№ 6 (2019)

Моделирование МЭМС-гироскоп-акселерометра с помощью SIMULINK. Для модели-
рования используется 2х осевой акселерометр, разработанный в рамках патента
№2683810. При возникновении линейного ускорения вдоль оси, расположенной в плоскости
полупроводниковой подложки, инерционные массы под действием сил инерции начинают
перемещаться вдоль оси Х в плоскости полупроводниковой подложки, за счет изгиба упру-
гих балок, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емко-
стных преобразователей перемещений, а другими – с опорами, соответственно, упругих
балок и «П»-образных систем упругих балок, которые одними концами жестко соединены
с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, а другими –
с опорами. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях переме-
щений, образованных неподвижными электродами емкостных преобразователей переме-
щений и подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, соответ-
ственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину линей-
ного ускорения. При подаче на неподвижные электроды электростатических приводов с
гребенчатыми структурами переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга
по фазе на 1800, относительно подвижных электродов, между ними возникает электро-
статическое взаимодействие, что приводит к возникновению противофазных колебаний
подвижных электродов в плоскости полупроводниковой подложки вдоль оси Х за счет из-
гиба упругих балок. Колебания передаются пластинами жесткости упругого подвеса
86, 87, что вызывает противофазные колебания инерционным массам в плоскости полу-
проводниковой подложки вдоль оси Y. Разность напряжений, генерируемых на емкостных
преобразователях перемещений, образованных неподвижными электродами емкостных
преобразователей перемещений и подвижными электродами емкостных преобразователей
перемещений, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характе-
ризует величину перемещений инерционных масс под действием электростатических сил.
Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами, предлагаемый интегральный
микромеханический гироскоп-акселерометр позволяет сократить площадь подложки, ис-
пользуемую под размещение измерительных элементов величин угловой скорости и линей-
ного ускорения, так как для измерения величин линейного ускорения вдоль осей Х и Y, распо-
ложенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпен-
дикулярно плоскости подложки, и угловой скорости вдоль оси Х, расположенной в плоско-
сти подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки используется
только один интегральный микромеханический сенсор. Для математического моделирова-
ния подобных систем принято использовать HAMSTER, но в своей работе мы предпочли
ему SIMULINK. Simulink – это графическая среда имитационного моделирования, позво-
ляющая при помощи блок-диаграмм в виде направленных графов, строить динамические
модели, включая дискретные, непрерывные и гибридные, нелинейные и разрывные системы.
Интерактивная среда Simulink, позволяет использовать уже готовые библиотеки блоков
для моделирования электросиловых, механических и гидравлических систем, а также при-
менять развитый модельно-ориентированный подход при разработке систем управления,
средств цифровой связи и устройств реального времени. Актуальной темой для исследования представляется разработка конструкции МЭМС-акселерометра высокой точности и помехоустойчивости. Ранее было произведено математическое моделирование движения
микромеханического акселерометра, но выходной результат нуждался в корректировке.
В данной статье продемонстрирована корректировка математической модели посредст-
вом введения в нее передаточной функции.

Беспроводные микроустройства находят широкое применение в технологии радиочас-
тотной идентификации (RFID), беспроводных сенсорных сетях (WSN), интернете вещей
(IoT). Особое место среди них занимают пассивные устройства, в которых отсутствует
встроенный источник питания (батарея). Пассивные устройства (пассивные RFID-метки,
датчики с возможностью приема и передачи данных) дешевле и компактнее своих активных
аналогов, срок их службы больше, и они могут применяться в некоторых приложениях, где
использование активных меток не всегда возможно, например, в медицинских имплантатах.
Однако для работы пассивным устройствам необходимо получать энергию извне, посредст-
вом радиочастотного излучения, – от базовой станции (считывающего устройства), либо
собирая ее из окружающей среды. Для преобразования этой энергии в напряжение питания
интегральной схемы пассивного микроустройства применяются выпрямители и умножите-
ли напряжения. Целью работы является исследование влияния на уровень выходного напря-
жения параметров наноразмерных МОП-транзисторов в диодном включении, выполняющих
в преобразователях энергии функции выпрямителей. Сравнение различных конфигураций вы-
прямителей напряжения, основанных на наноразмерных МОП-транзисторах в диодном
включении, проводилось на основе результатов моделирования в среде Tanner EDA. Получены
вольтамперные характеристики МОП-транзисторов в диодном включении для КМОП-
технологий 90 нм, 65 нм, 45 нм. Исследовано влияние порогового напряжения транзисторов и
их размеров (отношения ширины канала к длине) на уровень выходного напряжения однокас-
кадного умножителя напряжения для различных технологий, амплитуд входных напряжений
и нагрузочных сопротивлений. Показано, что при определенных значениях порогового напря-
жения наблюдаются максимумы выходного напряжения. При повышении нагрузочного тока
оптимальное значение порогового напряжения смещается в область меньших значений. По-
лученные результаты показывают возможность работы умножителей в подпороговой об-
ласти транзисторов, что позволяет обеспечить возможность работы при низких входных
напряжениях и удовлетворяет условию функционирования пассивных беспроводных микро-
устройств на значительном удалении от базовой станции, либо в случае получения энергии
для питания из окружающей среды. Полученные результаты могут быть полезны при про-
ектировании пассивных беспроводных микроустройств.

Статья посвящена проблеме повышения объёма памяти жестких магнитных дисков
(ЖМД). Ведущее место в ряду внешних запоминающих устройств ЭВМ занимают накопители
на жестких магнитных дисках, т. к. объем хранения информации в них непрерывно растет.
Проанализированы методы записи информации для ЖМД. Носителем информации в накопите-
лях на жестких магнитных дисках является тонкая магнитная пленка. Рассматриваются ос-
новные принципы выбора композиции ферромагнитной пленки, исходя из технических требова-
ний к жесткому магнитному диску, его геометрических и функциональных особенностей. При-
ведены сравнительные характеристики различных методов получения тонких пленок. В на-
стоящее время интенсивно развивается метод магнетронного распыления, обеспечивающий
контролируемое распыление тонких слоев с требуемыми параметрами. Уменьшение толщины
тонкой пленки приводит к ухудшению удельного электрического сопротивления, т.е. к невос-
производимости требуемых характеристик и параметров. Рассмотрены достоинства мето-
да магнетронного распыления. При технологическом проектировании процессов магнетронного
распыления определяющим фактором является выбор материалов покрытий, обеспечивающих
рабочие характеристики жестких магнитных дисков. Проведены исследования возможности
использования ферромагнитных пленок Co-Cr для жестких магнитных дисков. Установлены
зависимости влияния материала подложки на магнитные свойства ферромагнитных пленок,
влияние скорости напыления пленок Co методом магнетронного напыления на коэрцитивную
силу ферромагнитных пленок, влияние температуры подложки на свойства пленок Co-Cr.
Представлены основные параметры процесса нанесения покрытий методом магнетронного
напыления для разных ферромагнитных материалов. Показано, что образцы на основе тонких
магнитных пленок Co-Cr отвечают современным требованиям, в части повышения плотности
записи жестких магнитных дисков, так как в них могут быть достигнуты большие величины
коэрцитивной силы и значения относительной остаточной намагниченности.

Целью данной работы является разработка технологии изготовления, формирование
и исследование гетероструктур GaAs/Si, созданных по двухстадийной методике, а также
проведение сравнения с гетероструктурами GaAs/Si, полученными по одностадийной ме-
тодике. В данной работе проведено исследование режимов двухстадийного роста гетеро-
структур GaAs/Si, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), которые
могут быть использованы в качестве основы для создания элементов оптоэлектроники.
Проведены исследования морфологии поверхности гетероструктур GaAs/Si и структур,
созданных с применением встраиваемых слоев (буферных слоев). По результатам исследо-
вания морфологии поверхности слоя GaAs выявлено, что поверхность образца, созданного
по одностадийной технологии, сформирована монокристаллическими ячейками GaAs c
размерами 1,5x2 мкм. В то время как поверхность образца, сформированная по двухста-
дийной методике, имеет более мелкие монокристаллы GaAs с размерами 250x250 нм.
В первом и втором случае пленки состоят из отдельных монокристаллических блоков, ко-
торые в процессе роста сливались между собой, образуя сплошную пленку, с наличием оп-
ределенного коэффициента шероховатости поверхности, который виден из РЭМ-
изображений. Разработаны технологические режимы нанесения пленок GaAs - методом
МЛЭ на Si, а также слоя SiO2 на Si, полученного методом плазмохимического осаждения в
индуктивно-связанной плазме. Осуществлено формирование окон в слое SiO2 методом фо-
толитографии и химического травления диаметром 4 мкм. Проведено сравнение методик
двухстадийного и одностадийного роста GaAs на Si. Исследовано распределение поверхно-
стного потенциала, а также построена зонная энергетическая модель. Были построены и
исследованы вольт-амперные характеристики полученных гетероструктур GaAs/Si под
воздействием излучения и в темноте. Во время исследования образцов было выявлено, что
гетероструктуры, выращенные по методике двухстадийного роста, обладают фоточув-
ствительностью, которая особенно четко проявляется при ультрафиолетовом излучении,
на длине волны светового излучения порядка 400 нм. Результаты исследования позволяют
говорить о перспективности применения гетероструктур GaAs/Si, созданных по двухста-
дийной методике роста, в качестве основы для создания оптоэлектронных устройств.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) основаны на использовании микроме-
ханических компонентов, реализованных методами микроэлектронных технологий. Рас-
пространены МЭМС-гироскопы и акселерометры, которые из-за сложности совмещения
изготовления в одном технологическом процессе механического сенсора и системы обра-
ботки информации, преобразующей выходные сигналы сенсора в цифровой или аналоговый
сигнал, реализуются в виде этажерочной конструкции. Одной из причин распространения
данной конструкции является использование в устройствах обработки информации эле-
ментов аналоговой схемотехники, реализация которых в интегральном исполнении не спо-
собствует решению проблемы, к тому же, использование двух технологических маршру-
тов при изготовлении датчиков существенно увеличивает себестоимость последних.
Представлены результаты исследования цифрового преобразователя емкости в частоту,
технология которого совместима с технологией поверхностной микрообработки микро-
механических сенсоров в интегральном исполнении. Выходной информацией данного преоб-
разователя является частота цифрового сигнала, которую необходимо измерить и преоб-
разовать в двоичный код для последующей обработки. В качестве решения данной задачи
исследован маломощный цифровой частотомер, а также рассмотрена реализация цифро-
вого преобразователя и частотомера в качестве устройства первичной обработки ин-
формации гироскопов-акселерометров в среде кремниевой компиляции Microwind. Получена
зависимость значения частоты выходного сигнала преобразователя от емкости ;
частота изменялась в диапазоне 0-13,5 МГц при изменении емкости от 0 до 50 фФ. Полу-
чены зависимости диапазона измеряемой частоты частотомера от разрядности счетчи-
ка (1-10 разрядов), а также потребляемой мощности частотомера (18-60 мкВт) для час-
тот тактового генератора 0,25, 0,5 и 1 ГГц.

Микромеханические акустические преобразователи на основе мембран нашли приме-
нение в медицинских системах диагностики, дальномерах, гидроакустике, а также в био-
метрических системах безопасности. Постоянно расширяется круг задач, решаемых та-
кими устройствами, возрастают требования по увеличению диапазона измерения, точно-
сти, уменьшению размеров и энергопотребления. Кроме того, многие акустические при-
ложения нуждаются в массивах датчиков, интегрированных с электронными системами
обработки сигналов. Эти особенности определили необходимость использования методов
микрообработки для их промышленного изготовления. Целью данной работы является
проектирование и формирование кремниевых мембран для акустических датчиков с рабо-
чими диапазонами резонансных частот от 10 кГц до 100 МГц и давления от 0,1 до
1000 кПа. В работе выполнена оценка конструкции мембран из монокристаллического
кремния для изготовления методом анизотропного жидкостного травления. Представле-
ны аналитические зависимости давления и резонансной частоты от геометрических па-
раметров мембран. Определены диапазоны толщин (10–50 мкм) и длины ребра мембран
(200–600 мкм). Выполнен расчет топологии фотошаблона для изготовления таких мембран.
Проведены экспериментальные исследования травления пластины Si раствором 30% КОН
и выявлена скорость травления, которая составила 1,25±0,1 мкм/мин. Методом анизо-
тропного жидкостного травления были сформированы кремниевые мембраны квадратной
формы толщиной 50 мкм с длинами ребер от 200 до 250 мкм с резонансными частотами в
диапазоне от 1,9 до 3 МГц. Полученные результаты могут быть использованы при разра-
ботке акустических датчиков из монокристаллического кремния.

Работа посвящена разработке технологии изготовления многоэлектродного микро-
зонда (нейрозонда) методами поверхностной микрообработки и анизотропного жидкост-
ного травления кремния на основе инфраструктуры научно-образовательного центра
«Нанотехнологии» Южного федерального университета. Разработка выполнена для реа-
лизации типовой конструкции нейрозонда, которая состоит из основания, нескольких ба-
лок прямоугольной формы с заостренным концом и электрического интерфейса. Техноло-
гический маршрут основан на 4 фотолитографиях и включает 18 основных операций, в
т.ч. очистку подложки, термическое окисление, плазмохимическое осаждение оксида и
нитрида кремния, быстрый термический отжиг, плазмохимическое травление нитрида и
оксида кремния, жидкостное изотропное и анизотропное травление оксида кремния и мо-
нокристаллического кремния, электронно-лучевое напыление металлов. Проведены экспе-
риментальные исследования анизотропного жидкостного травления монокристаллическо-
го кремния в растворе гидроксида калия через маску плазменного оксида кремния, а также
влияния быстрого термического отжига на стойкость маски. Исследовано влияние кон-
центрации раствора на скорость и шероховатость поверхности травления в диапазоне от
10 до 40 % при температуре 80 °C. Установлено, что травление в 27–30 % растворе при-
водит к формированию поверхности с наименьшим среднеарифметическим значением шероховатости 13 нм. Скорости травления монокристаллического кремния и оксида кремния составили 1,5 мкм/мин для грани (100), 3 нм/мин для (111), и 10 нм/мин, соответственно.
Установлено, что отжиг при 600 °С в течение 3 мин повышает стойкость оксида крем-
ния к действию раствора щелочи в 2 раза. Апробация разработки проведена на примере
изготовления серии двухбалочных микрозондов на пластине КЭФ (100) диаметром 100 мм
и толщиной 420 мкм. Настоящий технологический процесс может быть использован для
изготовления нейрозондов с различным количеством и размещением балок и электродов

На основе анализа основных дисперснозависимых механизмов, описывающих поведе-
ние эффективной массы носителей заряда в условиях воздействия сильных электрических
полей (ЭП) в объёме полупроводников типа AIIIBV, обоснованно получено обобщённое соот-
ношение для зависимости этой эффективной массы от энергии. Дальнейшее применение
этого соотношения в феноменологической теории для дрейфово-диффузионной модели
включающей уравнения разогрева и дрейфа, а также при ортогональном по отношению к
направлению дрейфа воздействии сильного магнитного поля, позволил представить все
соотношения в компонентной форме для продольной и поперечной координат. Такое пред-
ставление позволило выявить ряд новых эффектов, среди которых наиболее значимыми
являются следующие: для работы в требуемом диапазоне частот обнаружена оценочная
возможность определения значения напряжённости электрического поля из рассчита н-
ных АЧХ и ФЧХ выходной проводимости конкретной объёмной структуры полупрово д-
ника, работающем в заданном режиме; обнаружено, что с ростом величины индукции
внешнего магнитного поля (МП) растёт и величина дрейфовой скорости вдоль направле-
ния переноса носителей (продольном), а при дальнейшем увеличении индукции МП, на
поперечной дрейфовой индукционной характеристике наблюдаются падающие участки,
что даёт основание для возможности применения данного эффекта в разработках не-
линейных активных индукционных элементов; выявлено, что постоянный и переменный
коэффициенты диффузии являются амплитудозависимыми, а это можно определить
как открытие нового «объемного диффузионного детекторного эффекта в полупровод-
никах». Определено, что продольные (вдоль направления дрейфа в ЭП) компоненты
дрейфовой скорости и коэффициента диффузии зависят только от величины напряже н-
ности продольного ЭП, и не зависит от индукции поперечного МП. Кроме того, при
сильных значениях индукции этого МП (В>4 Тл) обнаружено смещение начала падающе-
го участка на дрейфовой (вольтамперной) характеристике поперечной компоненты
дрейфовой скорости в сторону уменьшения примерно в 2 раза, что можно определить
как новый эффект - эффект Ганна, управляемый магнитным полем. Это позволит увели-
чить объёмный КПД диода на 50% (при уменьшении значения напряжённости порогового
поля эффекта Ганна с 4 до 2 КВ/см). Доказана принципиальная возможность для создания
частотных двухмерных преобразовательных устройств (смесителей автодинного типа), а
также детекторов чувствительных к магнитному полю.

Представлены результаты работ по разработке резистивных структур сенсорных
элементов на основе кремний-углеродных пленок, которые, согласно литературным дан-
ным, обладают высокой стабильностью. Кремний-углеродные пленки получали методом
электрохимического осаждения из раствора гексаметилдисилазана с метанолом в соот-
ношении 1:9. В качестве подложек для изготовления резистивных структур сенсоров ис-
пользовали структуры двух типов: диэлектрическую подложку с высокоомным подслоем
хрома и диэлектрическую подложку с подслоем меди в виде группы тонких щелей. Крем-
ний-углеродные пленки осаждали на поверхность при плотности тока 50 мА/см2. При
этом время осаждения на подложки из поликора с высокоомным подслоем хрома состави-
ло 30 мин, а на диэлектрическую подложку с подслоем меди в виде группы тонких щелей –
4 часа. Структура полученных образцов была изучена с использованием метода раманов-
ской спектроскопии. Показано, что кремний-углеродные пленки обладают сложной
структурой, включающей различные фазы карбида кремния, графита и алмаза. Газочувст-
вительные свойства резистивных структур были оценены по отношению к оксиду углерода и метану с концентрациями 16 и 297 ppm соответственно при рабочей температуре
200 °С. Были изучены электрофизические характеристики резистивных структур мето-
дом вольтамперометрии, а также методом Мотта–Шоттки, позволяющим оценить тип
проводимости кремний-углеродных пленок в составе разработанных резистивных струк-
тур. Определено, что резистивные структуры обоих типов демонстрируют проводи-
мость p-типа при комнатной температуре, а резистивная структура на диэлектрической
подложке с подслоем меди, на котором методом фотолитографии сформированы группы
щелей размером 80-100 мкм для осаждения кремний-углеродной пленки, изменяет тип про-
водимости при нагревании до 200 ℃ с p на n.

Известно, что наноструктурированные материалы на основе оксидных полупроводников
имеют большой потенциал для практического применения. В частности, наноструктуры на
основе оксида цинка (ZnO) используются для изготовления чувствительных элементов газовых
датчиков, фото- и пьезопреобразователей и харвестеров энергии. Оксидные полупроводники
обладают значительной температурной зависимостью сопротивления. В связи с этим была
проведена экспериментальная и теоретическая оценка влияния скорости потока газа на со-
противление сенсорного элемента на основе массива ZnO наностержней. Было показано, что
чувствительный элемент на основе массива ZnO наностержней может быть использован для
измерения малых скоростей потока газа. Массивы ZnO наностержней были выращены на
стеклянной подложке с применением химических технологий и имели преимущественно верти-
кальную ориентацию с высотой 590–660 нм и средний поперечный размер около 30–40 нм. По-
верх наностержней наносилась контактная металлизация V-Cu-Ni толщиной 0,2–0,3 мкм.
В дальнейшем, были измерены зависимости электрического сопротивления сформированного
чувствительного элемента от температуры и от скорости потока воздуха. Было показано,
что при подаче потока воздуха со скоростью от 0 до 12,5 см3/с на нагретый до 200 0С чувст-
вительный элемент, его сопротивление линейно растет в пределах до 20%. Расчеты, проведен-
ные на основе температурной зависимости сопротивления показали, что такое увеличение
сопротивления чувствительного элемента соответствует снижению температуры ZnO на-
ностержней на 4 градуса. Проведенные теоретические оценки показали, что причиной увеличе-
ния сопротивления является снижение на несколько градусов температуры свободных концов
ZnO наностержней при их обдуве потоком воздуха.

Исследование характеристик кремниевого микромеханического гироскопа
(ММГ) под воздействием температуры окружающей среды является необходимым
для решения задачи обеспечения стабильности его характеристик. Испыт ания ММГ
показали, что резонансные частоты увеличиваются с повышением температуры.
Основной причиной этого является возникновение напряжений в упругих подвесах из -
за несоответствия между тепловыми коэффициентами линейного расширения
(ТКЛР) кремниевой структуры и стеклянной подложки. Кремниевый чувствительный
элемент гироскопа был спроектирован таким образом, чтобы собственные частоты
первичных и вторичных колебаний составили 12,5 кГц и частотное рассогласование
между ними не более 10 Гц. Исследуемый образец чувствительного элемента был
упакован в корпусе под давлением 10-2 Па. Результаты испытаний показали, что со б-
ственная частота первичных колебаний при 20°C принимает значение 12,585 кГц, а
собственная частота вторичных колебаний равна 12,609 кГц.Температур ные коэф-
фициенты изменения собственной частоты первичных и вторичных колебаний с о-
ставляют 1,61 Гц/°C и 1,31 Гц/°C.

Изложен новый алгоритм моделирования передачи и нелинейной композиции сигналов
без использования принципа суперпозиции в фрагменте кросс-бар системы на основе зако-
нов Кирхгофа. Он необходим для модернизации существующего конструктивно-
технологического исполнения энергонезависимой памяти схемотехническим способом в
рамках концепций технической наноэлектроники. В предлагаемой модели предлагается
применить теорию электронной волновой цепи для настройки параметров двухэлектрод-
ных приборов и металлических проводов, направленной на минимизацию расхода мощности
питания и нагрева, повышения тактовой частоты и КПД цифровых ИС без радикального
изменения существующей технологии их производства. Из-за многофакторной зависимо-
сти параметров кросс-бар системы аналитическое решение уравнений электрического
состояния и анализ амплитудно-зависимого суммирования воздействий сигналов в нем про-
водится методами эквивалентных синусоид и схем, комплексных амплитуд и гармониче-
ской линеаризации. Полученные аналитические соотношения в монохроматическом при-
ближении позволяют оценить инерционные и нелинейные свойства кросс-бар системы,
обусловленные всеми её элементами, функционирующими коррелированно в общем элек-
тромагнитном поле. Показано, что волны напряжения на клеммах отдельного мемристо-
ра будет «искажаться» соединительными линиями и не соответствовать исходному воз-
действию из–за трансформации запоминаемого сигнала и явления управляемой интерфе-
ренции в фрагментах резистивной памяти.

Применение композиционных материалов в современной авиации требует уже на ранних
стадиях проектирования тесного сотрудничества конструкторов, расчетчиков-прочнистов и
технологов. Это объясняется прежде всего анизотропностью (в общем случае) свойств компо-
зиционных материалов. Оптимизация по весу агрегатов и деталей из ПКМ - сложная многопа-
раметрическая задача, включающая в себя: – выбор материала с заданными свойствами;
– формирование сэндвич-пакета с ориентацией монослоев, в соответствии с полями тензоров
главных потоков; – обеспечение статической прочности и анализа потери устойчивости;
– выбор и разработка технологического процесса и т.д., и т.п. В представленной работе прове-
ден анализ НДС одного из агрегатов летательного аппарата (ЛА)на этапе модификации дей-
ствующей конструкции согласно принятому решению о замене металлических материалов на
полимернокомпозиционные. Расчет НДС выполнен в системе программных продуктов MSC.
Software на этапе выпуска рабочей конструкторской документации (РКД). Получены положи-
тельные избытки прочности с применением критериев разрушения для ПКМ по линейно ста-
тическому анализу, анализу с учетом геометрической нелинейности и анализу на потерю ус-
тойчивости. НДС получено для полетных случаев нагружения и стояночных случаев нагруже-
ния (действие ветровой нагрузки). На основе проведенного анализа принято решение о разра-
ботке программы испытаний образцов для подтверждения физических свойств материалов и
пакетов КМ (Композиционных материалов). Так же в дальнейшем для подтверждения ресурса
конструкции будут проведены ресурсные испытания. В последующем работа будет заклю-
чаться в сопровождении анализом НДС по МКЭ на этапах испытания образцов, статических и
ресурсных испытаний.

Изучение основных процессов, протекающих в атмосфере, представляет значитель-
ный интерес для науки. Наблюдение за физическими процессами в большинстве случаев
осуществляется с помощью инструментального способа, основанного на введении в иссле-
дуемую среду измерительного зонда, в качестве которого широко используются термо-
анемометрические преобразователи. Целью данной работы являются определение и анализ
источников погрешностей результатов измерений, полученных с помощью термоанемо-
метра постоянной температуры в турбулентных газовых потоках и разработка рекомен-
даций по их минимизации. В статье рассмотрены источники погрешностей, возникающие
при измерении термоанемометром постоянной температуры в турбулентных газовых
потоках, а так же приведены предложения по их минимизации. Рассмотренные источники
погрешностей условно разделены на два типа. Погрешности первого типа обусловлены
использованием некорректных алгоритмов обработки выходного сигнала термоанемо-
метр, а второго типа - особенностями работы датчика в системе обратной связи. Опре-
делено, что для устранения погрешности первого типа, необходимо исключить в схеме
термоанемометра интегрирующие цепи, ослабляющие амплитуду турбулентных пульса-
ций. Погрешность второго типа возникает вследствие асимметричной реакции термо-
анемометра постоянной температуры на увеличение и уменьшения скорости потока, т.е.
на нагрев и охлаждение чувствительного элемента (датчика). Погрешность второго типа
зависит от скорости потока, интенсивности турбулентности и спектра пульсаций ско-
рости. Как и погрешность первого типа, компенсация данной погрешности требует спе-
циальных технических решений при разработке электронной схемы термоанемометрапостоянной температуры. Для решения этой задачи были исследованы динамические ха-
рактеристики термоанемометра в динамических условиях с использованием аэродинами-
ческого стенда, создающего стратифицированный воздушный поток, моделирующий сту-
пенчатый испытательный сигнал, путем быстрого перемещения датчика ТА постоянной
температуры между двумя стратами. Полученные результаты могут использоваться для
разработки устройств и программ при измерениях в турбулентных потоках.

Описывается исследование теплоотводящих свойств областей развитых поверхно-
стей, к примеру, ребристых и игольчатых радиаторов для оценки эффективности распро-
странения теплового поля и отвода тепла. Также приводится описание проведенного чис-
ленного моделирования в процессоре Fluent универсальной программной системы конечно-
элементного анализа Ansys. Актуальность выбранной темы подтверждается тем, что
одна из самых важных и сложных задач, возникающих при разработке электронной аппа-
ратуры - это отвод выделяемого ею тепла. При современной устойчивой тенденции к
уменьшению габаритов электронных устройств эта проблема не исчезает, а напротив,
становится все более острой, и тем сильнее, чем выше мощность устройства и меньше
его физический объем, а от конструкций теплоотводящих элементов зависит не только
эффективность отвода тепла, но также габариты и, конечно, надежность работы
электронных устройств. Применительно, например, к электронной аппаратуре, источни-
ком тепловой мощности является теплонагруженный элемент. В том случае, когда теп-
лопроводности окружающей среды недостаточно для нормализации его теплового режи-
ма применяются теплоотводы (радиаторы) – теплоотводящие конструкции из металла с
большим коэффициентом теплопроводности (медь, алюминий) так как коэффициент теп-
лопроводности в металлах выше. В работе делается вывод, что для решения комплексной
задачи оценки эффективности теплоотвода с целью снижения температуры теплона-
груженного элемента, следует использовать электротепловую аналогию.

Цель работы – экспериментальное исследование роли эффектов самовоздействия,
сопровождающих распространение ультразвуковых пучков бигармонической волны накач-
ки, на процесс формирования пространственных характеристик поля волны разностной
частоты. В статье изучаются изменения пространственных распределений амплитуды
волны разностной частоты при совместном действии квадратично-нелинейных эффектов
(амплитудно-зависимое нелинейное затухание, искажение временного профиля и др.), аку-
стического течения и нагрева среды волнами накачки конечной амплитуды. Эксперименты
проводились в лабораторном бассейне размерами 211 м3 с пресной водой при комнатной
температуре, где плоский пьезокерамический излучатель диаметром 20 мм горизонтально
излучал пучок волн накачки со средней частотой 2 МГц. Бигармоническая волна накачки
генерировала в воде разностную волну, частота которой принимала значения 80 кГц или
160 кГц. Гидрофон малых размеров перемещался горизонтально вдоль и поперек акустиче-
ской оси пучка накачки для регистрации осевых и поперечных распределений амплитуды
волны разностной частоты. В качестве параметров исследования использованы амплиту-
да волн накачки, длительность, период следования и скважность излучаемых импульсов.
При постоянной амплитуде излучаемых волн скважность импульсов определяет среднюю
интенсивность накачки, от которой зависит развитие эффектов самовоздействия. На-
против, квадратично-нелинейные эффекты определяются амплитудой волны накачки и не
зависят от скважности импульсов. При увеличении амплитуды волн накачки и постоянной
скважности показано совместное нарастающее влияние квадратично-нелинейных эффек-
тов и эффектов самовоздействия на пространственные характеристики поля волны раз-
ностной частоты. Для воды в условиях комнатной температуры акустическое течение и
тепловое самовоздействие привели к дефокусировке пучка накачки, что существенно уско-
рило пространственную убыль амплитуды волны разностной частоты с расстоянием от
излучателя вдоль акустической оси. Показано, что наибольшее влияние эффектов самовоз-
действия имеет место в непрерывном режиме излучения. Полученные результаты пред-
ставляют интерес для понимания особенностей и степени влияния эффектов самовоздей-
ствия на поле волны разностной частоты, что актуально при использовании нелинейного
акустического излучателя в измерительных и диагностических задачах, для передачи ин-
формации и дистанционного поиска объектов.

Рецидивы онкологических заболеваний, возникающие из-за оставшихся после опера-
ции метастаз и малых опухолей, вынуждают хирургов увеличивать объемы резекции при
хирургических вмешательствах. В работе приведена процедура выбора оптимальных ха-
рактеристик сцинтилляционного материала для регистрации гамма-излучения от радио-
фармацевтического препарата. Пользуясь интерполированными данными, оценена зависи-
мость вероятности взаимодействия γ-кванта с веществом от толщины сцинтиллятора
для радиофармацевтического препарата на основе радионуклида технеция 99mТс, наиболее
интенсивно испускающего γ-кванты с энергией 140,5 кэВ. Осуществлена численная оценка
значений оптимальной длины сцинтиллятора из йодистого натрия, допированного талли-
ем NaI(Tl) для регистрации излучений от изомера технеция-99. Установлено, что в процес-
се оптимизации размеров сцинтиллятора необходимо прийти к такому компромиссу, что-
бы обеспечивалось максимальное поглощение γ-квантов и одновременно с этим оптические
потери в объёме были минимальны. Показана возможность изготовления детекторов с
теоретически максимальным пределом чувствительности в виде компактного, пригодного
для ручного использования диагностического прибора. Для сцинтилляционных изделий при-
ведены факторы, влияющие на показатель световыхода. Установлено, что необходимо
учитывать не только конверсионную эффективность и линейный коэффициент ослабления
для заданной энергии излучения, но и прозрачность сцинтилляционного материала к собст-
венному излучению, на которую непосредственно влияет химическая чистота материалов
и технология изготовления кристаллических сцинтилляторов. оценена зависимость веро-
ятности взаимодействия γ-кванта с веществом от толщины сцинтиллятора для радио-
фармацевтического препарата на основе радионуклида технеция 99mТс, наиболее интен-
сивно испускающего γ-кванты с энергией 140,5 кэВ. Осуществлена численная оценка значе-
ний оптимальной длины сцинтиллятора из йодистого натрия, допированного таллием
NaI(Tl) для регистрации излучений от изомера технеция-99. Установлено, что в процессе
оптимизации размеров сцинтиллятора необходимо прийти к такому компромиссу, чтобы
обеспечивалось максимальное поглощение γ-квантов и одновременно с этим оптические
потери в объёме были минимальны. Показана возможность изготовления детекторов с
теоретически максимальным пределом чувствительности в виде компактного, пригодного
для ручного использования диагностического прибора. Для сцинтилляционных изделий при-
ведены факторы, влияющие на показатель световыхода. Установлено, что необходимо
учитывать не только конверсионную эффективность и линейный коэффициент ослабления
для заданной энергии излучения, но и прозрачность сцинтилляционного материала к собст-
венному излучению, на которую непосредственно влияет химическая чистота материалов
и технология изготовления

Использование гидроакустических средств для изучения жизни в океанах является
важный инструментом для исследований в области морской биологии. Центральной целью
биологической океанографии является понимание механизмов регуляции популяций планк-
тонных животных. Зоопланктон является ключевым компонентом пищевых сетей. Обыч-
но использовались биологические методы отбора проб для измерения концентрации зоо-
планктона. Эти методы основаны на отборе проб зоопланктона в сетях. Подводные аку-
стические технологии являются одним наиболее эффективных инструментов для обнару-
жения и картографирования организмов водной толщи, таких как зоопланктон. Количест-
венное измерение морского зоопланктона с помощью гидролокаторов требует детального
знания их рассеивающих свойств. В данной работе предлагается усовершенствовать из-
вестный метод дистанционной идентификации мелких рыб и зоопланктона – метод эхо-
интеграции – путем применения в качестве активного гидроакустического средства па-
раметрической антенны, основанной на принципе нелинейного взаимодействия акустиче-
ских волн. Данные антенны имеют широкий диапазон рабочих частот и узкую диаграмму
направленности при практическом отсутствии бокового поля. Это позволит повысить
эффективность поиска и оценки скоплений зоопланктона и мелкой рыбы, что является
важной народнохозяйственной задачей. Рассмотрены теоретические предпосылки для
реализации эхо-интеграционного метода с использованием средств нелинейной гидрокус-
тики. Сделаны предположения о равномерности распределения гидробионтов в рассеи-
вающем объёме, независимости расположения объектов от оси диаграммы направленно-
сти и большом размере скопления гидробионтов по сравнению с шириной луча параметри-
ческой антенны. В выражении для определения эхо-сигнала от множественных источни-
ков предложено использовать диаграмму направленности параметрической антенны в
сферических координатах.