Неэквидистантные ряды наземных и спутниковых измерений на фоне шумовых процессов (1104118), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Анализ неэквидистантных рядов служебной бортовой телеметриипозволяет выявить скрытые периодические воздействия на бортовыесистемы, нарушающие стабильность напряжения источников питания иизменяющие в широких пределах температуру функционально важных узловаппаратуры.Достоверность представленных в работе результатов подтвержденачисленными расчётами и физическими экспериментами.Личный вклад автора. Все представленные в диссертации результатыполучены автором лично, либо при его непосредственном участии.6Научные положения, выносимые на защиту1.
Бинарная система этанол-вода является удобны модельным объектомдля изучения фликкер-шума с определением показателя его степени, гдепутём изменения концентрации можно варьировать соотношение междутепловыми и избыточными шумами, отображающими характер механизмапереноса зарядов в среде; присущий системе шум можно использовать вкачестве инструмента для исследования процессов, происходящих как всамой системе, так и на границе раздела фаз.2. Циклическое перемещение и фиксация на заданных позицияхпритягивающих масс в течение двух периодов колебаний крутильных весовобеспечивает получение временных рядов с выделением периодичностей ифликкер-шума, обусловленных наличием шумовых и дестабилизирующихфакторов, а вследствие уменьшения их влияния снижает случайную исистематическую погрешности результатов измерений гравитационнойпостоянной.3.
Применение метода усреднения ординат на пробном периодеобеспечивает эффективный способ поиска скрытых периодичностей внеэквидистантных рядах измерений гравитационной постоянной и данныхбортовой телеметрии спутника, содержащих информацию о шумовыхфакторах, без предварительной линеаризации и аппроксимации.4. Выявление скрытых периодичностей способствует изучениювлияния шумовых факторов на данные бортовой телеметрии космическогоаппарата, являющегося эффективным средством научных исследований,затруднённых или невозможных на поверхности планеты, и подверженногопри наличии нестабильности его ориентации усложнённому воздействиюокружающего пространства.Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались наСъезде российских физиков-преподавателей "Физическое образование в XXIвеке", М., МГУ, 28-30.06.2000; Конференции по теории колебаний иуправлению, М., МГУ, 29.11.2000; Всероссийской конференции"Необратимые процессы в природе и технике", М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 23-25.01.2001; V Международной конференции по гравитации и астрофизике стран азиатско-тихооакеанского региона, М., РУДН, 2001 г; 6-омВсероссийском совещании-семинаре "Инженерно-физические проблемыновой техники", М., МГТУ, 16-18.05.2001; XI сессии Российского акустического общества, М., 19-23.11.2001; III Международной научнометодической конференции "Новые технологии в преподавании физики,М., 14.03.2002; 10-й Международной конференции "Организационноправовые, финансовые и научно-технические аспекты современного телерадиовещания", д/т Софрино, 23-26.04.2002; IX научной школе-семинареакад.
Л.М. Бреховских "Акустика океана", М., 2002; X Международнойшколе-семинаре "Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических7частот", Фрязино, 20-24.08.2002; XIII сессии Российского акустическогообщества, М., МГУ, 25-29.08.2003; Международно-методическом семинаре"Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах",М.,2004; Научно-техническом семинаре, М., МНТОРЭС им. А.С. Попова,МЭИ, 2004; Школе-семинаре, 6-11.11.2006, Ульяновск, XI Всероссийскойшколе-семинаре "Волновые явления в неоднородных средах", 26-31.05.2008;13-й Российской гравитационной конференции, 23-28.06.2008 г., М., РУДН:Международной конференции "Современные проблемы математики,механики и их приложения, М., МГУ, 30 марта-2 апреля 2009 г.; Научнойконференции "Ломоносовские чтения", М., физфак МГУ, 16-25.04.09 и 1523.11.11, Всероссийском совещании по прецизионной физике ифундаментальным физическим константам, Дубна, ОИЯИ, 5-9.12.11.Материалы диссертации обсуждались на семинарах кафедр радиофизики,акустики, физики колебаний физфака, газовой и волновой динамики мехмата,НИИЯФ МГУ, ГАИШ МГУ.Полнота изложения материалов диссертации в работах,опубликованных автором.
Основные результаты диссертации изложены в60 печатных работах, из них 30 в журналах, рекомендуемых ВАК.Получено 6 патентов РФ.Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, 4 глав и заключения. Общий объём работы 146 стр., из нихиллюстраций 27 стр., таблиц 11 стр.
Список литературы содержит 265наименований.Основное содержание работыВо введении обосновывается актуальность диссертационной работы,сформулированы цель, задачи, научная новизна исследований и основныеположения, которые выносятся на защиту.В первой главе диссертации дан анализ шумовых процессов.Измерения физических величин сопровождаются воздействием шумов.Наиболее полно изучены тепловые шумы. Помимо них может наблюдаться итак называемый избыточный шум или фликкер-шум. Первые наблюденияфликкер-шума выполнены более пятидесяти лет тому назад.
Шум 1/fявляется универсальным типом флуктуаций. Он проявляется не только приизмерениях в электронике, но и в самых различных наблюдениях. Егоприрода окончательно не установлена. До сих пор нельзя со всейопределенностью сказать, обусловлен ли электрический 1/f-шум явлениями,происходящими в объёме или на поверхности образца. Объектомисследования, позволяющим изменять соотношение теплового иизбыточного шума, может быть, например, водный раствор электролита.Шумы в водных растворах интересны, прежде всего, тем, что имеющимисяпод рукой простыми средствами можно существенно менять их характертем самым получать представление о вкладе в те или иные виды флуктуаций.8Это говорит о том, что растворы могут быть подходящим объектом длямоделирования различных соотношений шумов проводимости, а шумы, всвою очередь, несут информацию о состоянии исследуемого объекта.Установка для исследования характеристик водных растворовсодержит кювету с исследуемой средой, в которую погружены двапозолоченных медных электрода.
Стационарный электрод опускается висследуемую среду через отверстие в верхней части экрана. К немуподключён низкочастотный генератор гармонических сигналов заданнойчастоты и амплитуды. Сигнал с подвижного электрода поступает на входсхемы, находящейся в измерительном блоке.Для изучения поведения шума при изменении структуры жидкостиизмерялись сопротивление и спектральная плотность шума раствора этанолав воде при различных концентрациях. Взаимодействующие молекулы водыобразуют сложную пространственно сетчатую структуру.
Добавлениеэтанола в воду разрушает эту структуру. С одной стороны этанол разрушаетводородные связи в воде, а с другой начинает образовывать собственнуюструктуру при достаточно большой концентрации. В результате приопределённой концентрации этанола среда в целом характеризуетсянаименее устойчивой структурой. На рис.1 видна зависимость ёмкостиконтактных областей Cк от концентрации раствора. Её влияние на модуль Zи действительную часть Re(Z) комплексного сопротивления ячейки начастоте 10 Гц показано на рис.2. Вследствие малой величины C к значения Zи Re(Z) отличаются незначительно. Модули Z на частотах выше 100 Гц иниже 1 Гц близки по величине.
Спектральная плотность мощности шумараствора имеет максимальное значение на низкой частоте 1 Гц (рис.3) приконцентрации 40%. На высоких частотах, где преобладает объёмноесопротивление ячейки, спектральная плотность мощности шума имеетминимальное значение при той же концентрации (рис.4).Возрастание избыточного шума с понижением частоты имеет вид 1/f,где постоянная величина, принимающая, как правило, значения 0.81.4. Уводопроводной воды коэффициент составил величину 1.1, у среды КратцаМаерса 1.2. У сред CdCl2 c концентрацией 0.3 н.
и 0.5 н. коэффициент возрос до уровня 2.0 и 1.5. У дистиллированной воды он составил величину1.6. У 10% раствора этанола в дистиллированной воде он вырос до 2.1, у 40% до 2.2, у 70% до 2.3. Сохранение зависимости 1/f в широком диапазонечастот от 0.1 до 100 Гц свидетельствует об её устойчивости. Коэффициент изменялся в пределах от 1.1 до 2.3.Сложным объектом для изучения шумов является туннельный микроскоп. Методизмерения флуктуаций сопротивления в условиях электрического равновесия основан на измерении флуктуаций мощности тепловогошума.
Поскольку средняя мощность теплового шума пропорциональнасопротивлению образца, во флуктуациях мощности должна содержатьсясоставляющая, обусловленная флуктуациями сопротивления. Сложностьпроведения таких экспериментов заключается в том, что флуктуации9С к, мкФ0,060,050,04%0,03010203040506070Рис.1. Ёмкость контактной области при различной концентрации в %Z , кОм700500Z300Re (Z )%100010203040506070Рис.2. Сопротивления Z и Re(Z) ячейки на частоте 10 Гц2S , нВ /Гц7,E+075,E+073,E+07%1,E+07010203040506070Рис.3. Спектральная плотность мощности шума раствора этанолав дистиллированной воде на частоте 1 Гц2S , нВ /Гц5,E+034,E+033,E+032,E+03%1,E+03010203040506070Рис.4.
Спектральная плотность мощности шума раствора этанолав дистиллированной воде на частотах 100 Гц и 1 кГц10мощности, вызванные шумами сопротивления, должны регистрироваться нафоне естественных флуктуаций, обусловленных случайным характеромизмеряемого сигнала. Для этого необходимо, чтобы относительныефлуктуации сопротивления были велики, и поэтому образцы должны иметьочень малые размеры. Размеры области туннелирования между иглой иобразцом составляли нескольких ангстрем. Измерение неравновесного шуматуннельного контакта проводилось по мостовой схеме. Источникпостоянного напряжения смещения контакта вызывал протеканиетуннельного тока. На один из входов сравнивающего устройства цепиотрицательной обратной связи подавался сигнал, пропорциональныйтуннельному току.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
