«Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ бакалавров Университета ИТМО Санкт-Петербург 2014 Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Аннотированный сборник

научно-исследовательских

выпускных квалификационных

работ бакалавров

Университета ИТМО

Санкт-Петербург 2014 Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ бакалавров Университета ИТМО / Главный редактор Проректор по НР д.т.н., профессор В.О. Никифоров. – СПб:

Университет ИТМО, 2014. – 228 с.

Сборник представляет итоги конкурсов на лучшую научноисследовательскую выпускную квалификационную работу среди бакалавров Университета ИТМО и издается с целью развития творческого потенциала дипломированных специалистов, их навыков научно-исследовательской работы, стимулирования участия студентов в научных исследованиях, усиления роли научно-исследовательской работы в повышении качества подготовки специалистов с высшим образованием, формирования резерва для кадров высшей квалификации.

ISBN 978-5-7577-0481- В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет».

Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Авторы, Введение

ВВЕДЕНИЕ

«Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ бакалавров Университета ИТМО» опубликован по результатам конкурсов на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу (НИВКР) среди бакалавров Университета ИТМО.

Конкурсы оценивают умение студента проводить самостоятельную творческую исследовательскую работу, показывают профессиональную зрелость выпускника, его способность решать реальные научно-технические задачи. Конкурсы проводятся в целях совершенствования системы подготовки кадров высшей квалификации, в рамках реализации программы развития ВУЗа как Национального исследовательского университета на 2009–2018 годы.

Первый этап Конкурса проводился на выпускающих кафедрах университета. По итогам предзащит ВКР бакалавров кафедрами было принято решение о выдвижении лучших работ в Государственную аттестационную комиссию (ГАК). По итогам работы ГАК были окончательно определены 70 лучших НИВКР на 20 кафедр.

Второй этап Конкурса проводился на факультетах университета. По итогам представленных кафедрами работ, деканами факультетов был проведен анализ ВКР бакалавров, и определены победители Конкурса на факультетах. В итоге по факультетам состоялось 8 Конкурсов на «Лучшую НИВКР».

Третий завершающий этап Конкурса проводил Научно-технический совет (НТС) университета. Работы победителей второго этапа Конкурса были рассмотрены на заседании НТС. По итогам, которого определены «Лучшие НИВКР» среди бакалавров университета за 2014 год. По итогам которого определены «Лучшие НИВКР» проведенные в университете за 2014 год и определена номинация «Лучший научный руководитель НИВКР среди бакалавров».

Статистические данные участия бакалавров Этап Название конкурса Приняло участие Победители Конкурсы кафедр I 914 Конкурсы факультетов II 70 Конкурс университета III 30 По итогам Конкурса среди бакалавров было определено 20 победителей на «Лучшую НИВКР университета» и 10 лауреатов, которые стали победителями Конкурсов проведенных на факультетах.

Общее количество бакалавров, участвовавших в конкурсах на «Лучшую научноисследовательскую выпускную квалификационную работу» составило 914 человек.

Организационную работу по Конкурсам проводили следующие структурные подразделения Университета ИТМО: Департамент научных исследований и разработок, Управление магистратуры, отдел «НИРС».

Введение Основные критерии оценки работ При оценке НИВКР учитывались следующие критерии:

соответствие тематики работы основным научным направлениям университета;

новизна предложенных в работе решений;

оригинальность предложенных решений;

наличие актов об использовании результатов работы;

наличие выигранных грантов, стипендий, в том числе стипендий Президента Российской Федерации;

наличие публикаций по результатам работы в научных журналах и изданиях (как в российских, так и в зарубежных);

наличие документов защиты объектов интеллектуальной собственности, созданных в процессе выполнения ВКР;

наличие заявок на объекты интеллектуальной собственности;

наличие наград, полученных на всероссийских, региональных и городских конкурсах;

наличие докладов по тематике ВКР на научных конференциях и семинарах;

наличие документов о представлении результатов ВКР на различного уровня конкурсах и выставках;

глубина раскрытия темы, логичность изложения;

качество оформления (в т.ч. соблюдение ГОСТов);

степень самостоятельности выполненной работы.

Общие требования к материалам, представляемым на НТС Для окончательного подведения итогов Конкурса на НТС представлялись следующие документы:

анкета участника Конкурса;

отзыв научного руководителя;

рекомендация от кафедры (служебная записка, подписанная зав. кафедрой);

рекомендация ГАК;

техническое задание ВКР;

краткое изложение ВКР в форме статьи до 2 страниц.

К работе прилагались акты о внедрении результатов научной работы, копии патентов, научных статей и тезисов.

Итоги Конкурса были подведены на заседании НТС университета и оформлены приказом ректора Университета ИТМО № 1337-уч от 28.07.2014 г.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров

ПОБЕДИТЕЛИ КОНКУРСА УНИВЕРСИТЕТА

НА ЛУЧШУЮ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКУЮ

ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

БАКАЛАВРОВ

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Факультет оптико-информационных систем и технологий, УДК 681.7.

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗЕРКАЛ КОНТУРНОГО

СЕЧЕНИЯ

Научный руководитель – к.т.н., доцент Н.Д. Толстоба Главной проблемой создания телескопов является уменьшение массы главного зеркала. И чем больше диаметр главного зеркала, тем больше апертура телескопа и лучше качество, но тогда масса и деформации возрастают.

В настоящее время известны и применяются следующие модели:

1. зеркала, облегченные отверстиями;

2. зеркала, облегченные ребрами;

3. зеркала контурного сечения.

Следует отметить, что задача состоит в теоретическом исследовании вариантов конструкций зеркал с целью найти оптимальное соотношение между параметрами зеркала, весом, напряжениями и деформациями рабочей поверхности. Необходимо изучить зависимость изменения формообразующего контура на деформации и массу зеркал. Получить при этом деформации не более 0,5 мкм, по напряжениям не превысить предел текучести и максимально облегчить зеркало. Так же провести анализ материалов для крупногабаритных зеркал.

Зеркала контурного сечения – это зеркала, полученные посредством удаления слоя материала с тыльной стороны зеркала. Таким зеркалам и посвящена представленная работа.

Рисунок. Зеркала контурного сечения: одноарочное (а); двухарочное (б) В данной работе рассматривается облегчение только с помощью контурного сечения. Параметры исследуемого зеркала приведены в табл. 1.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Для того чтобы определить оптимальный формообразующий контур зеркала были исследованы: сама заготовка, контур-прямая, контур-окружность, и контурыпарабола. Таким образом, наилучшим вариантом был определен контур-парабола.

При сравнении одноарочного и двухарочного метода облегчения было определно, что двухарочный метод будет более выгодный по деформациям, но облегчение зеркала будет меньше. Удалось максимально уменьшить массу зеркала в 3,5 раза для одноарочного зеркала и более чем в два раза для двухарочного (по сравнению с заготовкой).

Так же были исследованы традиционные и нетрадиционные материалы для зеркал. Данные полученные для заготовки зеркала представлены в табл. 2.

Карбид кремния 12% Неметалл, карборунд 322,70 0, Материалы ULE, SUPREMAX, Zerodur, CO115M по своим качествам схожи.

Наилучшими будут Бериллий и Карбид кремния.

проведен анализ и сравнение вариантов зеркал контурного сечения, определена наилучшая модель;

проведено основное исследование влияния формообразующего контура на деформации и массу зеркала, произведены анализ результатов и сравнение одноарочного и двухарочного методов облегчения зеркал;

исследованы варианты крепления зеркал. Наилучший – кольцевая опора по получившейся площадке;

проведено сравнение материалов, подобранных из популярных источников.

Наилучшие результаты показали Бериллий и Карбид кремния. Именно за счет этих материалов удалось максимально уменьшить массу и деформации зеркал по сравнению с заготовкой.

Крыжановский И.И., Никитин С.М. Основы производства оптических металлостеклянных зеркал // Труды ЛИТМО. Приборы и методы высокоскоростной съемки. – 1977. – Вып. 88.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Савицкий А.М., Соколов И.М. Вопросы конструирования облегченных главных зеркал космических телескопов // Оптический журнал. – 2009. – № 76(10). – Меламед Е.Р., Петров Ю.Н., Соколов И.М. Конструкции главных зеркал космических телескопов // Оптический журнал. – 2002. – № 69(9). – С. 26–30.

4. Vukobratovich D. Lightweight Mirror Design. Optomechanical Engineering Handbook.

– CRC Press LLC, 1999. – 41 р.

Yoder P.R. Mounting optics in optical instruments. – SPIE Press, 2008. – 752 р.

УДК 541.64:544.

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

И АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНО- И МИКРОКОМПОЗИТОВ

НА ОСНОВЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Научный руководитель – д.ф.-м.н. Т.Е. Суханова В настоящее время является актуальным создание новых полимерных материалов и композитов с улучшенным комплексом свойств для применения в различных областях науки и техники. Одним из перспективных путей повышения эксплуатационных характеристик материала является получение нано- и микрокомпозитов, наполненных нано- и микрочастицами различной природы. Их вводят в полимерную матрицу для улучшения существующих или получения принципиально новых физико-химических, деформационно-прочностных, акустических или сорбционных свойств.

Одной из областей применения композиционных материалов в технике является производство высококачественной аудиоаппаратуры, в частности, диффузорных электродинамических громкоговорителей. Несмотря на то, что создаются диффузоры из синтетических полимерных материалов (например, полипропилена и кевлара) и металлических композитов, до сих пор целлюлоза (Ц) является основным материалом для их производства в мировой промышленности, поскольку она обладает оптимальным балансом между жесткостью и демпфированием [1].

Целью работы являлось определение структурно-морфологических характеристик и состава композитов, содержащих бактериальную (БЦ), микрофибриллярную (МФЦ) и сульфатцеллюлозу (СФА), обеспечивающих высокий уровень жесткости диффузоров при сохранении достаточного внутреннего затухания.

Знание надмолекулярной организации материала для производства аудиосистем с высокими показателями необходимо, поскольку именно надмолекулярная структура определяет физико-механические характеристики.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Объектами исследования служили две серии образцов: 1 – образцы БЦ, штамма ВКМ В-880 Acetobacter xylinum (ЦАХ). Синтез осуществлялся в соответствии с процедурой, изложенной в работе [2], на питательной среде, содержащей водные растворы дрожжевого экстракта (ДЭ), глюкозы, пептона, этанола и пивного сусла в концентрациях, установленных в результате оптимизации питательной среды с рН=5,9–6,0; 2 – диффузоры основе волокон сульфатной небеленой (СФА) целлюлозы и композитов СФА-БЦ и СФА-микрофибриллярная целлюлоза (МФЦ).

На первом этапе работы проводилось исследование влияния способа сушки на структуру и морфологию образцов исходной БЦ. Для этой цели исследовали образцы, высушенные при температурах 20C, 40C (в вакууме), 100C. Специально для АСМ исследований серию образцов сушили на двух разных подложках, сильно различающихся гидрофильностью: свежем сколе слюды (гидрофильная поверхность) и покровном стекле (гидрофобная поверхность). На втором этапе исследовали диффузоры, изготовленные из композиционных материалов, содержащих СФА с добавками БЦ или МФЦ.

В работе использовали методы растровой электронной (РЭМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ) и рентгенструктурного анализа (РСА), а также проводились физико-механические испытания. Исследования проводили на научном оборудовании НОЦ-НТ Университета ИТМО и Института высокомолекулярных соединений Российской академии наук (ИВС РАН).

Исследования кристаллической структуры БЦ методом РСА, высушенной при использованных в работе режимах, не показали существенных различий. Во всех образцах наблюдается ярко выраженная плоскостная текстура.

РЭМ исследование поверхности образцов показало, что чем выше температура сушки, тем поверхность более гладкая. В образцах, высушенных при температуре 20C на воздухе наблюдается микрофибриллярная сетка с большим количеством пор, и преимущественная ориентация фибрилл в плоскости пленки БЦ. Образцы, высушенные в вакууме при 40С, имеют волнистый рельеф, при этом общая пористость образцов уменьшается. Размер фибрилл в образцах, высушенных при низких температурах приблизительно одинаков, а в образцах, высушенных при 100С, увеличен.

Преимуществом метода АСМ является возможность изучать поверхность объекта без напыления, маскирующего тонкие детали. Размеры микрофибрилл образцов, высушенных при 20С и 40С, практически одинаковы. Оценка пористости совпадает с результатами метода РЭМ. С другой стороны, в образцах, высушенных при 100С, наблюдаются пучки фибриллярных лент – жгуты, что свидетельствует о компактизации фиблиллярной структуры и ведет к уменьшению общей пористости.

Определены механические свойства серии образцов СФА с различным содержанием БЦ и МФЦ, определяющие их акустические характеристики.

Полученные данные имеют большое практическое значение, поскольку могут быть использованы при выборе материалов и состава композитов для изготовления диффузоров с улучшенными характеристиками.

1. методами РСА, АСМ и РЭМ проведены исследования структуры и морфологии образцов БЦ ЦАХ, высушенных при различных условиях – при 20°С и 100°С на воздухе, и при 40°С в вакууме и на разных подложках. Установлено, что поперечный размер фибрилл во всех исследованных образцах практически одинаков и составляет 80–110 нм;

2. установлено, что режим сушки не оказывает влияния на кристаллическую структуру пленок БЦ, при этом все образцы имеют плоскостную ориентацию;

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую 3. РЭМ и АСМ методами определены поперечные размеры фибрилл в композитах на основе волокон СФА различного состава с нано- и микрофибриллярными добавками. Показано, что введение нано- и микрофибриллярных добавок в СФА существенно влияет на морфологию, при этом изменяются диапазон размеров фибриллярных агрегатов и плотность образцов. Фибриллярные агрегаты в композитах имеют поперечные размеры от 10 до 45 мкм;

4. установлено, что композиты на основе СФА, модифицированной путем введения БЦ или МФЦ, обладают улучшенными физико-механическими свойствами: так, при введении наполнителей модуль упругости, прочность и разрывное удлинение увеличиваются в 1,1–1,7 раза;

5. результаты физико-механических испытаний коррелируют с морфологическими параметрами исследованных систем. Увеличение модуля упругости сопровождается увеличением разброса поперечных размеров фибрилл в композитах. Максимальные значения модуля упругости обнаружены у образцов, содержащих 4 вес.% БЦ и у образцов с добавкой 9 вес.% МФЦ;

6. установлено, что образцы, имеющие наибольшие значения модуля, обладают также наибольшими значениями разрывной прочности и относительного удлинения при разрыве.

Алдошина И.А. Электродинамические громкоговорители. – М.: Радио и связь, Баклагина Ю.Г., Хрипунов А.К., Ткаченко А.А. и др. Изучение структурных параметров целлюлозы Acetobacter Xylinum в процессе сушки гель-пленок // Журнал прикладной химии. – 2003. – № 76(6). – С. 1017–1024.

кафедра измерительных технологий и компьютерной томографии, УДК 681.

МЕТОДИКА НАЗНАЧЕНИЯ МЕЖПОВЕРОЧНОГО ИНТЕРВАЛА

СЧЕТЧИКОВ ВОДЫ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ИХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Научный руководитель – к.т.н., доцент Н.Д. Аникейчик С каждым годом все более остро встает проблема экономии природных ресурсов, в частности воды, поэтому, с целью учета и планирования ее расходования производится установка механических счетчиков по причине их простоты, надежности и экономической эффективности. Надежность функционирования счетчиков определяется их техническим состоянием, поэтому, во избежание появления неисправностей должен производиться контроль технического состояния счетчиков, для этого проводится их периодическая поверка. С целью проведения Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров своевременной поверки счетчика необходимо правильно назначить межповерочный интервал (МПИ).

Анализ известных подходов по назначению МПИ показал, что их существенным недостатком является отсутствие учета условий эксплуатации счетчиков и их характеристик надежности [1–3]. В связи с этим актуальной становится работа, направленная на разработку методики назначения МПИ счетчиков воды (СчВ) на основе анализа их метрологических характеристик (МХ) и условий эксплуатации, обеспечивающей их надежность.

В рамках исследования были определены критерии назначения МПИ и разработана методика его назначения. К числу критериев относят критерии двух видов: нормируемые показатели метрологической надежности МХ и экономический критерий оптимальности МПИ, обеспечивающий максимальный экономический эффект от эксплуатации средств измерений (СИ).

Методика определения МПИ строится следующим образом:

1. формируют «однородные» группы СИ. В них включают не менее 30 экземпляров поверяемых приборов на основании общности следующих факторов: показателей надежности, условий эксплуатации, интенсивности эксплуатации и допускаемой вероятности безотказной работы;

2. назначают первый МПИ для каждой группы;

3. собирают и обрабатывают статистическую информацию о поведении СИ в процессе эксплуатации в течение назначенного МПИ и определяют статистические данные о показателях надежности;

4. оценивают правильность МПИ с учетом статистических данных;

5. корректируют МПИ с учетом характеристик надежности и условий эксплуатации.

Основу методики составляет количественное обоснование МПИ. Для количественного обоснования интервала могут быть предложены методы, выбор которых осуществляется в зависимости от данных о наработке на отказ СИ и законе распределения.

Если известна наработка на отказ T0, то первый МПИ T1 рассчитывают по формуле:

Если известен закон распределения наработки СИ до метрологического отказа, то первый МПИ определяют из условия где M – интенсивность метрологических отказов.

В качестве примера для расчета МПИ будут использоваться счетчики холодной воды крыльчатые «Тритон» по причине их широкого использования. С учетом интенсивных эксплуатационных условий и заданной наработки на отказ, получаем расчетное значение МПИ счетчика «Тритон» 4,4 года, что не превышает значение первичного МПИ, согласно паспортным данным - 5 лет. Коррекция МПИ в сторону уменьшения объясняется учетом при расчетах условий эксплуатации и характеристик надежности (наработки на отказ). С целью гарантированного обеспечения надежности эксплуатации CчВ может быть принято решение об установлении МПИ продолжительностью четыре календарных года.

В работе на основе анализа условий эксплуатации, статистических данных об отказах и метрологических характеристик СчВ была разработана методика назначения МПИ СчВ, позволяющая повысить эксплуатационную надежность счетчиков. Применение данной методики на наш взгляд позволит избежать возникновения метрологического отказа СчВ до наступления поверки.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Проведена апробация разработанной методики на примере оценки МПИ типового счетчика холодной воды «Тритон» КВх 1,5 Ду 15 с учетом эксплуатационных условий и заданной наработки СИ на отказ, проведена коррекция МПИ в сторону уменьшения.

Дальнейшие исследования методик назначения МПИ могут быть проведены так же для счетчиков горячей воды с учетом не только характеристик надежности и условий эксплуатации, но и с учетом экономических критериев.

МИ 2594-2000. Теплосчетчики и счетчики количества теплоносителя. Методика установления и подтверждения межповерочных интервалов.

ГОСТ 8.565-99. Государственная система обеспечения единства измерений.

Порядок установления и корректировки межповерочных интервалов эталонов. – Введ. 01.07.2000. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. – 12 с.

МИ 2187-92. ГСИ. Методы определения межповерочных и межкалибровочных интервалов средств измерений.

Факультет точной механики и технологий, кафедра мехатроники, УДК 62-1/-

РАЗРАБОТКА АНТРОПОМОРФНОГО ПРОТЕЗА КИСТИ

Научный руководитель – к.т.н., доцент С.С. Резников Низкая функциональность, плохая управляемость и, к тому же, непритязательный внешний вид – основные причины, по которым пациенты не всегда используют свои протезы [1]. Данная работа представляет разработку конструкции электромеханического протеза (рис. 1), который обеспечит более высокую степень функциональности и продвинутую систему управления [2].

Разработанная конструкция протеза обладает высокой степенью антропоморфности. Структура и кинематика конструкции, внешний вид протеза, Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров принцип сгибания пальцев были разработаны по подобию руки человека. В ходе работы над конструкцией был проведен структурный анализ конструкции с выведением степени подвижности искусственной руки и кинематический анализ с решением обеих задач кинематики. Для анимировании схватов и жестов руки и для наглядного изучения кинематики была создана имитационная модель кисти в среде MATLAB.

Задачу сухожилий и мышц выполняли два нейлоновых троса диаметром 0,6 мм, расположенные с внешней и внутренней стороны пальца. Тросы одним концом крепились на катушку, расположенной на роторе двигателя, а вторым концом скреплялись между собой на конце дистальной фаланги. Каждый палец приводится в движение собственным двигателем (рис. 2). Движение большого пальца осуществляется двумя двигателями [3].

Рис. 2. Окончательный вариант указательного пальца Предложенный вариант динамического исследования протеза, в отличие от общепринятого матричного [6] позволил провести приближенный к реальной конструкции анализ плоского механизма, работа которого основана на системе тросов. Анализ заключался в выводе суммарного значения моментов, появляющихся в «суставах» при натяжении тросов, которое зависит от веса звеньев, сил внешней нагрузки, сил инерции звеньев и, так как конструкция была лишена подшипников, моментов трения. С помощью данного анализа были посчитаны оптимальные геометрические размеры протеза пропорциональные размерам реальной руки человека, а также по значению полученной обобщенной силы подобран двигатель и трос, выдерживающий 33 кг нагрузки.

Электромеханические протезы с нейронным управлением являются современным направлением развития реабилитации утраченных конечностей [8].

Интерфейс управления, использующий мышечные токи в качестве входных сигналов, обеспечивает интуитивное и естественное использование протеза, в отличие от механических аналогов. Данный принцип управления обеспечивает ограниченное количество каналов для подачи сигналов, но при грамотном использовании их можно обеспечить высокий уровень функциональности протеза.

В рамках проекта по созданию протеза был разработан алгоритм оценки мышечных сокращений. В дальнейшем планируется провести работу над написанием алгоритмов управления двигателями с помощью проанализированных данных мышечных сокращений, а также создать более интуитивную и «естественную»

обратную связь.

Особенностями протеза, как конечного продукта является небольшой вес, быстрая масштабируемость модели в зависимости от возраста и физиологических параметров пациента, внешний вид приближен к человеческой руке, а также миоэлектрическое управление и наличие, в будущем, обратной связи. Данный протез поможет пациенту почувствовать себя полноценным членом общества.

1. Carrozza M.C., Cappiello G., Micera S., Edin B.B., Beccai L., Cipriani C. Design of a cybernetic hand for perception and action // Biological Cybernetics. – 2006. – V. 95(6).

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Кривошеев С.В., Орманов Д.Р. Управление моделью многозвенного манипулятора с помощью значения электрических токов, снятых с поверхности руки // Автоматизация и современные технологии. – 2014. – № 2. – С. 41–44.

Борисов И.И., Резников С.С. Конструирование и моделирование протеза руки человека // Неделя Науки СПбГПУ. Материалы научно-практической конференции с международным участием. Ч. 1. – 2014. – С. 85–88.

Артоболевский И.И. Теория машин и механизмов. Учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с.

Брицкий В.Д., Заморуев Г.Б., Ноздрин М.А. Исследование рычажного механизма.

Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. – 30 с.

Шаньгин Е.С. Конспект лекций «Управление роботами и робототехническими системами». – Уфа, 2005 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.studfiles.ru/dir/cat39/subj1292/file13007/view135824.html, своб.

Борисов И.И., Кривошеев С.В., Резников С.С. Конструирование и математический анализ антропоморфного протеза кисти // Сб. тезисов докладов конгресса молодых ученых. – 2014. – Вып. 2. – С. 351–352.

8. Micera S, Sabatini AM, Dario P, Rossi B. A hybrid approach to EMG pattern analysis for classication of arm movements using statistical and fuzzy techniques // Med Eng Phys. – 1999. – V. 21(5). – Р. 303–311.

Борисов И.И., Кривошеев С.В., Резников С.С. Моделирование движения пальца протеза кисти // Альманах научный работ молодых ученых Университета ИТМО.

УДК 664.8.039.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПШЕНИЧНЫХ ЗАРОДЫШЕЙ

ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 1,5–3,0 МКМ Научный руководитель – к.т.н., доцент С.Ф. Демидов На мукомольных заводах при переработке зерна в муке образуются побочные продукты: отруби, зародыши, мучка. Отделяемые зародыши используются нерационально в качестве отрубей. Их широко применяют в комбикормовой, косметической, пекарной и кондитерской промышленностях. В настоящее время использование пшеничных зародышей в качестве диетического, лечебнопрофилактического питания актуально из-за высокого содержания в них группы витаминов, микроэлементов, а главное, полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК).

При взаимодействии с кислородом воздуха происходит окисление ПНЖК под действием фермента липазы и липоксигеназы, следовательно, изменяются органолептические показатели пшеничных зародышей, такие, как вкус и запах. Также в процессе хранения повышается микрофлора из-за большого влагосодержания Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров продукта. Пшеничные зародыши, не стойки при хранении из-за высокого количества микроорганизмов. Для снижения активности ферментного комплекса и сохранения органолептических показателей пшеничных зародышей необходимо проводить тепловую обработку, снижая влагосодержание продукта до 6 кг/кг. В настоящее время сушка пшеничных зародышей осуществляется в вакуум-сублимационных установках.

Она сопряжена со значительными затратами электроэнергии, металлоемкая и дорогостоящая.

Актуальным является нахождение наилучших параметров проведения процесса сушки пшеничных зародышей, учитывающее особенности теплоподвода при использовании инфракрасного (ИК) нагрева.

Исследования были проведены на стенде лаборатории кафедры ТМиМП ИХиБТ Университета ИТМО (рис. 1).

Рис. 1. Схема лабораторной установки для исследования процесса сушки пшеничных зародышей ИК-излучением: 1 – отражатель; 2 – сушильная камера;

3 – подложка (тефлоновая лента); 4 – инфракрасный излучатель; 5 – весы;

6 – термопары; 7 – датчики плотности теплового потока; 8 – измеритель теплопроводности ИТ-2; 9 – персональный компьютер;

Продолжительность ИК-обработки при заданной плотности теплового потока ИК-излучения определяются временем достижения заданного влагосодержания 6 кг/кг и температуры на поверхности слоя обрабатываемого материала, не превышающей температуры, при которой происходит денатурация белка и разрушение витаминов (0; z(t) – ошибка рассогласования между выходом объекта и некоторой неявной эталонной моделью [7].

Имитационная модель построенной системы (рисунок) будет иметь более простую структуру в сравнении с рассмотренной адаптивной системой (1), (3), (5)–(8).

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Предложен способ решения задачи компенсации гармонических смещенных возмущений. Построенные с использованием полученных комбинированных адаптивных и робастных алгоритмов системы управления являются альтернативой адаптивной системе, предложенной в [5], и в сравнении с ней обладают более простой структурой, высоким быстродействием и хорошим качеством работы.

1. Jhonson C.D. Accomodation of external disturbances in linear regulator and servomechanis, problems // IEEE Transactions and automatic control. – 1971. – V. ACP. 635–644.

2. Khalil H.K. Robust servomechanism output feedback controller for feedback linearizable systems // Automatica. – 1994. – V. 30. – № 10. – Р. 1587–1599.

3. Loukianova G.V. Computer-aided design of controller compensating external disturbances // Preprints of 10th International of Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad). – 2004. – P. 95–100.

Lueg P. Process of silencing sound oscillations. Патент США, 179-1, № 2.034.44.27.01.33.

Никифоров В.О. Нелинейная система управления с компенсацией внешних детерминированных возмущений // Известия РАН. Теория и системы управления.

Тартаковский Б.Д. Компенсация колебаний одномерных структур / В сб.:

Колебания, излучение и демпфирование упругих структур. – М.: Наука, 1973. – С. 188–200.

Григорьев В.В., Дроздов В.Н., Лаврентьев В.В., Ушаков A.B. Синтез дискретных регуляторов при помощи ЭВМ. – Л.: Машиностроение, 1983. – С. 110–112.

многоканальной системы электромеханической компенсации вибраций и звукового поля / В сб.: Колебания, излучение и демпфирование упругих структур.

– М.: Наука, 1973. – С. 201–208.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Факультет оптико-информационных систем и технологий, кафедра оптико-электронных приборов и систем, группа № УДК 681.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО

АВТОКОЛЛИМАТОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЛИМАЦИОННЫХ УГЛОВ

С ПИРАМИДАЛЬНЫМ КОНТРОЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Научный руководитель – д.т.н., профессор И.А. Коняхин Высокоточные измерения углов является одной из важнейших операций в приборо- и машиностроении. Автоколлимационный метод измерения является наиболее перспективным и удобным методом, так как измерения осуществляются бесконтактным способом, а погрешность очень мала. Важной задачей, направленной на совершенствование автоколлиматоров (АК) является увеличение рабочей дистанции автоколлимационных измерений, что особенно актуально для измерений деформаций крупногабаритных сооружений.

Для решения метрологических (связанных с угловыми измерениями) задач эффективны двухкоординатные оптико-электронные АК, позволяющие контролировать положение объекта относительно двух осей, перпендикулярных оптической оси АК (коллимационные оси).

Рис. 1. Плоскость анализа автоколлимационного изображения Двухкоординатные АК, производимые рассмотренными в ходе аналитического обзора фирмами, используются вместе с плоским зеркалом, которое крепится на Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров контролируемом объекте. Если зеркало наклонить на угол относительно начального положения, то выходящий из объектива параллельный пучок лучей, отразившись от плоского зеркала, вернется в объектив под углом 2 относительно первоначального направления. Таким образом, изображение коллимационной марки построится в точке, отстоящей от центра плоскости матрицы на расстояние у (рис. 1), которое принято называть смещением автоколлимационного изображения.

Программа определяет величину смещения перекрестья у по формуле:

после чего нетрудно вычислить значение неперпендикулярности отражающей поверхности плоского зеркала и оптической оси АК.

Рабочая дистанция АК с плоским зеркалом не превышает 5 м. Одна из причин – значительное смещение отраженного пучка в плоскости апертуры объектива при наличии одновременно углов поворота относительно двух коллимационных осей.

В работе рассматривается отражатель в виде четырехугольной пирамиды, позволяющий увеличить рабочую дистанцию. Характерной его особенностью является то, что противолежащие грани составляют одну рабочую поверхность, и по этой причине параллельный пучок лучей, падающих на преломляющую грань при отражении, разделяется на два пучка, каждый из которых формирует соответствующая эквивалентная призма БР-180.

При вращении пирамиды относительно одной оси, каждый отраженный пучок в плоскости апертуры объектива будет перемещаться только вдоль ортогональной оси, в то время как по другой координате его положение меняться не будет. В результате диаметр объектива для приема этих двух пучков будет на корень из двух меньше, чем диаметр объектива для приема пучка, отраженного от плоского зеркала при тех же углах поворота (рис. 1). Это позволяет соответственно в 2 раз увеличить рабочую дистанцию АК простой заменой отражающего контрольного элемента (КЭ).

Полная погрешность измерений в нормальных условиях в диапазоне измерений угла ±5 угл. мин. по обеим осям в соответствии с заданием должна составлять ±1 угл. с. Полная погрешность измерений max определяется зависимостью где метод – методические погрешности (МП); сист – систематические погрешности;

случ – случайные погрешности; дин – динамические погрешности.

Для анализа МП при использовании пирамидального отражателя получены выражения для матриц отраженных пучков. Вектор отраженного от отражателя луча B будет состоять из следующих составляющих:

Были получены выражения для более точного алгоритма вычисления угла поворота. Для первой призмы БР-180 y = tg(i)·f об, где Для второй призмы БР-180 x = tg(i)·f об, где Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую = arcsin ( cos 21 sin 2 sin 23 sin 21 cos 2 2 cos 2 3 + sin 21 cos 23 ) Из-за используемого упрощения появляется существенная МП. По представленным графикам (рис. 2) видим, что ошибка растет с увеличением диапазона измерения а углов 1, 2.

Рис. 2. Графики погрешности измерений из-за упрощения алгоритма Также были найдены остальные составляющие погрешности. Полная погрешность системы составила В ходе данной работы были решены следующие задачи и получены результаты:

проведен обзор оптико-электронных АК и выявлен их главный недостаток – небольшая рабочая дистанция;

для решения задачи увеличения рабочей дистанции был предложен пирамидальный КЭ, который позволит в 2 раз увеличить рабочую дистанцию прибора, и выполнено его исследование на компьютерной модели;

были выбраны основные элементы структурной схемы – объектив Юпитер-11, источник ИК ИД фирмы PARA LIGHT L-518EIR1C(BC) и приемник оптического излучения ПЗС-матрица фирмы Sony ICX279AL;

произведен габаритно-энергетический расчет параметров основных оптических элементов;

разработаны структурная и оптическая схемы оптико-электронного АК с пирамидальным отражателем;

разработан чертеж блока отражателя;

был выполнен расчет основных составляющих погрешности измерения:

систематической, случайной, динамической и методической.

Суммарная погрешность системы составила 0,7 угл. с, что не превышает величину допустимой погрешности доп = 1 угл. с. А, следовательно, в результате работы был спроектирован оптико-электронный АК с пирамидальным КЭ, позволяющий работать на дистанции 5 м с требуемой точностью.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Син Сянмин. Исследование и разработка трехкоординатных оптико-электронных автоколлиматоров. Автореферат. – СПб: ИТМО, 2007.

Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Челибанов В.П. Приемники излучения. Учебное пособие для студентов оптических специальностей. – СПб: Папирус, 2003. – Парвулюсов Ю.Б., Родионов С.А., Солдатов В.П., Шехонин А.А., Якушенков Ю.Г. Проектирование оптико-электронных приборов. Учебник для вузов. – 2-е изд. – М.: Логос, 2000. – 488 с.

Погарев Г.В., Киселев Н.Г. Оптические юстировочные задачи. Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1989. – 260 с.

Факультет информационных технологий и программирования, Специальность: 010500 – Прикладная математика и информатика УДК 004.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЕВ

ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ТЕСТОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ИСХОДНОГО КОДА

Научный руководитель – ассистент М.В. Буздалов При разработке современного программного обеспечения значительную часть времени и усилий занимает процесс тестирования. Зачастую он сводится к анализу поведения программы на специально подобранном наборе тестов. Поскольку перебор всех возможных ситуаций неосуществим на практике, стараются выбрать небольшое число тестов, таких, чтобы по поведению программы на них можно было судить о ее поведении в целом.

Автоматизация процесса построения набора тестов позволит существенно сократить затраты на тестирование. Существует множество подходов к автоматизированному построению набора тестов.

При тестировании некоторых программ, таких как решения олимпиадных задач, нет необходимости проводить модульное тестирование. Для полноценного покрытия тестами олимпиадных задач необходимо генерировать тесты, подходящие под условие задачи. В данный момент чаще всего эти тесты генерируются вручную.

Для нахождения теста, на котором программа работает дольше всего или занимает слишком много памяти, необходимо знать количество действий совершенных программой и количество выделенной памяти.

Для того, чтобы определить число действий и объем используемой памяти программы, написанной на Java, можно вставить счетчики, которые в конце работы Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую программы выдадут, сколько действий было сделано в каждом участке кода программы, а также максимальную глубину стека.

Зная число действий, сделанных программой, можно реализовать алгоритм для нахождения теста, на котором программа работает дольше всего или занимает слишком много памяти. В таких случаях находят применение генетические алгоритмы [1, 2].

Но не все счетчики отражают реальное время работы программы. Поэтому отдельно стоит проблема определения нужных критериев для генетического алгоритма.

Целью работы являлась разработка способа автоматического внедрения счетчиков производительности в программу и разработка алгоритмов выбора критериев для генетического алгоритма.

С помощью утилиты ANTLR код был разбит на блоки, и в каждый блок была добавлена переменная, подсчитывающая число действий или объем выделяемой памяти. Блоки были выбраны из расчета на то, что программа зайдет в эти места несколько раз.

Подходы с использованием дополнительных критериев созданы для ускорения оптимизации целевого критерия. Но это не всегда верно, особенно если дополнительные критерии были созданы автоматически, т.е. дополнительные критерии могут помочь или, наоборот, воспрепятствовать оптимизации целевого критерия.

Разработаны алгоритмы, позволяющие выбирать нужный нам критерий. Данные алгоритмы обладают следующим свойством: если оптимизация хотя бы одного дополнительного критерия асимптотически быстрее, чем оптимизация целевого критерия, то весь алгоритм также будет асимптотически быстрее.

Для экспериментов была взята задача «Ships. Version 2» с сайта acm.timus.ru. На основе этой задачи была показана эффективность алгоритмов, представленных в работе, по сравнению с уже разработанными [3].

Для других экспериментов была взята задача «Work for robots» с сайта acm.timus.org. По ней также было проведено сравнение между счетчиками по времени и счетчиками по памяти.

1. Tlili M., Wappler S., Sthamer H. Improving evolutionary real-time testing // ACM, 2006. – Р. 1917–1924.

2. Mueller F.,Wegener J. A Comparison of Static Analysis and Evolutionary Testing for the Verification of Timing Constraints // IEEE Real Time Technology and Applications Symposium. – 1998. – Р. 144–154.

3. Buzdalova A., Buzdalov M. Increasing Efficiency of Evolutionary Algorithms by Choosing between Auxiliary Fitness Functions with Reinforcement Learning // IEEE. – 2012. – Р. 150–155.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров УДК 004.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕННОГО СУСТАВА

Научный руководитель – к.т.н., доцент С.Ю. Перепелкина В работе рассмотрен вопрос моделирования коленного сустава. Коленный сустав является одним из самых сложных и уязвимых в опорно-двигательной системе человека [1]. Это обусловлено тем, что в этом месте сочленяются самые длинные рычаги нижней конечности: бедренная кость и кости голени [2]. Анализ коленного сустава осложняется неоднозначностью относительных перемещений костей, его составляющих, поэтому зачастую прибегают к примитивизации и создают модели, отражающие, в рамках данного исследования, параметры коленного сустава. Это может быть двумерная плоская модель, основанная на бедренно-берцовом относительном движении. Может быть рассмотрено относительное движение бедроголень, в зависимости от угла, на который согнуто колено. Четырехзвенный механизм в сагиттальной плоскости используется для сравнения теоретической и практической линии действия и момента. Колено рассматривают как задачу двумерного контакта в сагиттальной плоскости, где кривизна основных костей была получена путем прямого измерения. Существуют модели, в которых рассматривают три последовательных вращения коленного сустава. Колено представляют, как контактную модель, с шестью степенями свободы, где костные поверхности были получены путем прямого измерения [3]. Все представленные модели упрощают коленный сустав, что облегчает его исследование. В работе представлен альтернативный метод, заключающийся в построении геометрии рабочих поверхностей сустава, на основе томографии реального колена, что позволяет максимально приблизить модель к реальности.

В работе решается задача моделирования геометрии рабочих поверхностей коленного сустава на основе анализа снимков, полученных путем томографии. Обзор существующей информации позволяет определить актуальность работы и необходимость ее выполнения, на его основе был сделан вывод: необходимо смоделировать большеберцовую и бедренную кости, так как их рабочие поверхности во многом определяют специфику колена. После этого было изучено моделирование: его этапы, методы и виды моделирования, на основании изученной информации был сделан вывод: наиболее подходящим видом моделирования является комбинированное математическое моделирование. Оно способно наиболее полно описать мыщелки коленного сустава. Далее были рассмотрены виды томографии. На основе обзорного исследования, была выбрана магнитно-резонансная томография, так как она является наиболее распространенной и доступной, кроме того она удовлетворяет требованиям, предъявленным к качеству изображения. Следующим шагом в программном пакете MATLAB была написана программа для обработки данных. Программа предназначена для получения контура кости, каждого снимка из серии.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую В написанной программе определение контуров осуществляется полуавтоматически, управление наиболее важными динамическими параметрами, осуществляется пользователем. Результат работы программы представлен на рисунке, а.

Рисунок. Контур, полученный с томографии после обработки первой программой (а);

модель, построенная в результате работы второй программы (б) После того как все контуры получены вторая программа обрабатывает их. В ней производится чтение массивов точек, содержащих в себе контуры среза кости, затем полученными данными последовательно заполняются слои, которые соединяются, образуя объемную модель поверхности кости. Результаты работы программы представлены на рисунке, б.

В результате работы были сделаны следующие выводы:

коленный сустав является одним из самых сложных суставов с точки зрения биомеханики;

анализ наиболее распространенных травм показал, что для моделирования геометрии рабочих поверхностей элементов коленного сустава необходимо смоделировать большеберцовую и бедренную кости;

создана и проанализирована модель сопрягающихся рабочих поверхностей коленного сустава.

В дальнейшем, данные, полученные в ходе работы, а также трехмерные модели, построенные с их использованием, позволят определить законы движения костей друг относительно друга. Это даст возможность провести более глубокое исследование коленного сустава. А именно: создать классификацию суставов: выявить закономерности характерные для большинства суставов, и особенности индивидуальные для каждого из них. Наконец, используя классификацию как основу, создать модель здорового коленного сустава. Кроме того, полученные данные позволят исследовать колено с точки зрения статики, кинематики и динамики.

Гайворонский И.В. Анатомия и физиология человека: учеб. для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Академия, 2011. – 496 с.

Крохалева Н.Э. Моделирование движения коленного сустава // Сб. тезисов докладов конгресса молодых ученых. – 2014. – Вып. 2. – С. 359.

3. Farhat N., Mata V., Rosa D., Fayos J., Peirau X. Musculo-skeletic model for knee joint forces estimation in sport activities // 7th EUROMECH Solid Mechanics Conference J.

Ambrsio et.al. (eds.) Lisbon, Portugal. – 2009.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Институт холода и биотехнологий, факультет пищевых технологий, кафедра мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом, Специальность: 260100 – Технология продуктов питания УДК 637.52:664.6 + 664.

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР И ТЕХНОЛОГИЙ РАСТИТЕЛЬНО-МЯСНЫХ

ПРОДУКТОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Научный руководитель – д.т.н., профессор А.Л. Ишевский Питание значительной части населения в настоящее время является не только несбалансированным, но и недостаточным. Недостаточная обеспеченность пищи витаминами, белками, пищевыми волокнами и другими компонентами являются факторами, снижающими умственную и физическую работоспособность, устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды, повышающие риск возникновения злокачественных и сердечнососудистых заболеваний и ухудшающие иммунитет организма человека. Только посредством рационального использования компонентов пищи можно добиться улучшения обмена веществ в организме [1].

Актуальной задачей сохранения здоровья и продления жизни населения страны является обеспечение населения адекватным, биологически полноценным питанием всех возрастных и социальных групп граждан и в соответствии с этим разработка технологий качественно новых полноценных пищевых продуктов общего и специального назначения.

С целью улучшения структуры питания населения страны, необходимо создание новых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующим потребностям организма человека. Физиологические и биологические свойства этих продуктов не могут быть в достаточной степени удовлетворены без использования в их рецептурах неординарных ингредиентов, являющихся носителями индивидуальных, специфических свойств. При этом значительная роль отводится компонентам растительного происхождения, наряду с которыми также используется сырье животного происхождения.

Среди продуктов животного происхождения значительное место в питании человека занимает мясо, среди продуктов растительного происхождения – хлеб и хлебные продукты. Хлеб и другие зерномучные товары являются основными поставщиками углеводов – главного энергетического компонента пищи. Потребление пшеничного хлеба из муки первого или высшего сортов удовлетворяет потребность в жизненно необходимых аминокислотах (кроме лизина, так как содержание его в хлебе очень малы).

Биологическая ценность хлеба невелика, при введении в рецептуру белка животного происхождения она увеличивается. Основным белковым обогатителей, является мясо. Поэтому актуальна разработка новых рецептур растительно-мясной продукции, обогащенных пищевыми волокнами и минеральными веществами.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую В связи с ростом благосостояния населения, развития сети ресторанов, кафе быстрого питания, розничных торговых точек, как в мегаполисах, так и в регионах способствуют развитию производства готовых продуктов с повышенной усваиваемостью. Особенностью технологии изготовления хлеба из пророщенного зерна с добавлением куриного фарша является получение продукта высокого качества при минимальных потерях сырья и максимальном выходе. Функциональные свойства продуктов увеличиваются за счет замены муки на пророщенное зерно, а с добавлением в хлеб мясного компонента увеличивается химический, минеральный составы [2].

Целью работы являлась разработка рецептур и рекомендуемой технологической схемы производства хлебно-мясного изделия на основе сырья растительного и животного происхождения.

В связи с этим решались следующие задачи: определить функциональнотехнологические свойства растительного продукта из пророщенного зерна, исследуя физико-химические, органолептические показатели хлеба и начинки из куриного фарша.

В технологии хлебно-мясного продукта использовалась мягкая белозерная пшеница. Главной особенностью для использования пшеницы в нашей технологии является содержание и физиологические свойства клейковины, от которой зависит качество готового хлеба. Помимо белка в пшенице содержится много минеральных веществ, витаминов и пищевых волокон, в том числе – клетчатка.

В качестве основного животного сырья рентабельно использовать куриное мясо.

Оно считается диетическим, потому что массовая доля жира (м.д.ж.) на 100 г составляет 5%, а у мяса индейки м.д.ж. – 9,5%. А также в курице много макро- и микроэлементов, витаминов и полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК).

Сочетание растительного и животного сырья позволяет создать новый продукт с новыми вкусовыми качествами. С помощью мясного компонента можно обогатить хлебный продукт недостающими витаминами, минеральными веществами и ПНЖК, а также животным белком.

Проросшее зерно в нашей технологии используется, потому что при помоле пшеницы в муку используют внутреннюю часть зерна – эндосперму, а остальные части – плодовые и семенные оболочки, алейроновый слой и зародыш, богатый белками, сахарами, жирами, незаменимыми микроэлементами, витаминами и ферментами – не измельчаются и попадают в отруби. С оболочкой теряется также такой элемент, как селен, без которого нарушается весь минеральный обмен. В связи с этим данная технология позволяет сохранить все полезные ценные части зерна и все вещества в своем нативном виде. В целом зерне содержатся: пищевые волокна (клетчатка), витамины, аминокислоты, минеральные вещества, белок и другие важные компоненты, заложенные природой в пророщенное зерно. Используя цельное зерно, мы обогащаем хлебные продукты важными компонентами [3].

Технология выпечного хлеба из проросшего зерна с начинкой из куриного мяса соответствует классической технологии производства обычного хлеба: замес теста, разделка, расстойка и выпечка, используются также стадии проращивания, на этапе подготовки сырья, приготовление и добавление начинки.

В тестовую массу из пророщенного зерна были добавлены дрожжи сушеные, соль, сахар и вода. Мука в технологии не применяется.

По своему внешнему виду и вкусу хлеб из пророщенного зерна не отличается от обычного хлеба – имеет тонкую хрустящую корочку и аппетитный, приятный на вкус мякиш. При добавлении в этот хлеб курицу, он приобретает приятный сытный вкус.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Созданный растительно-мясной продукт – это новый комплексный продукт с высокой пищевой и биологической ценностью и высокими органолептическими показателями.

Маюрникова Л.А., Позняковский В.М., Суханов Б.П. и др. Экспертиза специализированных пищевых продуктов. Качество и безопасность: учеб.

пособие. – СПб: ГИОРД, 2012. – 424 с.

Скуратовская О.Д. Контроль качества продукции физико-химическими методами.

– М.: Делипринт, 2003.– 128 с.

Курганова Е.В., Ишевский А.Л. Функционально-технологические свойства выпечного хлеба из пророщенного зерна // VI Международная научнотехническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». Материалы конференции. – 2013. – C. 430–433. – 818 с.

Факультет оптико-информационных систем и технологий, кафедра оптико-электронных приборов и систем, группа № УДК 681.785.5, 681.784.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ

ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ

Научный руководитель – к.т.н., ст.н.с. А.Н. Чертов В настоящее время спектральные методы анализа активно развиваются, внедряются и широко используются в различных сферах человеческой жизни, таких как аналитическая химия, астрофизика, металлургия, промышленность. Особый интерес представляют возможности спектральных методов в решении задач для неинвазивной диагностики состояния отдельных систем или всего организма человека в целом. Внедрение этих методов может открыть новые возможности в решении задач распознавания болезни на раннем этапе ее развития и диагностики состояния органов, а также могут обеспечить безболезненный контроль протекания заболевания.

Сахарный диабет – группа эндокринных заболеваний, развивающихся вследствие абсолютной или относительной недостаточности гормона инсулина, в результате чего развивается гипергликемия, стойкое увеличение содержания глюкозы в крови, и нарушаются все виды обмена веществ. Глюкометром называют устройство для измерения уровня сахара. Сейчас используют электрохимические глюкометры, которые измеряют показатели гликемии в соответствии с величиной тока, появляющегося при реакции глюкозы крови со специальными веществами в тестполоске. Диабетическим больным необходимо ежедневно проверять уровень сахара в крови, что является не самой приятной процедурой. Можно с уверенностью сказать, Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую что создание неинвазивного глюкометра является весьма актуальной задачей современного медицинского приборостроения [1].

Исходя из объективной актуальности тематики, была определена цель научнопрактических исследований – исследование и создание макета оптико-электронной системы неинвазивного контроля уровня глюкозы в крови (ОЭС НКГ).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

выявить особенности поставленной задачи исследований;

провести аналитический обзор существующих методов и средств неинвазивного контроля уровня сахара в крови;

провести предварительные экспериментальные исследования;

разработать структурную схему макета ОЭС НКГ и выбрать основные элементы;

выполнить габаритно-энергетический расчет;

разработать макет ОЭС НКГ и методику приведения измерений.

Для решения проблемы был предложен метод оптической неинвазивной диагностики, который основан на законах спектрофотометрии и заключается в регистрации и анализе спектральных характеристик излучения, пропущенного, отраженного или поглощенного объектом [2].

Для определения уровня техники и исследования существующих конструкций приборов были проведены информационно-патентные исследования и аналитический обзор, результаты которого позволили выявить, что разработок в данной области по всему миру ведется много, причем достаточно давно, что говорит об актуальности тематики. Важно отметить, что приборы и системы, определяющие концентрацию крови оптическим методом, исследуют спектральные характеристики биологического объекта, например фаланги пальца или мочки уха, причем конструктивные решения зависят от того, какой именно объект исследуется, а принцип действия остается неизменный. Для дальнейшего исследования была выбрана система для неинвазивного контроля уровня глюкозы в крови оптическим методом, в которой регистрируют и анализируют спектральную характеристику прошедшего через биологический объект излучения и связанную с ней оптическую плотность.

В процессе предварительных экспериментальных исследований были измерены коэффициенты пропускания мочки уха, фаланги пальца, водного раствора глюкозы и воды, анализ которых позволил сделать некоторые выводы:

биологические объекты сильно поглощают излучение, что необходимо учитывать при создании макета ОЭС НКГ на этапе габаритно-энергетического расчета;

в качестве объекта исследования предпочтительно выбрать мочку уха, так как ее коэффициент пропускания больше, чем у фаланги пальца;

необходимо создать оптическую систему для эффективного ввода излучения в волоконно-оптический кабель (ВОК) и клипсу (К) для фиксации ВОК относительно друг друга и объекта исследования;

необходимо выявить пересечение спектральных характеристик глюкозы с другими компонентами крови, а также теоретически и практически исследовать спектральных характеристик глюкозы более детально.

На первом этапе создания макета ОЭС НКГ была разработана его структурная схема. Система работает следующим образом: луч от источника излучения (ИИ), работающего от источника питания (ИП), через оптическую систему (ОС) с помощью ВОК направлен на биологический объект, в данном случае мочку уха, закрепленный в К. Прошедшее через ткань излучение по ВОК попадает в спектрометр (С), а затем в блок обработки информации (БОИ).

Затем были разработаны необходимые элементы: К (рис. 1), представляющая собой две упруго соединенные между собой с помощью пружины и стержня лапки, и Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров ОС на основе телеобъектива с выходным зрачком D'=0,6 мм и задним апертурным углом 2'=4, состоящая их четырех линз, зафиксированных в оправе насыпным методом.

Стоит отметить, что для первого макета выбран ИИ с широким спектральным составом, кварцевая лампа накаливания, для поиска варианта измерения концентрации глюкозы в любой области видимого спектра. Например, о возможном обнаружении глюкозы в диапазоне 500–565 нм говорит спектрофотометрическая лабораторная методика определения уровня сахара в крови. После нахождения той области спектра, в которой можно контролировать концентрацию сахара, планируется упростить систему: вместо источника с широким спектральным составом использовать светодиодные источники нужных длин волн, а в качестве приемника использовать не спектрометр, а фотодиод. В качестве ОИ выбран спектрометр USB4000 фирмы OceanOptics, а результат проведенного габаритно-энергетического расчета выявили достаточность яркости источника при выбранных габаритах ОС [3].

Была разработана методика проведения дальнейших экспериментальных исследований, направленных на поиск диапазона излучения, в котором глюкоза оказывает влияние на спектральные характеристики БОИ, а также сформирован макет ОЭС НКГ (рис. 2) из выбранных и разработанных элементов.

Практическая значимость работы заключается в том, что данная разработка в дальнейшем может быть использована для безболезненного контроля уровня глюкозы в крови больных сахарным диабетом, что подтвердил анализ полученных данных.

Стоит отметить, что результаты работы могут быть использованы также для контроля Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую таких компонентов крови, как холестерин, гемоглобин, билирубин, инсулин, токсины [4].

Следующим этапом работы планируется доработка макета, набор статистики для уточнения методики обработки результатов измерения, упрощение системы заменой элементов на более дешевые и компактные, оценка погрешности измерений и поиск решений для ее уменьшения, создание корпуса прибора. Заключающим этапом должны стать клинические испытания.

Фадеев П.А. Сахарный диабет. – М.: ООО «Издательство Оникс»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2009. – 208 с. – (Как победить болезнь).

Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. / Пер. с англ. под ред.

В.В. Тучина. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 368 с.

Ишанин Г.Г., Козлов В.В. Источники оптического излучения. Учебное пособие для студентов оптических специальностей вузов. – СПб: Политехника, 2009. – Герасименко В.А. Современные методы определения глюкозы // Газета «Новости А/О Юнимед». – 2009 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://unimedao.ru/articles/6826/9672/item/146?print=1, своб.

УДК 681.518.

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМ РОБОТОМ

НА ТРАССЕ С ПРЕПЯТСТВИЕМ

Научный руководитель – к.т.н., доцент Ю.В. Литвинов Существует большое количество мобильных роботов (МР) различных по своему функциональному назначению. Особо популярны машины, работающие в чрезвычайных ситуациях (ЧС) и позволяющие минимизировать угрозу жизни человека. Поэтому было решено сконструировать четырехколесный МР, назначение которого – обследование территории, подвергшейся воздействию ЧС. Принцип работы системы следующий: оператор через персональный компьютер с помощью WiFi-модуля отправляет каждому из N роботов свою траекторию движения, которую они должны отработать на выделенном участке. По окончанию работы, МР должен вернуться в исходную точку. Подобная организация рабочего процесса позволяет эффективнее использовать ограниченные энергоресурсы робота и минимизировать человеческие затраты (для управления системой нужен только один человек – оператор) [1].

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Уже создано много машин, способных выполнять вышеуказанную задачу, однако их недостатком является несовершенство навигационной системы. В связи с этим требовалось разработать систему управления МР, которая решала бы следующие задачи:

1. обнаружение препятствий, мешающих дальнейшему следованию МР по заданной траектории;

2. нахождение оптимального пути объезда препятствия;

3. возвращение на первоначальную траекторию движения с целью достижения пункта назначения;

4. построение карты местности [2].

Главными требованиями предъявляемыми к разрабатываемой системе были универсальность и простота реализации.

Было составлено несколько алгоритмов работы системы навигации при работе с непредвиденными препятствиями.

В алгоритме № 1 в систему требовалось добавить только ультразвуковой датчик (УЗ). Когда датчик обнаруживает препятствие, с микроконтроллера робот получает сигнал «Повернуть на 30° вправо». Данное действие выполняется N раз до тех пор, пока препятствие не закончиться. После робот поворачивается N раз на 30° влево, возвращаясь, таким образом, на первоначальную траекторию. Недостатки алгоритма – большие временные затраты, возможность работы с простейшими препятствиями типа «стена» и большая погрешность при возврате на изначальную траекторию движения [3].

Алгоритм № 2 требует меньшего времени на отработку по сравнению с алгоритмом № 1. Однако в техническую базу требуется добавить уже два УЗ датчика (один спереди, другой слева), цифровой компас и гироскоп. Последний предназначен для контроля положения компаса, который исправно работает только в строго горизонтальном положении. Пусть в некоторой точке передним датчиком фиксируется помеха. Тогда МР поворачивается на 90° вправо и начинает двигаться вперед, одновременно с этим сканируя территорию боковым датчиком. Когда боковой датчик зафиксирует отсутствие помехи с помощью цифрового компаса и гироскопа будет определен угол между направлением МР в момент обнаружения помехи и текущим, а затем скорректирована первоначальная траектория таким образом, чтобы робот мог завершить поставленную задачу. Недостаток алгоритма – робот объезжает препятствие не по самому оптимальному маршруту.

Алгоритм № 3 устраняет недостатки первых двух. Пусть в некоторой точке УЗ зафиксировал наличие препятствия перед роботом. Тогда с контроллера поступает сигнал «стоп». МР не двигается 30 сек, предотвращая этим возможность столкновения с движущимся препятствием (человеком, другим роботом). Если по истечению указанного времени датчик по прежнему видит помеху, то машинка повернет сначала на 30° вправо, а вместе с ней и УЗ, который жестко соединен с рулевым механизмом.

Затем робот повернет на 30° влево от своего первоначального положения. При поворотах в массив заносятся значения расстояния до препятствия. После машинка приходит в первоначальное положение, ищет в массиве наибольшее значение. Если находится расстояние больше 30 см, то робот поворачивается на угол, который ему соответствует, иначе машинка отъезжает назад и повторяет вышеуказанные действия.

Возврат на первоначальную траекторию аналогичен тому, что описан в алгоритме Для реализации алгоритма № 3 в систему необходимо добавить один УЗ, цифровой компас и гироскоп. Недостаток данного алгоритма – возможность использования только при движении по плоской поверхности.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую При движении по пересеченной местности можно использовать алгоритм № 4. В систему добавлен второй УЗ, который перемещается в вертикальной плоскости.

Первый датчик, который перемещается в горизонтальной плоскости, сканирует местность на наличие препятствия. Если такового не обнаружено, то информация об отсутствии помехи сохраняется и машинка едет дальше. Если препятствие обнаружено, то УЗ № 2 сканирует местность в вертикальной плоскости. В память заносятся данные о расстоянии до препятствия, и строиться график зависимости угла между поверхностью, по которой движется МР, и препятствием от высоты расположения датчика № 2 над поверхностью. Если угол наклона полученного графика больше 30°, значит, МР не сможет преодолеть препятствие «в лоб» и ему нужно перейти к алгоритму объезда препятствия № 2. Если угол меньше 30°, то МР может ехать вперед. Вместо УЗ, перемещающегося в вертикальной плоскости, можно использовать видеокамеру, которая будет также перемещаться в вертикальной плоскости. Стоит добавить, что для правильной работы датчиков, перемещающихся в вертикальной плоскости необходимо использовать гироскоп, который будет фиксировать въезд МР на наклонную плоскость. Это поспособствует тому, чтобы второй УЗ или видеокамера оставались в одном и том же положении и были всегда перпендикулярны плоской поверхности.

Таким образом, в ходе выполнения работы был сконструирован МР, способный самостоятельно перемещаться по заданной траектории, разработаны алгоритмы работы МР на трассе с препятствиями, создана программа, реализующая разработанные алгоритмы, а также предложены способы их технической реализации.

Мазулина В.В., Литвинов Ю.В., Фролов С.Н. Использование веб-камеры для обнаружения препятствия на пути движения мобильного робота // Системи обробки iнформацii. – 2013. – Вип. 7(114). – С. 24–26.

Мазулина В.В., Литвинов Ю.В., Фролов С.Н. Разработка алгоритма обхода препятствий мобильным роботом // Сб. тезисов докладов конгресса молодых ученых. – 2014. – Вып. 1. – С. 292–293.

Мазулина В.В., Евстигнеев М.И., Гао Лу, Лазаревич А.А., Литвинов Ю.В., Мищенко Г.М., Фролов С.Н. Организация движения мобильного робота в заданную точку с учетом препятствий // Materialy X mezinarodni vdecko-prakticka conference «Vda a technologie: krok do budoucnosti – 2014». – 2014. – С. 40–45.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров УДК 681.586 + 681.515.

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ПРЕПЯТСТВИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ

Научный руководитель – к.т.н., доцент Ю.В. Литвинов Роботы могут иметь широкий спектр применения от выполнения каких-либо рутинных операций до выполнения работ, представляющих угрозу здоровья и жизни человека, таких как борьба с терроризмом, разминирование подозрительных предметов, пожаротушение и т.п.

Однако для выполнения своих функций такие роботы должны уметь перемещаться по определенным траекториям в автоматическом режиме, т.е. без помощи человека.

Обычно в современных роботах для этой цели используется навигационная система, которая определяет собственные координаты робота, планирует траекторию в текущий момент времени и управляет его движением. Задача навигации включает в себя: определение своих координат в пространстве, обнаружение и объезд препятствий, построение карты местности и возврат на траекторию [1].

Основной целью работы являлось проектирование и разработка системы определения наличия препятствия с помощью технического зрения. Для достижения цели работы были проведены экспериментальные исследования на построенном мобильном роботе по обнаружению и объезде препятствий.

Разработка архитектуры мобильного робота. В качестве микроконтроллера использовался Arduino Leonardo. Навигационной системой выступили следующие сенсоры: ультразвуковой дальномер HC-SR04, видеокамера Logitech C100 и цифровой компас HMC5883L. Связь видеокамеры с компьютером и микроконтроллером осуществлена с помощью Wi-Fi.

Рисунок. Функциональная схема устройства мобильного робота (а) и его внешний вид (б) Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Алгоритм объезда препятствий. При обнаружении ультразвуковым датчиком препятствия на определенном расстоянии на пути следования робота, микроконтроллер получает сигнал остановиться на определенное время, на тот случай, если препятствие окажется подвижным и само уйдет с траектории. Если по истечению времени препятствие все еще видно, то робот получает сигнал команды «поворот направо на заданный угол» и движется вперед на некоторое количество тактов. После чего поворачивает на прежнее направление и еще раз проверяет путь на наличие препятствия. Если новых препятствий не обнаружено, то робот поворачивает влево на тот же угол, что он поворачивал вправо и проходит тоже число тактов, которое он проезжал при повороте направо. После чего возвращается на старую траекторию [2]. Параметры расстояния до препятствия, время ожидания, угол поворота и количество тактов задаются оператором на программном уровне.

Пример распознавания препятствия с использованием видеокамеры. С помощью цветовой модели HSV происходит выделение препятствия из фона. После выделения объекта, на результирующем изображении очерчиваются контуры препятствия и получают их координаты.

В процессе выполнения работы была разработана модель мобильного робота.

Была выполнена гибкая аппаратная реализация, удобная для последующих изменений и модернизаций, и разработан алгоритм движения мобильного робота для обнаружения и объезда препятствия.

Евстигнеев М.И., Литвинов Ю.В., Лазаревич А.А., Гао Лу, Мищенко Г.М.

Управление мобильным роботом на траектории с препятствием // Современные тенденции в образовании и науке: сб. научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 26 частях. – 2013. – № 16.

Евстигнеев М.И., Гао Лу, Лазаревич А.А., Литвинов Ю.В., Мазулина В.В., Мищенко Г.М., Фролов С.Н. Организация движения мобильного робота в заданную точку с учетом препятствий // Matelialy X mezinarodni vedecko-prakticka konference. Veda a technologie: krok do budoucnosti. –2014. – № 34. – С. 40–45.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров УДК 517.443+51-72+617.58-77+617.3+611.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КЛАССИФИКАЦИИ ДВИЖЕНИЯ НИЖНИХ

КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ

(Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения) В основном исследования движений нижних конечностей применяют в медицине, в таких областях, как ортопедия, ревматология, а также в кинематографии и робототехнике.

Нижние конечности обеспечивают подвижность, равновесие и являются источником силы. Они включают в себя кости ноги, стопы и кости таза, к которым они присоединены [5].

Движение нижних конечностей задает особенности походки человека.

При захвате системой Vicon движений людей с разными проблемами походки, эти особенности хорошо видны и их, возможно, воспроизвести в виде анимации движения испытуемого для последующего анализа и выявления проблемных моментов.

Разработка методики классификации поможет выделить общие моменты и особенности для людей разного возраста, пола, с разными отклонениями в походке.

На основе полученных данных в дальнейшем можно будет выявлять различные заболевания опорно-двигательного аппарата человека, применять методику в кинематографии и робототехнике.

В данной работе рассматривается использование возможностей технологий захвата движения для анализа и синтеза индивидуальной модели походки.

Основной целью работы являлась разработка методики классификации движения нижних конечностей человека, с использованием данных захваченного движения и рядов Фурье.

Для проведения исследования был использован аппаратно-программный комплекс захвата движения испытуемого. Система Vicon выбранная для исследований представляет собой 10 камер Bonita B3 расположенных по периметру квадрата 55 м2, площадь, используемая при реальной записи захвата движения, составляет менее 33 м2. Камера Bonita B3 является инфракрасной (ИК) камерой с интегрированными ИК-осветителями и маркеры, отражающие ИК-излучение [6].

Данные каждого испытания записываются в реальном времени программой Vicon Blade, в файл движением каждой конечности, каждое движение можно просмотреть.

Из полученных данных в программе берется столбец, который обозначает движение стопы и импортирует в рабочую зону.

Первым шагом делается интерполяция по точкам и получается график движения стопы.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую В работе рассматривается движение испытуемой женского пола.

На рис. 1, а посекундно показано изменение углов левой стопы во время движения. Для дальнейщих исследований используется выбранный для исследования период шага.

Рис. 1. Графики: изменения углов левой стопы во время движения (а) Выбранный период шага был рассмотрен в программе MotionBuilder, для подтверждения движения стопы соответственно графику.

На рис. 1, б рассматривается движение левой стопы. Точка 1 соответствует отрыву стопы, одновременно угол сгибания/разгибания голеностопного сустава начинает уменьшаться. Происходит вынос стопы вперед и колена вперед. От точки 2 до точки 3 угол продолжает уменьшаться с выпрямлением ноги. На интервале от 3 до 4-ех угол начинает увеличиваться, происходит перенос веса тела на левую ногу и отрыв правой ступни. В точке 4 показана правая ступня перед отрывом, левая нога имеет опору на носок. В точке 5 бедренные части ног находятся рядом, и идет самая большая нагрузка на левую ступню, угол начинает уменьшаться. В точке 6 вес тела распределен между обеими ногами, соответственно правая нога опирается на пятку. На дальнейшем промежутке происходит перенос веса тела, угол становится минимальный. В точке 7 у нас начинается отрыв левой ступни и в точке 8 отрыв происходит.

Так как шаг человека индивидуален, и для того, чтобы иметь возможность сравнивать походки разных людей, на интервале между двумя соседними минимумами приводим их к одинаковому интервалу. Происходит сопоставление функции лежащей на отрезке между соседними минимумами, функции отрезка 0:2.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров С=1,1420.

Проанализировав L2 норму для разного количества коэффициентов частичной суммы ряда Фурье, получилось, что 13 – самое подходящее число членов ряда. И для этого количества коэффициентов вычитывается частичная сумма ряда Фурье.

Рис. 2 дает хорошее представление верного согласования поставленной задачи с полученным результатом. Аналогичные действия были произведены и для других походок испытуемых.

В результате работы были получены коэффициенты ряда Фурье, графики, помещенные на одинаковый интервал от 0 до 2, при помощи которых будет возможно сравнивать угол и фазу сгибания/разгибания голеностопного сустава и тем самым определять особенности походки каждого испытуемого.

Гониометрия // Медицинская энциклопедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fasmer-dictionary.info/enc_medicine/Goniometrija-35137.html, Лабораторная ГУКиТ №2. – Калибровка системы и испытуемого, захват сцены с одним испытуемым.

Рубинштейн И.В., Кривцова С.И. Математический анализ данных по захвату движения нижних конечностей человека // Сб. тезисов докладов конгресса молодых ученых. – 2014. – Вып. 2. – С. 372–374.

4. Rubinstein I.V., Chachaeva A.V., Khlebushev L.S., Lavrov A.V., Musalimov V.M., Smolin A.A., Кривцова С.И. Hardware Capturing Analysis and Synthesis of Human Gait // Proceedings of the 14th International Symposium «Topical problems in the field of electrical and power engineering, Doctoral School of energy and geotechnology». – 2014. – № 1. – Р. 268–271.

[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gaftion.ru/bazovaya-texnikavozdejstviya-na-nizhnie-konechnosti/predely-dvizheniya-nizhnix-konechnostej/, своб.

http://www.svga.ru/product_info.php?products_id=696, своб.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Факультет оптико-информационных систем и технологий, УДК 681.

РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ

СООСНОСТИ С ПРИВЯЗКОЙ К ПОЛОЖЕНИЮ РЕПЕРНОГО ЭЛЕМЕНТА

Научный руководитель – к.т.н., доцент А.Н. Тимофеев Краткое введение. Постановка проблемы. В настоящее время актуальной проблемой является обеспечение точности позиционирования элементов турбоагрегатов атомных и гидроэлектростанций относительно линии вала. При решении данной задачи приоритетным является использование оптико-электронных измерительных систем контроля соосности (СКС). На предшествующей стадии исследования были проведен обзор разработок по данному классу приборов, на основании которого была выбрана СКС, разработанная в Университете ИТМО;

разработана структурная схема [1–3].

Цель работы – разработка, исследование основных параметров и погрешностей оптико-электронной системы контроля соосного положения элементов турбоагрегатов с привязкой к положению реперного элемента (РЭ).

Базовые положения исследования. Предлагается модифицировать систему путем выноса измерительных источников излучения (ИИ) на промежуточный контрольный элемент (ПКЭ). Привязка измерительной базы осуществляется к базовой линии, формируемой отражателем и РЭ. Достоинства данной системы заключаются в возможности контроля смещений на коротких дистанциях и компенсации погрешности приемно-передающего блока (ППБ).

Промежуточные результаты. Вследствие того что для определения координат изображений ИИ на приемнике оптического излучения (ПОИ) используется метод определения энергетических центров [4], необходимо выбирать ИИ, излучающие в малом телесном углу, имеющие максимально равномерную яркость излучения и небольшой диаметр линзы. На основании данных критериев выбор был сделан в пользу полупроводникового излучающего диода (ПИД) АЛ115В, который от схожих аналогов (АЛ107Б, АЛ115А и т.д.) отличается меньшей мощность излучения, что делает его использование энергетически эффективным [5].

Учитывая технологический уровень сложности изготовления собственной камеры при наличии ПОИ, было решено выбирать готовую камеру. С учетом вышеуказанных требований предложено использовать бескорпусную цветную мегапиксельную телевизионную камеру высокого разрешения VEI-545 фирмы ЭВС (Россия), светочувствительным элементом которой является КМОП-матрица OV производства фирмы OmniVision [6].

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров Габаритный и энергетический расчеты показали, что выбирать объектив стоит с f ' 272 мм и относительным отверстием не менее. Выбор был сделан в пользу телеобъектива ПК-300, который был промасштабирован и обернут до достижения требуемых параметров.

На основании расчетов были выбраны основные параметры ПКЭ: базовое расстояние между ИИ составило 60 мм, диаметр отверстия 45 мм.

Для достижения необходимых технических требований, на основании расчетов, целесообразно использовать отражатель, габаритные размеры которого составляют 78 мм.

В качестве исследования погрешностей системы рассматривались погрешности, образующиеся от градиента температуры, неточности определения изображений ИИ на ПОИ и неточности установки ИИ на ПКЭ [7]. Расчеты производились для наихудшего случая, т.е. для максимальной контролируемой дистанции (10 м). В результате проведенных исследований суммарная погрешность на максимальной дистанции составила 0,106 мм. В целях компенсации суммарной погрешности для достижения требуемых параметров было решено калибровать систему, принцип которой заключается в провешивании базовой линии через смещенный геометрический центр измерительной базы, вызванный децентрировкой ИИ на ПКЭ.

В результате калибровки системы суммарная погрешность измерений составила 0,032 мм.

Основной результат. Практические результаты. В результате проделанной работы был проведен обзор разработок по данному классу, на основании которого была выбрана СКС от Университета ИТМО для модификации.

На базе выбранной системы была разработана новая структурная схема, в который были учтены недостатки предыдущей системы. На основании этого достоинствами системы составили возможность контроля смещений на коротких расстояниях и компенсация погрешности ППБ.

Кроме того, был сделан выбор основных параметров: в качестве камеры была выбрана VEI-545 c КМОП-матрица OV5620, в качестве ИИ были выбраны ПИД АЛ115В.

На основании произведенных габаритного и энергетического расчетов была разработана оптическая схема система, в которой объективом является телеобъектив ПК-300 с параметрами: f ' 272, 2 = 5°, D / f ' = 1:4.

Также была разработана конструкция ПКЭ с параметрами dбазы=60 мм, dотв=45 мм, произведен расчет погрешностей, на основании которого можно сделать вывод, что предлагаемая система удовлетворяется техническим требованиям.

Перспективным направлением развития являются осуществление многоточечного контроля и дистанционного управления ПИД.

Селькин В.Е. Критический обзор оптико-электронных приборов контроля соосности // Актуальные вопросы построения оптико-электронных систем. IV сессия научной школы «Оптико-электронное приборостроение». Сб. трудов молодых ученых. – 2012. – С. 76–81.

Селькин В.Е. Построение оптико-электронной системы контроля соосности с привязкой к положению пассивного реперного элемента // Альманах научных работ молодых ученых НИУ ИТМО. – 2013. – С. 277–279.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Селькин В.Е. Разработка оптико-электронной системы контроля соосности с привязкой к положению реперного элемента // Сб. тезисов докладов конгресса молодых ученых. Труды молодых ученых. – 2013. – Вып. 2. – С. 129–130.

Андреев А.Л., Ярышев С.Н., Стрелков А.Р. Аппаратные и программные средства оптико-электронных приборов с телевизионными датчиками на ФПЗС.

Методическое указание. – СПб: ИТМО, 1995. – 49 с.

Описание технических требований к диоду [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.chipdip.ru/product/al115v.aspx, своб.

Руководство по эксплуатации. Бескорпусная цветная мегапиксельная телевизионная камера высокого разрешения. Модель VEA/VEI-545, ОАО «ЭВС», Анисимов А.Г., Алеев А.М., Пантюшин А.В., Тимофеев А.Н. Основные погрешности контроля соостности с помощью авторефлексионной оптикоэлектронной системы // Оптический журнал. – 2009. – № 76(1). – С. 3–9.

кафедра оптоинформационных технологий и материалов, Специальность: 200600– Фотоника и оптоинформатика УДК 535.343.2 + 535.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ФТР-СТЕКОЛ НА СПЕКТРЫ

ПОГЛОЩЕНИЯ И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ПРИ РЕНТГЕНОВСКОМ

ОБЛУЧЕНИИ

Научный руководитель – д.х.н., профессор В.А. Цехомский Стекла, содержащие серебро, находят широкое применение при создании функциональных оптических материалов для устройств оптики и фотоники [1–3]. В зависимости от условий синтеза стекла и последующей обработки серебро может находиться в стекле в виде ионов Ag+, заряженных молекулярных кластеров Agnm+, атомов Ag0, нейтральных молекулярных кластеров Agn или наночастиц [1, 4].

Например, в стеклах, содержащих серебро и фотосенсибилизатор – ионы церия Ce3+, УФ-облучение приводит к переводу молекулярных кластеров серебра из заряженного в нейтральное состояние, в котором молекулярные кластеры обладают интенсивной люминесценцией в видимой области спектра [4–6]. Формирование в стекле свободных электронов, необходимых для подобной трансформации, может быть обеспечено и при использовании других ионизирующих излучений – рентгеновского, гаммаизлучения, синхротронного и пучков ускоренных ионов. Воздействие ионизирующих излучений приводит к разрыву химических связей в сетке стекла и появлению большого количества структурных дефектов. Типы структурных дефектов в стеклах и их оптические и электронные свойства подробно изучены в работах [7–10]. Известно, что ионы щелочных металлов являются источниками катионных вакансий, являющихся, в основном, дырочными центрами при облучении ионизирующим Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую выпускную квалификационную работу бакалавров излучением. Что же касается Ag+, этот ион может замещать ионы щелочных металлов, но это замещение зависит от природы и ионного радиуса щелочного иона.

Очевидно, что взаимное влияние структурных дефектов и ионов щелочных металлов и серебра должно оказывать влияние на оптические характеристики стекла.

Однако до настоящего времени такое влияние подробно не изучалось.

Поэтому в настоящей работе были поставлены задачи исследования влияния ионов щелочных металлов и серебра на образование структурных дефектов в силикатных стеклах и на их оптические свойства после рентгеновского облучения.

Основной целью работы являлось исследование влияния рентгеновского облучения на спектрально-люминесцентные свойства ФТР-стекол, содержащих ионы Li+, K+ или Na+. Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

проведение рентгеновского облучения образцов в течение 10, 15 и 30 мин, последовательная термообработка образцов при различных условиях, исследование изменений спектральных свойств при введении Ag2O, измерение спектральнолюминесцентных свойств.

Стекла с ионами Na+. В стеклах данного состава наблюдается что, облучение приводит к существенному увеличению оптической плотности в спектральном интервале 230–600 нм, что является результатом наложения нескольких полос поглощения. Причиной этого является ионизация компонентов матрицы стекла с образованием электронов и дырок, а также разрыв химических связей сетки стекла с образованием нескольких типов заряженных и нейтральных структурных дефектов.

Сопоставление с литературными данными [7–10] позволяет сделать вывод, что увеличение поглощения в спектральном интервале 230–250 нм связано с увеличением концентрации структурных дефектов вида SiO-O (peroxideradical), Si·(E’-центры) и SiO-Na+ (silanolates, L-центры).

Рентгеновское облучение стекла, содержащего ионы натрия и серебра, приводит к существенному (более, чем в 3 раза) увеличению поглощения в спектральном интервале 300–450 нм, по сравнению со стеклом, не содержащим серебро.

Увеличение дозы облучения сопровождается увеличением поглощения в указанном спектральном интервале. При этом на спектре появляется выраженная полоса поглощения вблизи =300 нм. Вклад в эту полосу поглощения вносят L-центры вида SiOAg+, а также ионы и нейтральные атомы серебра. Увеличение поглощения в спектральном интервале 350–450 нм вызвано поглощением нейтральными молекулярными кластерами серебра вида Ag2 и Ag3, а таже дефектами вида NBOHцентры. Присутствие молекулярных кластеров серебра в стекле после рентгеновского облучения подтверждается появлением интенсивной люминесценции в видимой области спектра в облученных зонах стекла при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 405 нм.

При термообработке стекла, облученного в течение 30 мин, слабо влияет на спектр оптической плотности. Термообработка стекла, облученного в течение 15 мин, приводит к сглаживанию полосы поглощения вблизи =300 нм. Причиной этого может быть термический распад L-центров и перераспределение электронов в стекле с увеличением концентрации атомарного серебра и уменьшением концентрации ионов Ag+, имеющих более интенсивную полосу поглощения, чем Ag0 [17, 18].

Стекла с ионами Li+. Замена ионов Na+ на ионы Li+ приводит к существенному увеличению поглощения в спектральном интервале 250–320 нм. При этом максимум поглощения вблизи =300 нм выражен слабее, чем в стеклах с ионами Na+. Причиной увеличения поглощения может быть, как увеличение концентрации структурных дефектов типа ET-центры и L-центры, так и увеличение силы осцилляторов в Lцентрах вида Si–O–Li и SiO–Li+.

Победители конкурса университета на лучшую научно-исследовательскую Термообработка при t=200С в течение 1 ч приводит к увеличению поглощения в спектральном интервале 270–310 нм и уменьшению поглощения в спектральном интервале 330–480 нм. При увеличении продолжительности термообработки данная тенденция сохраняется. Данный эффект может быть вызван перераспределением электронов между ЕТ-центрами и NBOH-центрами.

Стекла с ионами K+. В калий содержащих стеклах максимум полосы поглощения сдвигается с =300 нм на =313 нм, а его амплитуда возрастает. Это указывает на возможное образование комплексов вида «ЕТ-центр-ион щелочного металла». Поглощение в спектральном интервале 400–500 нм мало отличается от поглощения в литий- и натрий-содержащих стеклах. Отсюда можно сделать вывод, что замена ионов щелочных металлов слабо влияет на концентрацию NBOH-центров.

Изменение иона щелочного металла приводит к спектральному сдвигу и изменению ширины полос люминесценции. Известно [4], что в стеклах исследуемой системы серебро исходно находится в виде ионов заряженных молекулярных кластеров 2Ag+, имеющих слабую люминесценцию в видимой области спектра.