отзыв вед.орг (Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов)

Р~ .. Нпкитов "Ъё зизнбри 2014 ОТЗЫВ ведущей организации - Федерального государственного бюджетного учреждении науки Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН на диссертационную работу Дмитриева Артемия Владимировича "Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов" представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 — Приборы и методы экспериментальной физики.

Диссертационная работа А.В. Дмитриева посвящена разработке и исследованию методов управляемого демпфирования высокодобротных механических мод колебаний физических систем, а также решению задач, возникающих при конструировании кварцевых подвесов пробных масс лазерных интерферометрических гравитационно-волновых детекторов третьего поколения. А альность темы Чувствительность гравитационных антенн существенно ограничена различными фундаментальными н техническими шумами, а также различными дпнамическими эффектами, что пока не позволяет непосредственно зарегистрировать гравитационное излучение, приходящее из космоса, поэтому разработки и исследования позволяющие снизить влияние шума и повысить чувствительность гравитационных антенн являются достаточно актуальными, Разработка методов управляемого демпфирования механических систем, не вносящих дополнительных шумов в демпфируемый осциллятор, также имеет важное значение при создании микро- н наноэлектромеханических систем.

Интерес к данным устройствам снова вырос в связи появлением различных нанотехнологий, позволяющих манипулировать отдельными молекулярными объектами. Основные научные результаты и нх новизна В работе подробно анализируется современное состояние исследований в данной области, лается общее описание и классификация основных типов систем управляемого демпфирования колебаний механических осцилляторов, приведены примеры их пракщческих реализаций. В диссертации приводится общее теоретическое описание методов демпфирования механического осциллятора.

рассмотрен метод понижения эффективной температуры осциллятора, при котором не вносятся дополнительные тепловые флуктуации, т.н. холодное демпфирование, а также метод демпфирования механических колебаний, основанный на использовании цепей обратной связи, в которых сигнал сенсора, регистрирующего колебания осциллятора, подается на актюатор силового воздействия через цепь обратной связи. Автором разработаны, созданы и подробно исследованы несколько оригинальных экспериментальных конструкций, моделирующие вакуумированный кварцевый поднес пробной массы интерферометрического гравитационно-волнового детектора.

Экспериментально были исследованы различные методы демпфирования струнных мод колебаний кварцевой нити: метод основанный на электростатическом взаимодействии промежуточного осциллятора- кварцевой пластинки с резонансной частотой, близкой к резонансной частоте демпфируемой моды колебаний нити, а также метод на основе электростатического актюатора, осуществлявшего силовое воздействие на электрически заряженный участок поверхности нити. Для исследования управляемого демпфирования были разработаны и исследованы различные методы нанесения электрического заряда на кварцевую нить и создана система измерения заряда на основе цилиндра Фарадея. Было продемонстрировано, что наиболее эффективным методом демпфирования струнных мод колебаний кварцевых нитей является демпфирование, в котором силовое воздействие на нить осуществляется электростатически.

При этом электрическое поле, величина которого пропорциональна скорости движения нити, воздействует на электрический заряд, нанесенный на поверхность нити. Использование этого метода дает возможность получить максимальные значения дополнительного фактора механических потерь, вносимого в струнные моды колебаний нитей. Второй высокодобротной механической системой„в которой исследовались методы управляемого демпфирования колебаний, были дисковые резонаторы упругих колебаний на поверхностных акустических волнах, электростатически возбуждаемых в изотропных дисках, изготовленных из материала, не обладающего пьезоэффектом. В работе на основе математической модели достаточно подробно описываются различные типы колебаний таких резонаторов н приводятся их расчетные характеристики. Для экспериментальной проверки проведенных оценок использовались два дисковых резонатора на основе дюралюминия и монокристаллического кремния.

Был определен спектр резонансных мод и подробно исследовано затухание в изгибных модах. Для реализации управляемого демпфирования изгибных мод колебаний дисковых резонаторов автором была разработана трехмодовая электромеханическая система. На основе уравнений движения была построена и исследована теоретическая модель трехмодовой электромеханической системы, а также проведено экспериментальное исследование возможности управляемого демпфирования изгибных мод на основе дискового кремниевого резонатора с помощью емко стного преобразователя, осуществляющего обратное динамическое влияние на механический осциллятор.

Было показано, что величина вносимого затухания может регулироваться параметрами электромеханической системы. Экспериментальные результаты достаточно хорошо соответствуют результатам теоретических расчетов. Известно, что регистрация гравитационных волн внеземного происхождения достаточно сложна ввиду малого искажения метрики пространства и крайне слабого взаимодействия с веществом. Для уверенной работы гравитационных антенн необходимо обеспечить чувствительность на уровне стандартного квантового предела.

Поэтому важным практическим результатом данного исследования является возможность применения разработанного метода демпфирования в процессе дальнейших усовершенствований интерферометров гравитационной антенны Адчапсед 1.100, остове ность экспе иментальных з льтатов и выво ов Основные результаты диссертации получены с использованием физических моделей с применением известных математических методов и стандартных программных пакетов.

Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием между теоретическими оценками на основе численного моделирования н имеющимися экспериментальными данными, а также данными, известными из литературы. П актическая енность аботы Несомненную практическую ценность представляют результаты экспериментального исследования управляемого демпфирования высокодобротных механических мод колебаний, которые чрезвычайно важны при разработке систем кварцевых подвесов пробных масс лазерных интерферометрических гравитационно-волновых детекторов нового поколения. О о мление иеее та ии Объем и структура диссертации соответствуют требованиям, предъявляемым к кандидатским диссертациям. Автореферат диссертации достаточно полно отражает основные положения диссертации.

П блика ин иа чиьи ез льтатов Материалы диссертации опубликованы в 4 научных статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ, а также в 6 публикациях в материалах и сборниках тезисов международных конференций. Замечании по иеее та ии К замечаниям по тексту диссертации можно отнести следующее: 1. В тексте диссертации упоминается геометрическая нелинейность, однако физический смысл данного явления не обсуждается.

2. В работе основным расчетным параметром является затухание вакуумнрованных высокодобротных механических систем, однако оценки на затухание, вносимое собственно остаточными газами прн используемых рабочих давлениях, в тексте диссертации отсутствуют. 3. Экспериментальное моделирование нитевого кварцевого подвеса для интерферометрического гравитационного детектора показало„что основным источником шума, вносимым демпфирующей системой является шум оптического сенсора, поэтому логично было бы привести оценки увеличения потенциальной эффективности при использовании более стабильной оптической аппаратуры. Отмеченные выше замечания носят рекомендательный характер и не затрагивают существа выводов и ни в коей мере не снижают оценку диссертационной работы. Заключение Диссертация А.В. Дмитриева "Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов'*, представляет собой законченную научноисследовательскую работу по современной и актуальной тематике.

В работе получен целый ряд новых научных результатов, в совокупности представляющих существенный шаг в разработке и физическом исследовании методов управляемого демпфирования колебаний высокодобротных механических резонаторов, проведено численное моделирование высокодобротных электромеханических систем, а также всестороннее экспериментальное исследование их колебательных характеристик.

Сравнительный анализ экспериментальных данных с результатамн численного моделирования показал достаточно хорошее соответствие. Зав. отделом ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, д, ф.-м. н., профессор 'Я~ у,к Рубанков Владимир Николаевич тел.: +7 (495) 629-34-59 е-ща11: дпЬ®ср11ге.тп Зав. лаб. ИРЭ нм. В.А. Котельникова РАН, к. ф.-м, н., Колесов Владимир Владимирович тел.: +7 (495) 629-33-68 е-ща11: Ьж®ср11ге.га Почтовый адрес организации: 125009„Москва, ул. Моховая, д.11, стр.7.