КОНТРОЛЬ ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТРАЖАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ SiO2 + H2O + ZrO2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ, ПОСТРОЕННОЙ НА БАЗЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФИЗО Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Малетин Андрей Николаевич, канд. техн. наук, старший научный сотрудник военного института (научно-исследовательского), Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского

EVAL UATION OF THE POSSIBILITY OF USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS TO ENSURE THE SAFE MOVEMENT OF SHIPS AND AIRCRAFT

A.I. Mukhin, A.N. Maletin

The possibility of using artificial intelligence to ensure the safe movement of ships and aircraft in the processing of Big Data obtained as a result of radio monitoring is considered. For this purpose, such a neural optimizer was chosen, which showed the best characteristics in the conditions of radio monitoring. Machine learning of the system was carried out, and a neural network was formed. Two large samples were generated and analyzed: training and predicted. As a result of the analysis of samples, a conclusion was made about the possibility of using artificial intelligence to ensure the safe movement of ships and aircraft.

Key words: artificial intelligence, Big Data, neural network, machine learning, radio monitoring, radio sources, radio electronic means, radio electronic environment, safe movement of ships and aircraft.

Mukhin Anatoly Ivanovich, candidate of technical sciences, teacher of the department, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F.Mozhaisky,

Maletin Andrej Nikolaevich, candidate of technical sciences, senior researcher of military institute (research), Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky

УДК 681.787

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-132-137

КОНТРОЛЬ ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТРАЖАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ SiOi + H2O + ZrOi ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ, ПОСТРОЕННОЙ НА БАЗЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФИЗО

Е.Е. Майоров, В.П. Пушкина, А.В. Арефьев, В.В. Курлов, Р.Б. Гулиев, И.С. Таюрская

В работе рассмотрены вопросы контроля плоских поверхностей отражателей на основе SiO2 + H2O + ZrO2 экспериментальной установкой, построенной на базе интерферометра Физо. В настоящее время оптическое приборостроение большое внимание уделяется оптической компонентной базе для совершенствования оптических и оптико-электронных приборов, поэтому представленная работа перспективна и актуальна. В работе приведены оптическая схема, внешний вид и технико-эксплуатационные характеристики установки. Получены данные о поверхностях плоских отражателей разных геометрических форм. Проанализированы интерферограммы оптических поверхностей и исследованы представленные образцы в поперечном и продольном направлениях.

Ключевые слова: плоская поверхность, отражатель, интерферометр Физо, размах, отклонение, интерферограмма.

В настоящее время оптическое приборостроение заинтересовано в создании современных оптических и оптико-электронных приборах и комплексах, удовлетворяющих новым вызовам в мировой оптотехнической промышленности [1, 2].

Разработчики прикладывают максимальные усилия для того, чтобы вывести на новый уровень технические характеристики оптотехнических средств, в частности, увеличить точность измерений, расширить диапазон измерений, сделать их компактными и удобными в эксплуатации [3, 4].

Особое внимание уделяется оптической компонентной базе этих приборов и комплексов. Оптические предприятия и объединения применяют механические, химические, а также оптические технологии для получения высококачественных оптических компонентов, деталей, покрытий, которые используются в выпускаемой продукции. Улучшение конструкции оптических и оптико-электронных приборов решает проблему функциональности, которая является основным показателем качества продукции

[5, 6].

На сегодняшний день в оптическом приборостроении плоские отражатели на основе SiO2 + H2O + ZrO2 изготавливаются для оптических систем приборов и комплексов различного назначения. Они применяются в колориметрических приборах с однополосной и двухполосной интегрирующих сферах, рефрактометрических приборах в качестве отражательных зеркал, интерференционных приборах где необходимы опорные отражатели и т.д. [7, 8].

Для измерений оптических плоских поверхностей используют оптико-электронные комплексы на основе интерферометра Физо. Интерферометр Физо - прибор, в котором появляется интерференция между двумя отражающими поверхностями.

Научно-техническая литература подчеркивает, что выявление плоскостности поверхностей можно проводить с точностью 1/20 >____1/30 X на интерферометре Физо [9, 10].

Поэтому может представлять интерес исследование плоских отражателей на основе SiO2 + Н20 + 2Ю2. В связи с разработкой большого числа различных оптических деталей для высокоточных оптических приборов и систем важное значение приобретает рассмотрение вопросов контроля качества оптических поверхностей.

Целью работы явилось исследование плоской поверхности отражателя на основе SiO2 + Н20 + 2Ю2 экспериментальной установкой, построенной на базе интерферометра Физо.

Постановка задачи. Для высокоточных оптических и оптико-электронных приборов и комплексов отражатели (зеркальные и матовые) являются одними из основных оптических элементов. И от того какая плоскостность оптической поверхности отражателя зависят достоверность, информативность и точность измерений.

В работе необходимо провести контроль поверхности плоских отражателей разных геометрических форм (прямоугольные, круглые и трапецеидальные). Проанализировать интерферограммы оптических поверхностей. Исследовать представленные образцы в поперечном и продольном направлениях. Выявить деформационную составляющую и дать оценку качеству изготовленных поверхностей плоских отражателей.

Объекты и метод исследований. В качестве объектов исследования были плоские отражатели разных геометрических форм с одинаковой толщиной s = 0,15 мм и толщиной покрытия рабочей части образцов равной 10 мкм.

Для получения интерферограмм и экспериментальных зависимостей коэффициента отражения в продольном (х) и поперечном (у) направлениях от плоских поверхностей образцов использовалась экспериментальная установка на базе интерферометра Физо. На рис. 1 показан внешний вид установки.

Для измерений плоскостных оптических поверхностей образцов применяют интерферометр Физо. В интерферометре объектный ветвь, в котором находится исследуемая поверхность объекта совмещается с опорной ветвью, где расположена образцовая (эталонная) поверхность, формирующая опорный волновой фронт. Такая схема работает благодаря проходящему свету через эталонную поверхность.

Рис. 1. Внешний вид экспериментальной установки

На рис. 2 дана оптическая схема интерферометра Физо. В качестве эталонной поверхности используется фронтальная поверхность клиновидной пластины, выполненная с образцовой точностью на уровне 1/20 X.

Свет от когерентного источника 1 (ЛГ-79-1 - Не-№ лазер с X = 0,63 мкм, Р = 15 мВт и 1с = 50 см) собирается и фокусируется микрообъективом 2. В фокусе микрообъектива установлена точечная диафрагма, которая отсекает пространственные частоты и улучшает однородность светового пучка. Далее световой пучок преобразуется в расходящийся, который после светоделителя 3 преобразуется в кол-лимирующий объективом 4. Параллельный пучок лучей, вышедший из объектива 4 отражается от верхней плоскости поверхности контролирующего образца 6 и от нижней плоскости поверхности эталона 5. В обратном ходе лучи пройдя объектив 4 и, отразившись от светоделителя, формируют интерференционную картину полос равной ширины в плоскости наблюдателя 7. Ширину и направление полос регулируют перемещениями микрометрического стола.

Технико-эксплуатационные характеристики экспериментальной установки:

- предельная инструментальная погрешность - Х/20;

- апертура проверяемых поверхностей не более - 0,25;

- числовая апертура объектива - 0,2;

- пределы перемещения интерференционной головки по 3-м осям, мм - + 10;

- приемники изображения - фотокамера «Зенит» и цифровая камера ТоирСат;

- источник света - лазер ЛГ-79-1;

- длина волны излучения, мкм - 0,63;

- габаритные размеры, мм - 700*350*520;

- масса, кг - 60.

.5

Рис. 2. Оптическая схема интерферометра Физо: 1 - источник когерентного излучения; 2 - микрообъектив; 3 - светоделитель; 4 - коллимирующий объектив; 5 - клиновидная пластина с эталонной поверхностью; 6 - контролируемая поверхность образца; 7 - плоскость наблюдения

Экспериментальные результаты. В результате экспериментальных измерений были получены интерферограммы рабочих плоских поверхностей образцов разной геометрической формы. На рис. 3 приведены результаты съемок. В процессе измерений необходимо было получить информацию о деформации исследуемых волновых фронтов оптических изделий. Полученные интерферограммы были обработаны компьютерной программой Master Zebra. Изображения интерферограмм были преобразованы в графический формат файлов (tiff). Программой была проведена аппроксимация функции деформации волнового фронта по полиномам Цернике. После чего программа выводила на дисплей основные параметры деформации: размах (S), и среднее квадратичное отклонение (о). Для прямоугольного образца: S = 0,331278 мкм, о= 0,073257 мкм. Для круглого образца: S = 0,213561 мкм, о= 0,051123 мкм. Для трапецеидального образца: S = 0,712341 мкм, о= 0,091599 мкм.

Плоские поверхности были измерены с точностью не хуже 0,05 X.

а) 6) В)

Рис. 3. Интерферограммы оптических поверхностей: а - прямоугольный отражатель; б - круглый

отражатель; в - трапецеидальный отражатель

На рис. 3 показаны интерферограммы поверхностей, где отсутствует какая-либо сферичность, то есть нет аберраций, а значит, поверхность высокого качества. Само интерференционное изображение высокого качества, чистоты поверхности и отсутствуют шумы. С помощью компьютерной программы Master Zebra обеспечили высокую надежность опознания и измерения координат интерференционных полос, стабильную повторяемость выходных числовых величин, что является гарантией достоверности и

точности экспериментальных данных. Также проанализированы карты и профили деформаций волновых фронтов, которые подтверждают высокое качество поверхностей.

В работе проведены исследования с применением другой компьютерной программы Interferometer, которая позволила получить данные о коэффициенте отражения при смещении поверхности объекта по координатам x и у. На рис. 4 приведены зависимости коэффициента отражения от продольного и поперечного смещений поверхности.

У всех представленных образцов измерялась рабочая поверхность в продольном направлении от 0.. .10 мм и в поперечном направлении от 0.. .10 мм.

Графические зависимости показали, что все поверхности исследуемых образцов имели высокие значения коэффициента отражения в поперечном направлении от 99. 99,4 %, а также в продольном направлении от 98,4.99,2 %.

Незначительная деформация кривых распределения доказывает, что все испытуемые образцы изготовлены на высоком уровне и могут использоваться в оптических и оптико-электронных приборах разного назначения.

а)

99.4

992

, 99.1

-А-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

0.5

99.2 j

99 -

98,9

98.8 :;

98,7

98.(5 ::

98.5

98.4 J

98 J 0.5

2.5

4.5 6.5

X, мм

8.5

б)

2.5

4.5

6,5

8.5

Рис. 4. Зависимость коэффициента отражения от перемещения исследуемого образца по координатам x (а) и y (б): 1 - круглый образец; 2 - прямоугольный образец; 3 - трапецеидальный

образец

Заключение. Получены экспериментальные результаты контроля плоских отражателей на основе SiO2 + H2O + ZrO2 интерференционной установкой как в продольном направлении, так и в поперечном направлении. Приведены интерферограммы поверхностей, которые были обработаны компьютерной программой Master Zebra и получены основные параметры деформации волновых фронтов. Исследования показали, что измеренные поверхности отражателей удовлетворяют требованиям оптического контроля и могут применяться в оптических и оптико-электронных приборах о комплексах. Данная работа представляют интерес для оптического приборостроения.

Список литературы

1. Коломийцев Ю.В. Интерферометры. Л.: Машиностроение. 1976. 296 с.

2. Малакара Д. Оптический производственный контроль / пер. с англ. под ред. Соснова А.Н. М.: Машиностроение. 1985. 340 с.

3. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение. 1987. 264 с.

4. Клименко Н.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М.: Наука. 1985. 224 с.

5. Майоров Е.Е., В.Т. Прокопенко, А.С. Шерстобитова Исследование оптико-электронной системы расшифровки голографических интерферограмм // Оптический журнал. 2013. Т. 80. №3. С.47-51.

6. Майоров Е.Е., А.В. Дагаев, С.В. Пономарев, Т.А. Черняк Исследование интерферометра сдвига в фазоизмерительных приборах и системах расшифровки голографических интерферограмм // Научное приборостроение. 2017. Т. 27. №2. С.32-40.

7. Цыганкова Г.А., Майоров Е.Е., Черняк Т.А., Константинова А.А., Машек А.Ч., Писарева Е.А. Исследование разработанного интерферометра поперечного сдвига для настройки интерференционных полос при обработке интерферограмм // Приборы. 2021. № 2. С. 20-25.

8. Майоров Е.Е., Коцкович В.Б., Пушкина В.П., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Дагаев А.В. Исследование оптических плоских поверхностей светоделительных пластин средством когерентной оптики // Научное приборостроение. 2022. Т.32. №2. С. 65-74

9. Майоров Е.Е., Пушкина В.П., Арефьев А.В., Бородянский Ю.М., Дагаев А.В., Гулиев Р.Б. Использование метода дифференцирования при обработке оптического сигнала для получения средне-квадратической ошибки измерения // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып.8. С. 85-91. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-85-91.

10. Майоров Е.Е., Пушкина В.П., Арефьев А.В., Бородянский Ю.М., Дагаев А.В., Гулиев Р.Б. Математическое моделирование интерференционного сигнала на выходе интерферометра для оценки погрешности измерений // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып.12. С. 230-235. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-230-235.

Майоров Евгений Евгеньевич, канд. тех. наук, доцент, majorov_ee@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),

Пушкина Вера Павловна, канд. экон. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),

Арефьев Александр Владимирович, канд. физ.-мат. наук, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),

Курлов Виктор Валентинович, канд. тех. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),

Гулиев Рамиз Балахан оглы, канд. тех. наук, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС,

Таюрская Ирина Соломоновна, канд. экон. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики

CONTROL OF THE FLAT SURFACE OF THE REFLECTOR BASED ON SiO2 + H2O + ZrO2 BY AN EXPERIMENTAL INSTALLATION BASED ON THE FLZO INTERFEROMETER

E.E. Maiorov, V.P. Pushkina, A.V. Arefiev, V.V. Kurlov, R.B. Guliyev, L.S. Tayurskaya

The paper considers the issues of control offlat surfaces of reflectors based on SiO2 + Na2O + ZrO2 by an experimental installation built on the basis of the Fizo interferometer. Currently, optical instrumentation pays great attention to the optical component base for the improvement of optical and optoelectronic devices, therefore, the presented work is promising and relevant. The paper the optical scheme, appearance and technical and operational characteristics of the installation are presented. Data on the surfaces of flat reflectors of different geometric shapes were obtained. Lnterferograms of optical surfaces were analyzed and the presented samples are examined in the transverse and longitudinal directions.

Key words: flat surface, reflector, Fizo interferometer, span, deflection, interferogram.

Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),

Pushkina Vera Pavlovna, candidate of economic sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),

Arefiev Alexander Vladimirovich, candidate of physical and mathematical sciences, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),

Kurlov Viktor Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),

Guliyev Ramiz Balahan oglu, candidate of technical sciences, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, University at the EurAsEC inter-parliamentary Assembly,

Tayurskaya Irina Solomonovna, candidate of economic sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg University of management technologies and Economics

УДК 517.9:519.6

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-137-144

ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ НЕРОДНОМУ ЯЗЫКУ. ЧАСТЬ 3

Лэ Ван Хуен, Л. В. Черненькая

Данная работа посвящена контролю и повышению уровня неродного языка учащихся в процессе обучения. Цель работы - разработка методики оптимизации процесса неродному языку в целом и английскому языку в частности. Для достижения цели использованы результаты, полученные из первой и второй части нашей работы. Именно, исследован процесс обучения неродному языку. Потом рассмотрен процесс решения обратной задачи восстановления параметров математической модели процесса обучения неродному языку. На основе результатов, полученных в первой и второй части, разработана методика оптимизации процесса обучения английскому языку, которая включает в себя семь шагов. В качестве численного примера рассмотрен процесс обучения английскому языку в центре иностранных языков в Ханое. В результате расчетов найдены подходящие интенсивности обучения для учащихся. Результаты данной работы показывают применимость и высокую эффективность построенного метода на практике.

Ключевые слова: обучения неродному языку, контроль, повышение, уровень неродного языка, обратная задача, восстановление параметров, математическая модель, английский язык, интенсивность обучения.

Введение. В первой части была исследована математическая модель процесса обучения неродному языку, описываемая системой обыкновенных дифференциальных уравнений [1-7]:

^ = -^0Р0 ^) + ^),

^ = ЧР0 () - (Ч + *)Р () + Рг ('), (1)

dPг (t) , ч , ч

= ЧР ()-*Р2 (),

где Р0 (t) - вероятность состояния «знание родного языка»; р (t) - вероятность состояния «знание ин-терязыка»; Р2 (t) - вероятность состояния «знание неродного языка». Можно переписать системы уравнений (1) в матрично-векторном виде ) = АР(), где Г(t) - вектор не известных функций,

dt у '

Р () = (Р0 (), Рр (), Р2 ())Г; А - матрица с параметрам (интенсивностям) , , ц2. В результа-

те исследования была поставлена обратная задача восстановления параметров математической модели (1).

В второй части была решена обратная задача, поставленная в первой части. Для решения обратной задачи была использована методика (см. в [8]), построенная на сочетании четырех методов: метод конечных разностей, метод интерполяции, метод регуляризации Тихонова [9-15] и метод выбора квазиоптимальных значений параметра регуляризации [16-18]. Также во второй части был рассмотрен численный пример, связанный с процессом обучения английскому языку в центре иностранных языков в Ханое. В результате расчетов были найдены приближенные параметры математической модели. Найденные параметры позволяют прогнозировать изменение с течением времени уровня английского языка