердотельного гироскопа к вибрации.
Проанализировав ряд публикаций по тематике ВТГ, например, [8-10] можно сделать вывод, что основное внимание авторы уделяют исследованию возбуждения стоячей волны в резонаторе волнового твердотельного гироскопа и последующему съему информации с прибора. В то же время, с практической точки зрения представляет значительный интерес исследование влияния на показания волнового твердотельного гироскопа внешних воздействующих факторов, в частности, вибрации [1114].
В литературе, как правило, даются качественные оценки погрешности волнового твердотельного гироскопа при воздействии на него вибрации. Для получения качественных оценок большинство авторов рассматривают двумерную (плоскую) модель резонатора волнового твердотельного гироскопа в виде упругого кольца. В тоже время остается открытым вопрос построении модели погрешности волнового твердотельного гироскопа с точки зрения учета влияния внешнего источника вибрации.
Целью данной работы является попытка построения модели вибрационной погрешности волнового твердотельного гироскопа и исследования влияния
вибрации на точность прибора. Вибрационная погрешность традиционно считается случайной, некомпенсируемой погрешностью.
Математическая модель
Рассматривается ВТГ с полусферическим резонатором, плотность материала в котором распределена неравномерно по углу ф. Системы координат резонатора представлены на рисунка:': 1, 2.
Рисунок 1 - Система координат полусферического резонатора
Рисунок 2 - Схема деформации участка резонатора
Представим математическую модель полусферического ВТГ записанного через моменты, в виде (1):
эЧ (*) „
-f1+(M 2 - M) ctg0+^ ^ = -R2 X -
50 sin 0 дф
0 дt2 "
1 dM2 дМ12 sin 0 дф д0 д2М1 1 d2M2 ctg0 дМ,
d2ey (t)
- 2Mi2Ctg0 = -R Y - Г
(1)
,27 д\(t) ? Z - m0-^ r
д02 sin2 0 дф2 sin 0 дф
Здесь Mi, M2 - изгибающие моменты, M12, M21 -крутящие моменты, 0 и ф - сферические координаты, ex(t), ey(t),ez (t) ,- составляющие переносного виброускорения, X, Yr Z - силы инерции:
X = -р(ф)к(ы"„ -2Qv¡cos0);Y = -р(ф)А[у£ + 2Q(w¡sin0 + u't cos0)] Z = -р(ф)Н(м>'и - 2Q v't sin 0),
р(ф) - плотность оболочки, Q - угловая скорость вращения оболочки, u, v, w - локальные координаты,
So
2 i т/2 i ш2~\
, = -R¡} р(ф)Ь J (и2 + V2 + W2) sin SdS ,
U, V, W - функции Рэлея для сферической оболочки.
Для простоты, будем предполагать, что вибрация основания, на котором закреплен прибор, определяется гармоническим законом:
ex(t) = Ex sin(®0t + Ф0); ey(t) = Ey sin(®0t + Ф0); ez(t) = Ez sin(®01+ Ф0),
(2)
колебаний; о - частота поступательных колебаний, Ф0 - фазовый сдвиг колебаний.
где Е^,Е ,E - амплитуда амплитуды поступательных
Следует °™етить, чт° введение в систему щ = щ (^) + щ , у = у (ю0) + у , W = W0 (ет0) + W ■
уравнений слагаемого определяющего переносное гг гт , „
где U. V. W -выражения для сферической оболочки виброускорение позволяет определить именно не , ^
„ являются функциями от частоты вибрации основания
контролируемую погрешность прибора. Так как погрешности, связанные с постоянной вибрацией ®о , Uo (®о) - функции, определяющие можно компенсировать на этапе предварительной влияние переносного виброускорения, Щ,у,W -обработки информации, а возникновение дополни-
функции определяющие поведение стоячей волны без
тельного переносного виброускорения приводит к
учета вибрации основания
появлению дополнительной погрешности.
...... ,„, Заключение. Основным результатом работы яв-
Решение системы (1) с учетом (2) осуществля-
ляется построенная модель, которая может служить
ется методом Бубнова-Галеркина, при чем искомые
основой для проверки экспериментальных данных
функции представляются в виде разложения по вто-
конкретной модели волнового твердотельного ги-
рой форме собственных колебаний.
_ ,, роскопа. Построенная модель позволяет произво-
В результате определен коэффициент прецессии ^
дить оценку влияния вибраций на показания вол-
стоячей волны в резонаторе с учетом вибрации ос-
нового твердотельного гироскопа на этапе разра-нования может быть представлен в виде: „
ботки блоков на основе ВТГ исходя из сведений об
\v(U в W ' в\ ' Ode уровне вибраций на целевом объекте.
J ( cos sln )sln Результаты, отраженные в данной статье полу-
BF = - , чены при поддержке Минобрнауки РФ в сфере науч-
I^у2+(/2ной деятельности - задание № 9.2108.2017/ПЧ.
о
ЛИТЕРАТУРА
1. Возможность построения миниатюрных блоков измерителей угловых скоростей повышенной надежности для космических объектов на базе поплавковых ДУС с использованием современной элементной базы. / Л.Я. Калихман, Д.М. Калихман, А.В. Полушкин, Ю.В. Садомцев, Р.В. Ермаков, С.Ф. Нахов // 14 Санкт
- Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: Изд -во ЦНИИ «Электроприбор», 2007. С. 29-37.
2. Применение микропроцессоров в схемотехнических решениях прецизионных кварцевых маятниковых акселерометров / Д.М. Калихман, Л.Я. Калихман, Ю.В. Садомцев, А.В. Полушкин, Р.В. Ермаков, С.Ф. Нахов, В.Ю. Чеботаревский // В сборнике: Юбилейная XV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. ГНЦ РФ ФГУП ЦНИИ "Электроприбор". Санкт-Петербург, 2008. С. 173-176.
3. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. - М.: Наука, 1985.
4. Матвеев, В.А. Навигационные системы на волновых твердотельных гироскопах / В.А. Матвеев, Б.С. Лунин, М.А. Басараб, - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 240 с.
5. Лунин Б.С., Матвеев В.А., Басараб М.А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технология.
- М.: Радиотехника, 2014. - 176 с.
6. Требухов А.В., Бахонин К.А., Редькин С.П., Некрасов А.В. Разработка БИНС на основе твердотельного волнового гироскопа // Материалы конференции "Навигация, гидрография и океанография -2011", Санкт-Петербург, 2011.
7. Lynch D.D. Hemispherical resonator gyro // IEEE Trans. Aerosp. Elecrton. System. 1984. - № 17. - P. 432 - 433
8. Vibration-included drift in the hemispherical resonator gyro // Proc. Of the Annual Meeting of the Institute of Navigation, 23-25 June, 1987. - Dayton, Ohio. - P. 34 - 37.
9. Меркурьев И.В,, Подалков В.В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 228 с. - ISBN 978-5-9221-1125-6
10. Мартыненко, Ю.Г. Управление нелинейными колебаниями вибрационного кольцевого микрогироскопа / Ю.Г. Мартыненко, И.В. Меркурьев, В.В. Подалков // Изв. РАН. МТТ, - 2008, -№3. - С.77-89.
11. Особенности применения микромеханических инерциальных датчиков при эксплуатации на летательных аппаратах вертолетного типа / Р.В. Ермаков, Д.В. Кондратов , А.А. Львов, Е.Н. Скрипаль // Труды Международного симпозиума НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО. Пенза. Издательство ПГУ.- 2 017. - Т. 2. -С.122-124
12. Методы и результаты испытаний инерциальных датчиков, предназначенных для эксплуатации на летательных аппаратах вертолетного типа / Р.В.Ермаков, А.Н.Попов, Е.Н.Скрипаль, Д.М.Калихман, Д.В.Кондратов, А.А.Львов // XXIV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. - СПб.: Изд - во ЦНИИ «Электроприбор», 2017. С. 244 - 248
13. Балабан О.М., Львова Е.В., Серанова А.А., Томашевский Ю.Б. Исследования измерителей мощности в режиме несинусоидальных сигналов // Труды Международного симпозиума НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО. Пенза, 2017. Т. 2. С. 124 - 128.
14. Особенности применения микромеханических инерциальных датчиков при эксплуатации на летательных аппаратах вертолетного типа / Р.В. Ермаков, Д.В. Кондратов, А.А. Львов, Е.Н. Скрипаль // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т.2. С. 122-124
УДК: 004.021, 004.048 Ляпин А.М.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Россия, Пенза
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ТЕКСТОВЫХ ДОКУМЕНТОВ В ВИДЕ СТРОКОВЫХ ВЕКТОРОВ ДЛЯ ЗАДАЧ КЛАССИФИКАЦИИ. МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ КЛАССИФИКАЦИИ ДЛЯ РАБОТЫ СО СТРОКОВЫМИ ВЕКТОРАМИ
Изучив текущие исследования в области классификации текстовых документов методами интеллектуального анализа данных, основанными на векторном представление входных данных, выявлено, что некоторые методы негативно реагируют на вектора больших размеров с разреженным распределением, и требуют значительное количество системных ресурсов для выполнения расчётов. Предложено изменить стандартное представление документов в виде числовых векторов на представление в виде строковых векторов. Также предложены модифицированные версии двух наиболее используемых методов классификации, которые в качестве входных данных используют строковые векторы. Разработана новая функция "среднего семантического подобия". Данная функция используется в модифицированных методах, что позволяет сделать их более устойчивыми к разреженным данным. Экспериментально показано, что предложенные версии имеют более высокий показатель точности и полноты классификации, а также требуют меньше системныхресур-сов.
Ключевые слова:
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ, ЧИСЛОВЫЕ ВЕКТОРЫ, СТРОКОВЫЕ ВЕКТОРЫ, МАТРИЦА ПОДОБИЯ, ФУНКЦИЯ СРЕДНЕГО СЕМАНТИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ
