Мікросистеми, Електроніка та Акустика

Метод кластеризації з використанням векторів кардинальних чисел

Олена Олегівна Абакумова — 2025-12-23

У сучасних технічних системах кластеризація є ключовою процедурою для структурування, аналізу та інтерпретації великих обсягів даних, що забезпечує підвищення ефективності прийняття рішень і оптимізації системних процесів. В роботі проведено порівняльний аналіз основних груп методів кластеризації та запропоновано новий підхід до кластеризації з використанням потужного математичного апарату кардинальних чисел. Розкрито теоретичні засади побудови векторів кардинальних чисел як математичного інструменту для представлення даних у задачах кластеризації. Запропоновано визначення відстаней між об’єктами здійснювати в обраному ортогональному базисі на основі підрахунку потужностей абстрактних послідовностей множин, поданих у вигляді векторів кардинальних чисел. Розглянуто формування векторів кардинальних чисел та обчислення відповідних метрик схожості з подальшим формуванням матриці відстаней. Наведено приклад розрахунку відстаней між трьома функціями та базовою функцією на основі аналізу відповідних векторів кардинальних чисел. Показано, що зміна базису чи проекцій залежно від технічної задачі дозволяє формувати різні кластери, що свідчить про гнучкість і адаптивність запропонованого підходу. Розрахунки формалізовані, прості та легко алгоритмізуються, що дає можливість для втілення динамічної кластеризації. Такий підхід є перспективним для застосування в інтелектуальних системах аналізу даних та обробки інформації в електронних пристроях.

Огляд газорозрядної гармати: фізичні основи, застосування та перспективи

Вадим І. Трохимчук — 2025-12-24

Імпульсні газорозрядні гармати є перспективними інструментами в сучасних технологіях електронно-променевої обробки. Ці пристрої працюють на основі високовольтного тліючого розряду (ВТР) і здатні генерувати потужні електронні пучки. У статті наведено огляд існуючих конструкцій гармат, розглянуто фізичні процеси формування плазми та фокусування пучка, а також описано вплив конструктивних особливостей на стабільність роботи та теплове навантаження. Особливу увагу приділено впливу типу робочого газу на характеристики пучка, технологічним можливостям пристрою та перспективам удосконалення керування струмом розряду. Розглянуто принципи побудови автоматизованих схем керування параметрами пучка, що забезпечують стабільність в імпульсному режимі. Наведено приклади практичного застосування гармат на основі ВТР.

Фізичні умови обмеження акустичної потужності, що випромінюється локаційними засобами

Ольга Миколаївна Позднякова — 2025-12-24

В наведеній статті показано, що фізичними умовами обмеження акустичної потужності, що випромінюється локаційними засобами, є допустимі рівні міцностей їх елементів. Визначено, що до цих міцностей відносяться механічна, електрична і кавітаційна. Кожна з них пов’язана зі своїм фізичним полем, яке приймає участь у формуванні заданої акустичної потужності локаційного засобу. Кожне з фізичних полів має свої обмеження з точки зору забезпечення випромінювання антеною локаційного засобу максимальної акустичної потужності. До цих обмежень відносяться: для механічного поля – механічна міцність антени локаційного засобу та її перетворювачів; для електричного поля – електрична міцність антени локаційного засобу; для акустичного поля – кавітаційна міцність пружного середовища, в умовах якого працює локаційний засіб.

В результаті встановлені фізичні причини появи електричної, механічної і кавітаційної міцностей. Визначені аналітичні вирази між рівнями наведених міцностей і потужностями акустичного випромінювання. Встановлено, що крім умов зв’язаності другим фізичним чинником, який обмежує акустичну потужність випромінювання звуку локаційними засобами є наявність ряду фізичних факторів. Кожен з них пов'язаний з тими фізичними полями, які взаємодіють в умовах зв’язаності між собою в акустичних антенах локаційних засобів, створюючи потужність випромінювання локаційного засобу.

Для електричного поля це електрична міцність, для механічного поля – механічна міцність і для акустичного поля – це кавітаційна міцність робочого середовища. Встановлені фізичні причини появи кожного з цих обмежень.

Механічна міцність, що описує механічні динамічні напруження, що створюються в антені режимом випромінювання енергії, залежать від рівня цієї енергії, площі випромінюючої поверхні, питомого хвильового опору застосованої в антені п’єзокераміки, міри акустичного навантаження антени та форми коливань, що використовуються при побудові антени.

Електрична міцність локаційних засобів залежить від руйнування вузлів ізоляції конструкцій в антенах в результаті дії часткових електричних розрядів; від природного старіння конструкційних електроізоляційних матеріалів; від погіршення електричних параметрів елементів антен внаслідок зволоження ізоляції їх активних елементів.

Кавітаційна міцність залежить від параметрів робочого середовища локаційних засобів (величини заглиблення антени, температури, вмісту газу) та параметрів антени (частоти випромінювання звуку, тривалості випромінюваних імпульсів, їх шпаруватості, нерівномірності коливальної швидкості та акустичного тиску на поверхні випромінювання антени та перетворювачів).

Визначені аналітичні співвідношення для розрахунків рівнів механічної та електричної міцностей в залежності від акустичної енергії, що випромінюється локаційним засобом, що дозволяє здійснювати пошук технічних шляхів підвищення рівня випромінюваної акустичної енергії, залишаючи допустимими рівні електричної, механічної та кавітаційної міцностей.

Графічний метод оцінки ефективності реабілітації слухового органу

Анастасія В. Паренюк — 2025-12-18

Метою даної роботи є аналіз можливості використання та ефективності нового запропонованого графічного методу оцінки наявності різниці між здоровим і хворим органом слуху біологічного об’єкта під час реабілітації від ототоксичного впливу. Вказаний метод призначений для забезпечення більшої швидкості аналізу, підвищення його якості та можливості його застосування всім медичним персоналом – як лікарським, так і сестринським.

Матеріал і методи. Під час підготовки даних було проведено 41 експеримент. Всього було виконано 3936 вимірювань, по 96 для кожного експерименту. Кожне вимірювання проводилося на одному вусі морської свинки шляхом використання отоакустичної емісії на частоті продукту спотворення. Із зазначених 41 експерименту 40 були проведені на піддослідних групах з різним впливом медикаментів (як ототоксичний, так і лікувальний), а один проводився як референтний – для демонстрації нормального стану органу слуху. У кожному експерименті вимірювання були розподілені між 6 діапазонами частот (2 кГц, 4 кГц, 6 кГц, 8 кГц, 10 кГц, 12 кГц) – по 16 вимірювань у кожному. Далі було розраховано середнє значення сигналу отоакустичної емісії та стандартну помилку в кожній смузі для кожного експерименту. Отримані значення були використані в представленому методі для пошуку відмінностей між ними. Пізніше був реалізований статистичний аналіз для перевірки надійності методу. При статистичному аналізі було враховано нормальність розподілу результатів у групах і в залежності від цього використано параметричний або непараметричний тест. Надійність зазначених методів перевіряли також шляхом використання критерію Соколова.

Результати. Імплементація запропонованого методу показала, що для кожного діапазону частот результати були розділені на дві великі групи – нормальна група (містить експеримент №1 у своєму складі) і відмінна група. Відмінності між двома групами наступні – нормальна група має вищі середні значення, менші стандартні помилки експериментів у ній і результати менш кучно розподілені на графіку. Надійність запропонованого методу перевіряли за допомогою трьох різних тестів – наявність статистично значущих відмінностей між середніми значеннями експериментів у нормальній групі та групі із відмінностями, наявність статистично значущих відмінностей між даними експерименту № 1 та кожного експерименту в групі з відмінностями та кореляція результатів методу із результатами використання критерію Соколова. Випробування підтвердили надійність запропонованого методу і показали, що він навіть має переваги перед уже використовуваними методами – будь то більша чутливість або простота його реалізації.

Висновок: тестування нового методу показало його надійність за результатами проведених серій тестів для кожного діапазону частот. Крім простоти реалізації та збільшення швидкості аналізу результатів, запропонований метод також має більш високу чутливість, ніж деякі вже існуючі методи аналізу результатів аналізу стану органу слуху в біологічному об'єкті.

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Артем Сергійович Чернов — 2025-12-24

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти використовують PIN-діоди, варактори або MEMS структури, однак ці методи мають суттєві обмеження: обмежений діапазон перелаштування, підвищене енергоспоживання, необхідність високої напруги або складність реалізації неперервного перелаштування. Однією з альтернатив є механічне перелаштування, зокрема із застосуванням розумних матеріалів. Деякі з них, наприклад, іонно-полімерні металеві композити (ІПМК) створюють великі переміщення за порівняно низьких керуючих напруг. Це дозволяє створювати енергоефективні та компактні пристрої. Запропоновано конструкцію фільтени — антени з інтегрованим фільтром на основі копланарної лінії передачі, у якій нижній електрод може відхилятися від основи. Ця частина виконує роль смугового фільтра, а його параметри визначають частотні властивості пристрою. Для перелаштування частоти використовується ІПМК-актюатор, який змінює положення додаткової діелектричної пластинки з металевими елементами над основною антеною. Переміщення пластинки збурює розподіл електромагнітного поля, внаслідок чого відбувається також зміна резонансної частоти. Конструкція дозволяє плавно змінювати кут нахилу рухомої пластинки, що забезпечує перелаштування частоти у широкому діапазоні, від 2,61 ГГц у нижньому положенні до 6,11 ГГц у верхньому положенні, що становить близько 130% від початкової частоти, а рівень відбивання залишається стабільним близько –25 дБ. При цьому для роботи актюатора достатньо прикладати напругу до 5 В. Вимірювання S-параметрів прототипа підтвердили ефективність запропонованої конструкції. В експериментальній установці ІПМК-актуатор був закріплений з одного боку, а з іншого – приєднаний до рухомої пластинки. Експериментальні вимірювання добре узгоджуються з результатами моделювання. Перевагами запропонованої конструкції є енергоефективність, широкий діапазон перелаштування робочої частоти та відсутність додаткових внесених втрат. Основними обмеженнями є відносно повільна реакція ІПМК (секунди) та необхідність замкненого контуру керування для точного позиціонування. Конструкція чутлива до механічних вібрацій, що слід враховувати при практичному застосуванні. Разом з тим, використання ІПМК-актюатора дозволяє уникнути використання високих напруг і складних електронних схем. Запропонована конструкція може бути використана для створення сучасних антен з розширеними функціональними можливостями.