Дисертаційну роботу присвячено вирішенню важливої науково-прикладної проблеми підвищення ефективності взаємодії електронних потоків з електромагнітними полями субтерагерцового (субТГц) і терагерцового (ТГц) діапазонів в електронно-вакуумних приладах (ЕВП) черенковського типу та в мазерах на циклотронному резонансі (МЦР). З метою подолання «ТГц провалля» детально вивчені закономірності та явища, притаманні фізичним процесам в цих приладах, що дозволило запропонувати створення зворотного зв'язку, який може суттєво зменшити вплив негативних факторів, що впливають на ефективність ТГц ЕВП. Так, наприклад, досліджено режим на гібридних об’ємно-поверхневих модах, при якому значно зменшується чутливість до омічних втрат в уповільнювальній системі черенковського генератора. Також розглянуто резонансний зворотний зв’язок, породжений додатковими відбивачами, та поза-резонаторною взаємодією для ефективної генерації та розширення діапазону частотного перестроювання в гіротроні. Під час дослідження процесів взаємодії стрічкових і полігвинтових електронних потоків з електромагнітними хвилями, що збуджувались у надрозмірних електродинамічних системах електронно-вакуумних генераторів субТГц і ТГц діапазонів, було вперше виявлено низку фізичних ефектів, що суттєво впливають на вихідні характеристики приладів.^UThe dissertation is devoted to the solution of an important scientific and applied problem of an increase the efficiency of the interaction of electron beams with electromagnetic fields of the sub-THz and THz ranges in vacuum electron devices (VEDs) based on the Cherenkov radiation and in masers on cyclotron resonance (MCR). To overcome the “THz gap” issue, the regularities and phenomena inherent in these physical processes were studied in detail, which made it possible to propose the creation of a feedback loop that can significantly reduce the influence of negative factors affecting the efficiency of THz VEDs. So, for example, the regime on hybrid bulk-surface modes has investigated, in which the sensitivity to ohmic losses in the slow wave system of the Cherenkov oscillator is significantly reduced. Resonant feedback formed by additional reflectors and after-cavity interaction for the efficient oscillations and the extension of the frequency tuning range in gyrotron have been also considered. During the study of the processes of interaction of sheet and multi-helical electron beams with electromagnetic waves excited in oversized electrodynamic systems of subTHz and THz VEDs, a number of physical effects that significantly affect the output characteristics of the devices were discovered for the first time.

Обгрунтовано шляхи підвищення точності первинних перетворювачів (ПП) рівня палива для систем контролю та керування літальних апратів (ЛА). Розроблено частотний ємнісний метод перетворення рівня палива, який забезпечує дистанційність вимірювань і стійкість до зміни діелектричної проникності палива (діелектричної рідини). Даний метод створено на базі використання частотних характерстик систем з розподіленими й зосередженими параметрами. Як коливальну систему використано довгу лінію, нагромаджену на ємнісне навантаження у вигляді ємнісного давача рівня палива. Компенсацію температурного впливу на з'єднувальний кабель здійснено за допомогою розробленого апаратно-аналітичного методу. Із використанням режимів роботи холостого ходу та короткого замикання довгої лінії у першому режимі резонансну частоту довгої лінії визначено її параметрами за ємністю давача, а у другому - лише параметрами довгої лінії, що сприяє компенсації зміни її параметрів під впливом температури. За допомогою розроблених інваріантних ПП рівня палива, що базуються на принципі інваріантності Петрова та ємнісних давачах, здійснено вимірювальне перетворення рівня палива незалежно від зміни його діелектричної проникності. Розроблено вимірювально-обчислювальну систему рівня палива, в якій використовується частотний ємнісний вимірювальний перетворювач рівня палива з інваріантним ємнісним ПП, яка покращить стійкість і керованість ЛА за рахунок підвищення точності визначення рівня палива паливної системи контролю та керування балансировкою, що зменшить вплив ефекту дисбалансу центру ваги ЛА.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого та актуального наукового завдання – оптимізації масогабаритних параметрів перетворювача у складі систем електричного живлення на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), а саме імпульсного інвертора у складі автономних стаціонарних систем живлення шляхом огляду, аналізу, порівняння, розрахунків, обґрунтування вибору та впровадження комплексу науково-практичних технічних і програмних методів та засобів. Частка джерел відновлюваної енергетики в загальносвітовій генерації зростає протягом останніх десятиліть. Системи на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) забезпечують відносно невисокий відсоток навіть серед інших джерел «зеленої» енергетики. Проте саме сонячна генерація демонструє сталий та динамічний ріст протягом останніх десятиліть. Такі системи наділені рядом суттєвих переваг, таких як: можливість розміщення будь-де без прив’язки до географічних умов, відсутність шкідливих викидів в процесі генерації енергії, відсутність рухомих частин, можливість монтажу на будь-які тверді горизонтальні чи нахилені поверхні, включаючи дахи житлових будинків, можливість роботи як на централізовану електромережу, так і в автономному режимі. Одним із ключових елементів системи сонячної енергетики окрім власне ФЕП є напівпровідниковий перетворювач, що забезпечує перетворення енергії постійного струму в звичний для побутових приладів змінний струм. Особливістю роботи перетворювача з ФЕП в якості джерела напруги є коливання вхідної напруги в широкому діапазоні при зміни зовнішніх умов. Вартість, габаритні розміри, маса, металоємність таких перетворювачів пропорційні їх максимальній потужності. В ході аналізу наявних комерційних рішень було визначено, що висока вартість та значні масогабаритні параметри подібних перетворювачів спричинені значною металоємністю пасивних елементів, стримують більш широке впровадження подібних систем. За результатами порівняльного аналізу та математичного моделювання ряду рішень було обрано як найбільш перспективну комбіновану топологію з високочастотною імпульсною частиною та низькочастотним ланцюжком розгортки. Функціонально запропонована імпульсна частина генерує струм що за формою відповідає модулю синусоїди, а ланцюжок розгортки забезпечує зміну знаку вихідної напруги. При цьому активні компоненти імпульсної частини працюють з високою частотою комутацію в десятки кілогерц, а ключі ланцюжка розгортки комутуються з частотою мережевої напруги. Такий розподіл дозволив оптимізувати параметри транзисторів відповідно до умов роботи в кожній з ланок, виходячи з очікуваного розподілу статичних та динамічних втрат, а також зменшити вартість компонентів ланцюжка розгортки. Було запропоновано замкнену систему керування перетворювачем з трирівневою широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Система керування (СК) реалізує постійний моніторинг струму та напруги ФЕП та вихідного струму перетворювача що дозволяє ефективно підтримувати форму вихідного струму та напруги в широкому діапазоні зміни вхідної напруги. СК формує декілька груп сигналів керування для різних частин перетворювача: високочастотні ШІМ-сигнали з фазовими зсувами для керування паралельними ланками імпульсної частини та низькочастотні сигнали для керування ключами ланцюжка розгортки. Для порівняльного аналізу ефективності обраного підходу з чергуванням фаз та ланцюжком розгортки було розроблено математичну модель втрат в напівпровідникових елементах. Дана модель дозволяє оцінювати статичні та динамічні втрати в транзисторах з врахуванням кількості паралельних модулів, параметрів ключів, потужності перетворювача, вхідної напруги. Виходячи з отриманих за результатами математичного моделювання даних, оптимальним є застосування двох паралельних модулів. За умови застосування трьох модулів ККД та енергія в котушках індуктивності не зазнають суттєвих змін, за умови ускладнення системи керування та збільшення розмірів друкованої плати перетворювача. За результатами аналітичного огляду, математичного та імітаційного моделювання для подальшої практичної реалізації та натурних експериментів було обрано топологію з двома паралельними ланцюжками імпульсної ланки та ланцюжком розгортки. Розроблено та реалізовано експериментальний макет перетворювача потужністю 1 кВт що дозволяє оцінити ефективність запропонованої топології в діапазоні потужності від 160 Вт до 1 кВт. Максимальна експериментально досягнута ефективність в режимі підвищення напруги складає понад 96% при потужності понад 450 Вт, в режимі зниження напруги понад 97% за потужності понад 650 Вт. Експериментально отримані результати повністю підтверджують теоретично очікувані та отримані за результатами математичного моделювання.Розроблена математична модель є універсальним інструментом оцінки ефективності обраного підходу для перетворювачів даного класу та сфери застосування, що відкриває шлях для подальших досліджень та модифікації інверторів з широким діапазоном регулювання вхідної потужності та оптимізованими масогабаритними параметрами.^UThe dissertation is devoted to the solution of an important and relevant scientific task – photovoltaic (PV) converter mass and size parameters optimization. Specifically, the inverter as part of autonomous stationary power supply systems by means of review, analysis, comparison, calculations, justification of the choice and implementation of complex scientific and practical technical and software methods and tools.The expansion of renewable energy sources in a global generation has been growing over the past decades. Systems based on photovoltaic (PV) cells provide a relatively low percentage even among other sources of "green" energy. However, solar generation shows steady and dynamic growth over recent decades. Such systems are endowed with a number of significant advantages, such as placement possibility without reference to geographical conditions, the absence of harmful emissions in the process of energy generation, such systems don’t include any moving parts, installation possibility on any horizontal or inclined surface (including the roofs of residential buildings), the possibility of working both on the centralized power grid and in autonomous mode.One of the key elements of the solar energy system, in addition to the PV, is a semiconductor converter, which provides the conversion of direct current energy into alternating current, which is commonly used for household appliances. A feature of the operation of the converter with PV as a voltage source is the fluctuation of the input voltage in a wide range when external conditions change. The cost, overall dimensions, weight, and metal capacity of such converters are proportional to their maximum power. It was determined that the metal-intensive passive components contribute a large part of the high cost and the bulky size of such converters. Which, in turn, restrains the further expansion of this type of system.The most metal-intensive components of the converter are inductors and radiators. Their size and mass are proportional to the energy flowing or dissipated by these elements. As a result of the analysis, a number of approaches to reducing the mass and size parameters of the inductor coils by reducing the energy per coil were revealed. Inductor current reduction for the DC/DC stage of the converter can be achieved by parallel connection of several DC/DC cells. Such an approach based on current dividing was determined as the most promising. The switch control signals contain phase shifts which provide some time gap between the transistors opening in different cells. The results of comparative analysis and mathematical simulation indicate that the most promising topology includes a high-frequency DC/DC stage and low-frequency unfolding circuit. The proposed DC/DC stage generates a module of sinusoidal waveform and the unfolding circuit only reverses the direction of the output current. At the same time, the switches of the DC/DC stage work with a high switching frequency of 64 kHz, and the keys of the unfolding circuit are switched with the frequency of the mains voltage. Such functional division makes possible optimization of the transistor parameters according to the operating conditions in each converter stage, based on the expected allocation of static and dynamic losses, as well as to reduce the cost of unfolding circuit components.Due to the features of PV cells as a voltage source, the converter control system requires some flexible algorithm to operate with the dynamic illumination changes and partial shading of the PV panel. Modern control systems provide algorithms for monitoring the maximum power point (MPP) of the PV. Such an algorithm makes it possible to optimize the power extraction from the solar panel under the condition of partial shading by load adjusting. A modified algorithm for tracking the global maximum power point (GMPP) was proposed, which allows for increasing the speed of the system up to three times. The speed increase allows for minimizing energy losses during the reconfiguration of the optimal operating point of the system.A three-level pulse-width modulation (PWM) closed-loop converter control system was proposed. The control system (SC) implements constant monitoring of the current and voltage of the PV and the output current of the converter. These parameters monitoring allows to effective maintain the form of the output current and voltage in a wide range of the input voltage changes. The SC generates several groups of control signals for different parts of the converter: high-frequency PWM.

Розроблено засоби для проектування соціальних інтелектуальних інтерфейсних засобів. Досліджено програмне забезпечення для навчання в роботі з персональним комп'ютером С-користувачів. Спроектовано ігрові сценарії для сліпих. Визначено параметри інтерфейсних засобів програм для даної категорії користувачів, різних систем формування, надано підказування та довідкову інформацію. Основну увагу приділено питанню вбудовування інтелектуальних агентів у програмний інтерфейс з метою надання попереджувального підказування користувачеві, індивідуалізації інтерфейсу шляхом автоматичного настроювання параметрів з урахуванням користувача. Описано інструмент, на базі якого будуються інтелектуальні агенти - Просторово Розріджена Пам'ять (SDM). Наведено алгоритми швидкого перенавчання SDM і відповідні його оцінки ефективності, модифікації SDM, які дозволили підвищити інтелектуальність інтерфейсів користувача. Зокрема, розроблено модифікацію для надання попереджувального підказування С-користувачеві та модифікацію для автоматизації процесу отримання результатів числового прогнозування з урахуванням подібності зразків на різних сеансах прогнозування. Досліджено програмні продукти, що реалізують указані підходи та інструменти - комплекс програмних засобів, орієнтованих на С-користувачів (ігрові програми, текстовий редактор RED1, тренажер клавіатури TRKSL, навчально-вимірювальний комплекс для оцінки параметрів взаємодії С-користувач-комп'ютер) і пакети числового прогнозування Forecasting ToolPack і PREDICTOR for Excel.

  Скачати повний текст

Роботу присвячено створенню інтегрованого комплексу засобів екологічно моніторингу для підвищення рівня техніки безпеки на основі новітніх сенсорних пристроїв для газоаналітичних приладів, які використовуються для діагностики, повірки та прогнозування можливих техногенних ризиків. Створені інноваційні сенсори (від 5 до 25000 ppm Cl2) та cірководню (від 1 до 100 ppm H2S). Створені сенсорні пристрої за технічними параметрами переважають закордонні аналоги та мають вартість в 3 рази менше; мікрогенератори мають світовий пріоритет, а блок-модулі не мають аналогів у світі. Придатні для безперервної роботи 2 роки у середовищі з відносною вологістю від 10 до 90 % за температурами від –30 до +50 0С. Замість балонних систем газових сумішей, розроблені мікрогенератори газів, які генерують хлор зі 100 %, а сірководень з 99,6 % виходом за струмом, з основною похибкою генерування не більше 2 %. Доказано, що розроблені мікрогенератори сірководню та хлору можуть бути внесені до Держреєстру як еталони 2 класу. Запропоновано та використано програмний комплекс ТОХІ+ для прогнозування наслідків аварійних викидів на промислових небезпечних об`єктах. Розробки передбачено інтегрувати в Національну систему екологічної безпеки в ролі первинних джерел достовірної інформації. Ключові слова: екологічна безпека, моніторинг, викиди забруднюючих речовин, електроди, чутливі елементи сенсорів, комірки мікрогенераторів, блок-модулі, інтегрований комплекс сенсорних пристроїв.^UThis dissertation is devoted to developing an integrated unit for environmental monitoring based on novel sensor devices for gas detectors and analyzers, which are used for diagnostics, calibration, prediction of technogenic risks, and determination of hazardous gas concentrations in the air. The aim of the dissertation was to develop functionally simple, reliable sensor devices and integrate them to environmental safety systems. To produce multi- and mono-sensor gas analyzers, capable of complex environmental monitoring in terms of safe human exposure or safe technological processes, reliable devices providing information about the condition of strategic works (water-, oil- and gas pipelines, etc.) should be available. In Ukraine, single sensors have been developed so far, but there is no manufacture of integrated units of sensor devices incorporating sensing elements, primary converters, autonomous micro-generators and block-modules. Based on the sensor devices developed in this work, production of portable and fixed gas analyzers or automated fixed systems of continuous monitoring of atmosphere can be launched. Such sensor devices and equipment based on them are of paramount importance to increase the safety in the confined space of industrial and communal enterprises. Taking into account modern tendencies, achievements and standards in this sphere, a novel two-electrode chlorine sensor working in different ranges (from 5 to 25000 ppm) and a three-electrode hydrogen sulfide sensor (from 1 to 100 ppm) were made. By their specifications, these sensors compare favourably with their foreign counterparts, the chlorine and hydrogen sulfide micro-generators take precedence in the world, whereas the block-modules do not have analogues at all. The sensors developed offer continuous performance for 2 years in the air at relative humidities from 10 to 90 %, at temperatures from –30 to +50 0С. Metrological characteristics of the chlorine sensors based on a solid electrolyte and the hydrogen sulfide sensor based on a matrix electrolyte were determined. Solid electrolytes were synthesized and studied, and specimens with a resistance of R = 9 Оhm and conductivity of æ = 1,6∙10-4 Оhm-1∙сm-1 were selected. The sensors without preliminary preparation (activation) measure the concentration of gas pollutants for chlorine (from 0 to 25000 ppm), for hydrogen sulfide ( from 0 to 100 ppm) with a response time (up to 90 % of the signal) less than 15 s or recovery time (up to 95 % of the signal) less than 30 s. The absolute error does not exceed +15. Comparative analysis of the sensors with their foreign counterparts manufactured by leading companies showed that the sensors compare favourably in terms of selectivity, speed of response, life cycle, and dynamic range on both mg/m3 and g/m3 levels, which enables their use in multi-channel gas analysers and their integration into the system of environmental safety. Chlorine and hydrogen sulfide micro-generators, on passing direct current, yield 100 % of chlorine gas and 99,6 % of hydrogen sulfide for current, respectively. Laboratory and industrial specimens of sensing elements, sensors, autonomous micro-generators and block-modules (sensor/micro-generator) were made. Such an idea enabled remote checking, calibration and seasoning of the devices as well as creating instrumentation based on them to monitor the levels of air pollution with toxic gases. The developed low-cost chlorine and hydrogen sulfide sensors proved to be competitive with their foreign counterparts. A range of domestic gas analysers were produced for monitoring harmful emissions at fuel industry enterprises, controlling purification of emissions from heat plants and monitoring of working and living environments for toxic substances. A ТОХІ+ software complex was used to predict the effects of accidental toxic gas leaks at industrial plants. It was revealed that the most favourable conditions for the distribution of hazardous gases are dark (night) time, increased cloudiness, and low wind speeds. It was proposed to the “Ukrainian atom instruments and systems” company to employ the ТОХІ+ software complex in their Ecological Monitoring System in addition to the sensors by KPI Igor Sikorsky which they already use. The instruments developed (the sensor, micro-generator, and block-module) are intended to be integrated into the National system of environmental monitoring as primary sources of reliable information. Two utility model patents of Ukraine were granted. Two licenses were sold: the patent licence and the know-how licence. Product line depth will provide entirely meeting the demands for such instruments in a wide price range and all possible fields of application. Key words: environmental safety, monitoring, pollutant emissions, electrodes, sensing elements of sensors, micro-generator cells, block-modules, integrated unit of sensor devices.

Досліджено можливості та доцільність використання як гравіметра авіаційної гравіметричної системи інтегрувального гіроскопічного гравіметра з метою підвищення точності та швидкодії вимірювань величини гравітаційного прискорення. Досліджено особливості роботи інтегрувального гірогравіметра за статичного та динамічного режимів у разі гармонійної дії збурення з допомогою ЕОМ. Уточнено рівняння руху авіаційної гравіметричної системи з урахуванням місця встановлення приладу та вібрацій літака під час польоту. Визначено аналітичні та кількісні оцінки складових похибки гірогравіметра. Запропоновано методи зменшення його похибки. Розроблено систему реєстрації сигналу гірогравірометра. Проведено експериментальні дослідження інтегрувального гірогравірометра з метою підтвердження вірогідності одержаних теоретичних положень.

  Скачати повний текст

Розглянуто проблему підвищення продуктивності агломераційних машин та зниження витрати палива за рахунок покращання газопроникності шару шихти, що спікається. Досліджено нові способи визначення порожності та газопроникності шару аглошихти в потоці. Апробовано нову модель газопроникності шару з урахуванням гранулометричного складу аглошихти та властивостей газу за висотою шару. Розроблено новий спосіб управління огрудкуванням аглошихти на основі приладу визначення газопроникності шару аглошихти в потоці.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена розробленню теоретичних і практичних засад побудови функціональних схем волоконно-оптичних вимірювальних перетворювачів механічних величин на базі інтерферометра на полімерному оптичному волокні. Проведено теоретичне узагальнення основних фізичних властивостей спекл-структур, які формуються на виході багатомодових полімерних оптичних волокон внаслідок міжмодової інтерференції, з точки зору їх можливого використання в якості інформативного параметру для метрологічних застосувань. На основі результатів досліджень запропоновано новий підхід до розроблення волоконно-оптичних сенсорів та вимірювальних перетворювачів механічних величин на базі багатомодових полімерних оптичних волокон. Розроблений метод опрацювання сигналів інтерферометра на полімерному оптичному волокні, який базується на прямому кореляційному порівнянні розподілів інтенсивності опорного та поточного спекл-зображень, дозволяє проводити автоматизований контроль параметрів деформації технічних об'єктів. В результаті досліджень механізму модуляції інтенсивності випромінювання в багатомодових полімерних волокнах при селективному збудженні мод запропоновано метод для вимірювання частоти механічних коливань та вібрації, який дозволяє підвищити ефективність перетворення модуляції фази в модуляцію інтенсивності випромінювання на виході волокна. Проведені в роботі дослідження щодо опрацювання та інтерпретації сигналів вимірювальних перетворювачів на багатомодових полімерних волокнах можуть слугувати основою для створення контрольно вимірювальних приладів, призначених для дослідження різних фізичних полів, а також контролю та діагностики напружено-деформованого стану технічних об'єктів. Враховуючи механічні властивості чутливих елементів вимірювальних перетворювачів на основі полімерних оптичних волокон, їх здатність до мультиплексування та створення протяжних каналів для передачі інформативного сигналу, можуть бути реалізовані розподілені волоконно-оптичні вимірювальні системи.^UThe thesis is devoted to the development of theoretical and practical principles of construction functional schemes of fiber optic measuring transducers of mechanical values based on polymer optical fiber interferometer. Theoretical generalization of the main physical properties of speckle structures formed at the output of multimode polymer optical fibers due to intermodal interference for their possible use as an informative parameter for metrological applications was conducted. Based on the research results, a new approach to the development of fiber-optic sensors and measuring transducers of mechanical values based on multimode polymer optical fibers is proposed. The developed method for processing signals of polymer optical fiber interferometer which is based on a direct correlation comparison of the intensity distributions between the reference and current speckle images allows to carry out automated control of the deformation parameters of technical objects. As a result of studies of the mechanism of radiation intensity modulation in multimode polymer fibers with selective excitation of modes, a method for measuring the frequency of mechanical oscillations and vibrations is proposed, which allows increasing the efficiency of phase modulation conversion into the modulation of radiation intensity. Researches in the processing and interpretation of measuring transducers on multimode polymer fibers can be used as a basis for the creationof control and measuring devices designed to study different physical fields, as well as for control and diagnosis of stress-strain state of technical objects. Given the mechanical properties of the sensitive elements of measuring transducers based on polymer optical fibers as well as their ability for multiplexing and creating long channels for information signal transmission, distributed fiber-optic measuring systems can be implemented.

Проведено статистичний аналіз потоків інформації в МПКС. Одержали подальший розвиток принципи багатоверсійного підходу до моделювання інформаційних процесів у медичних приладово-комп'ютерних системах (МПКС). Вперше запропоновано апроксимацію розв'язання комбінаторної задачі програмно-цільового планування розподілу ресурсів на відображеннях графових структур за допомогою багатоверсійного моделювання. Розроблено діалогово-програмний комплекс інтернативної системи підтримки прийняття рішень, що здійснює автоматизоване управління моделюванням і пошуком ефективного керування обчислювальними ресурсами МПКС лікувально-профілактичних установ.

  Скачати повний текст

Вперше розроблено метод визначення обсягу та послідовності проведення приймально-здавальних випробувань продукції, який на відміну від існуючих використовує статистичну обробку результатів попередніх випробувань наукоємної продукції, що дозволило знизити витрати виробництва авіаційної приладобудівної продукції. Удосконалено метод оцінювання витрат під час проведення випробувань приладобудівної продукції шляхом побудови розширеної математичної моделі опису виробничої системи, що дозволило скоротити терміни проведення випробувань. Удосконалено математичну модель опису виробничої системи шляхом введення критерію, який враховує ступінь достовірності попередніх випробувань, що дозволило підвищити повноту опису системи, а отже, обгрунтувати процедури проведення випробувань.

  Скачати повний текст

Об'єкт: процеси забезпечення підтримки прийняття рішень при розробці та впровадженні системи моніторингу поверхневих вод на основі Інтернету речей; мета: підвищення ефективності процесів прийняття рішень пов'язаних з розробкою та використанням системи моніторингу поверхневих вод за рахунок розробки та інтеграції моделей, методів та інформаційних технологій на основі інтернету речей; методи: теорія множин, теорія графів, теорія матриць, принцип субмодулярності, жадібні евристики, метод імітації відпалу, максимізація ентропії, діаграма Вороного, тріангуляція Делоне – для розміщення датчиків та ІоТ пристроїв в системі моніторингу; теорія ймовірностей, методи описової статистики, варіаційні обчислення, кореляційний аналіз – для методології обробки довготривалих даних і аналізу якості водойм; метод головних компонент, факторний аналіз – для визначення набору датчиків в ІоТ-пристроях контролю якості води; SCAI-граф, mashup методологія, технології прототипування, моделі компресійного вимірювання – при створенні інформаційної технології проектування системи моніторингу поверхневих вод на основі ІоТ; новизна: вперше запропоновано метод розташування датчиків, який на відміну від відомих, поєднує технологію розташування на основі ентропії з процедурою ефективного повторного використання датчиків і дозволяє враховувати параметри глибини розташування, метод базується на евристиці з жадібним пошуком, що використовує властивості ентропії щодо максимальності, субадитивності та двозначності, при цьому ентропія визначається як відношення довжини зондування до довжини водотоку і максимізується на мережевий рівень; удосконалено модель мережі ІоТ датчиків, за рахунок компоненти урахування глибини занурення приладів ІоТ, що дозволяє врахувати наявність підводних вузлів і визначати місця розташування поверхневих та підводних вузлів; набула подальшого розвитку технологія обробки даних на основі автоматичного вилучення ознак шляхом застосування методу головних компонент, для вирішення задачі визначення типів датчиків, використовуваних в ІоТ пристроях контролю якості води, що дозволяє виконати обґрунтований вибір параметрів, здатних виявити зміни якості води обмеженою кількістю датчиків; удосконалено методологію обробки довготривалих статистичних даних аналізу якості поверхневих вод, шляхом систематизації процесів комплексного аналізу і прогнозування, що дозволяє сформулювати і реалізувати системний підхід до оцінювання залежностей та взаємного впливу якісних показників стану водойми і факторів, характерних для досліджуваної ділянки, та проводити прогнозування змін гідрохімічних показників вод в довготривалій перспективі; набула подальшого розвитку технологія проектування системи моніторингу поверхневих вод на основі IoT, за рахунок адаптації технології SCAI та mash-методології до задач предметної області, що дозволяє підвищити обґрунтованість прийняття рішень щодо створення базової конфігурації IoT системи, починаючи з ціннісної пропозиції, що є особливо важливим для експертів предметних областей, які не стосуються інформаційних та комунікаційних технологій; результати дослідження: розроблено нові моделі, методи, а також відповідні програмні засоби, які створюють прикладну інформаційну технологію розробки і впровадження ІоТ систем моніторингу водних об'єктів, і дозволять на практиці, додані акти відповідних впроваджень, виконувати моніторинг поверхневих вод в режимі реального часу, з застосуванням запропонованих процесів підтримки прийняття рішень щодо організації системи моніторингу, передачі, зберігання та обробки даних за допомогою IoT, для кращого розуміння джерел різних забруднювачів води, наслідків політики контролю вод та впливу різних речовин у джерелах води; галузь: 12 Інформаційні технології.^UObject: processes of the decision support in the development and implementation of a surface water monitoring system based on the Internet of Things; objective: to increase the efficiency of decision-making processes related to the development and implementation of surface water monitoring system through the development and integration of models, methods and information technology based on the Internet of Things; methods: set theory, graph theory, matrix theory, submodularity principle, greedy heuristics, annealing simulation method, entropy maximization, Voronoi diagram, Delaunay triangulation - for placement of sensors and IoT devices in the monitoring system; probability theory, methods of descriptive statistics, variational calculations, correlation analysis - for the methodology of long-term data processing and analysis of water quality; principal components method, factor analysis - to determine a set of sensors in IoT water quality control devices; SCAI-graph, mashup methodology, prototyping technologies, compression measurement models - when creating information technology for designing surface water monitoring systems based on IoT; novelty: a new method of sensor placement is proposed, which, unlike the known ones, combines entropy-based placement technology with the procedure of efficient sensor reuse and allows to take into account the parameters of location depth, the method is based on greedy search heuristics, which uses the properties of entropy in terms of maximum, subadity and ambiguity, with entropy being defined as the ratio of the length of the probe to the length of the watercourse and maximized to the network level; the model of the IoT sensor network has been improved, due to the component of taking into account the depth of immersion of IoT devices, which allows to take into account the presence of underwater nodes and determine the location of surface and underwater nodes; further developed data processing technology based on automatic feature extraction using the principal component analysis to solve the problem of determining the types of sensors used in water quality control devices IoT, which allows you to reasonably choose parameters that can detect changes in water quality by a limited number of sensors; the methodology of processing long-term statistical data of surface water quality analysis has been improved by systematizing the processes of complex analysis and forecasting, which allows to formulate and implement a systematic approach to assessing the dependences and mutual influence of reservoir quality indicators and factors characteristic of the study area reservoirs and factors characteristic of the study area, and to predict changes in hydrochemical parameters of water in the long run; gained further development IoT-based surface water monitoring technology design has been further developed through the adaptation of SCAI technology and mash methodology to the objectives of the subject area, which allows to increase the validity of decisions on creating a basic configuration of the IoT system, starting from the value proposition, which is especially important. for experts in subject areas not related to information and communication technologies; research results: new models, methods and appropriate software have been developed, which create applied information technology for the development and implementation of IoT monitoring systems of water bodies, and will allow in practice, added confirmations of relevant implementations, to monitor surface water in real time, using the proposed decision support processes to organize the system of monitoring, transmission, storage and processing of data using IoT, to better understand the sources of various water pollutants, the consequences of water control policies and the impact of various substances in water sources; the branch: information technology.

Розроблено інформаційно-вимірювальні системи (ІВС) теплопостачання житлових будинків (ТЖБ). Проаналізовано існуючі методи побудови ІВС обліку тепловитрат його мешканцями. Запропоновано нові математичні моделі системи опалення будинку як об'єкта вимірювання, сенсора теплового потоку як квартирного теплолічильника-розподілювача, що дозволяє вимірювати тепловіддачу опалювальних приладів і вимірювального каналу ІВС теплопостачання багатоквартирних житлових будинків. Досліджено метрологічні характеристики вимірювального каналу ІВС теплопостачання житлових будинків, запропоновано методику дослідження його похибок. Наведено алгоритм контролю даних, що надходять від сенсорів теплового потоку. Розроблено структуру ІВС ТЖБ і програмне забезпечення для неї, а також методику експериментального дослідження інформативних параметрів опалювальних приладів та систему для дослідження теплолічильників-розподілювачів.

  Скачати повний текст

Розроблено та досліджено інформаційно-вимірювальну систему (ІВС) діагностування безконтактних електромеханічних перетворювачів (БЕМП), які працюють на підвищених частотах обертання, з підвищеною методичною й інструментальною складовими достовірності діагностування. Запропоновано структурно-алгоритмічний підхід щодо побудови ІВС діагностування БЕМП. Розроблено методи діагностування БЕМП з комплексним врахуванням несправностей під час випробувань та безперервного діагностування на базі нейронечіткого підходу. Розроблено й апробовано вимірювальний канал кутової швидкості з адаптивною зміною роздільної здатності, який має нормовану похибку вимірювання у всьому діапазоні зміни кутової швидкості. Розроблено алгортим ідентифікації діагностичних параметрів обмоток на базі використання функцій чутливості. Запропоновано метод визначення інструментальної складової достовірності діагностування в ІВС за умов дії законів розподілу діагностичних параметрів відмінних від нормального. На підставі нових методів розроблено апаратні, алгоритмічні та програмні засоби, які використано для формування ІВС діагностування БЕМП. Проведено експериментальні дослідження, які підтверджують одержані теоретичні результати.

  Скачати повний текст

В дисертаційному дослідженні вирішується важлива науково-практична задача підвищення точності та надійності визначення санітарного стану масивів деревних насаджень шляхом упровадження методичного, математичного, метрологічно-інструментального та апаратно-програмного забезпечення, що в цілому представляє собою інформаційно-вимірювальну систему дистанційного моніторингу. В роботі проведено аналіз: негативних факторів впливу; існуючих методів визначення санітарного стану деревних насаджень; найпоширеніших програмно-апаратних засобів математичного моделювання поведінки і динаміки розвитку рослинних екосистем. Удосконалено існуючий та розроблено новий метод для проведення дистанційного моніторингу санітарного стану деревних насаджень. Для цього, було уточнено та вдосконалено методики визначення показників рН та солоності ґрунту та вперше застосовано їх з метою визначення цих показників в зоні кореневого живлення дерева; уточнено та вдосконалено експрес-методики визначення цукру та рН та вперше застосовано для експрес-визначення якісних показників деревного соку (сахаристості, водневого показника рН та в'язкості). Методом багатофакторного планування експерименту побудовано математичні регресійні моделі, які описують залежності показників якості деревного соку від зовнішніх кліматичних факторів та розраховано статистичні характеристики цих моделей. Для застосовування в системі підтримки прийняття рішень інформаційно-вимірювальної системи дистанційного моніторингу санітарного стану деревних насаджень складено динамічну модель, яка дозволяє високоточно (відносна похибка не перевищила 4%) визначати санітарний стан дерев. Вперше запропоновано математичну модель, на основі якої складено алгоритм зонування деревних насаджень за категоріями їх санітарного стану, що дозволяє проведення більш точного та інформативного моніторингу стану насаджень. Складено загальний алгоритм проведення моніторингу санітарного стану деревних насаджень на базі розробленого експериментально-методичного та математичного забезпечення. Запропоновано конструкцію та технологічну послідовність виготовлення мікросенсору для визначення показників якості деревного соку (кислотність, сахаристість та в'язкість), яка відповідає основним вимогам надійності, дешевизни, простоти та не веде до фізичного пошкодження дерев. Також визначено вимоги до конструкції інформаційно-вимірювальної системи моніторингу санітарного стану деревних насаджень; складено структурну та функціональну схеми, на основі яких створено модельний зразок такої інформаційно-вимірювальної системи, а також розроблено програмне забезпечення для автоматизації процесу моніторингу, що дозволило зменшити вплив оператора на процес моніторингу та реалізувати віддалений моніторинг та прогнозування санітарного стану деревних насаджень. Наведено результати експериментального випробовування розробленої інформаційно-вимірювальної системи моніторингу та здійснено порівняння цих результатів з даними математичного моделювання та результатами, отриманими альтернативними методами дослідження (наприклад, методом візуального спостереження). Представлено наочні результати моніторингу досліджуваної ділянки (на прикладі парку «Спортивний», м. Черкаси) та наведено результати зонування дерев за категоріями санітарного стану. Приведено результати розрахунку точності, надійності (вірогідності отримання коректних даних приладом управління) та швидкодії передачі/прийому інформації з вимірювальних датчиків приладом управління для різних досліджуваних ділянок. Отримано графіки залежності цих параметрів від зміни положення оператора з пристроєм управління відносно датчиків, а також від терміну експлуатації вимірювальних датчиків та щільності деревних насаджень. Основні положення дисертації впроваджено у навчальний процес кафедри приладобудування, мехатроніки та компʼютеризованих технологій Черкаського державного технологічного університету з дисциплін «Методи підвищення метрологічних характеристик приладів контролю та визначення складу речовин», «Технічні засоби для дослідження впливу кліматичних факторів», «Інтелектуальні технології вимірювання», «Автоматизовані інформаційно-вимірювальні системи».^UThe dissertation research solves an important scientific and practical problem of increasing the efficiency of determining the sanitary condition of arrays of trees by introducing methodological, mathematical, metrological-instrumental and hardware-software, which in general is an information-measuring system of remote monitoring. The general characteristics of the dissertation research, its relevance, correspondence to scientific topics are given; the scientific novelty and practical significance of the dissertation results are determined, as well as the purpose, tasks, subject and object of research are formulated. The analysis of: negative factors of influence is carried out in the work; existing methods for determining the sanitary condition of tree plantations; of the most common software and hardware for mathematical modeling of behavior and dynamics of plant ecosystems. The existing method has been improved and a new method for remote monitoring of the sanitary condition of trees plants has been developed. For this purpose, the methods of determining the pH and salinity of the soil were specified and improved and for the first time used to determine these indicators in the area of root nutrition of the tree; refined and improved express methods for determining sugar and pH and was used for the first time for rapid determination of quality indicators of tree's sap (sugar content, hydrogen pH and viscosity). Mathematical regression models are constructed by the method of multifactor planning of the experiment, which describe the dependences of wood sap quality indicators on external climatic factors and the statistical characteristics of these models are calculated. For application in the decision support system of the information-measuring system of remote monitoring of the sanitary condition of treeі plants, a dynamic model has been developed, which allows to determine the sanitary condition of trees accurately (relative error did not exceed 4%). For the first time, a mathematical model was proposed, on the basis of which an algorithm for zoning trees plants by categories of their sanitary condition was developed, which allows for more accurate and informative monitoring of plants condition. The general algorithm of monitoring of a sanitary condition of trees plants on the basis of the developed experimental-methodical and mathematical maintenance is made. The design and technological sequence of manufacturing a microsensor for determining the quality of tree's sap (acidity, sugar content and viscosity), which meets the basic requirements of reliability, cheapness, simplicity and does not lead to physical damage to trees. The requirements to the design of the information-measuring system for monitoring the sanitary condition of trees plants are determined; the structural and functional schemes on the basis of which the model sample of such information-measuring system is created are made, and software for automation of the monitoring process was also developed, which allowed to reduce the operator's influence on the monitoring process and to implement remote monitoring and forecasting of the sanitary condition of trees plants. The results of experimental testing of the developed information-measuring monitoring system are given and these results are compared with the data of mathematical modeling and the results obtained by alternative research methods (for example, by the method of visual observation). Visual results of monitoring of the studied area (on the example of Sportivny Park, Cherkasy) are presented and the results of tree zoning by categories of sanitary condition are given. The results of calculation of accuracy, reliability (probability of receiving correct data by the control device) and speed of transmission / reception of information from measuring sensors by the control device for various investigated sites are given. Graphs of dependence of these parameters on change of position of the operator with the control device concerning sensors, and also on service life of measuring sensors and density of trees plants are received. The main provisions of the dissertation are introduced into the educational process of the Department of Instrumentation, Mechatronics and Computerized Technologies of Cherkasy State Technological University in the disciplines "Methods of improving the metrological characteristics of control devices and determining the composition of substances", "Technical means for studying the influence of climatic factors", "Intelligent measurement technologies", "Automated information and measuring systems".

У результаті проведених досліджень та практичного їх упровадження в дисертації розв'язано важливу науково-прикладну проблему розвитку теорії побудови комп'ютеризованих систем моніторингу інтегрального стану фізичних середовищ завдяки обґрунтуванню структурно-алгоритмічної організації та розробці інформаційно-вимірювального забезпечення агрегації та інтерпретації розподілених вимірювальних даних щодо мікроклімату промислових теплиць. Вагомість результату розв'язання цієї проблеми полягає в розвитку програмно-технічної бази вітчизняних тепличних підприємств, що стимулює позитивну динаміку продовольчої безпеки України завдякипідвищенню інвестиційної привабливості та довгострокової стійкості аграрних підприємств із вирощування овочевих культур на захищених ґрунтах.Обґрунтовано нові та розвинуто відомі методологічні основи: метод оцінки інтегрального стану мікроклімату теплиць на основі результатів моніторингу регламентованого переліку фізико-хімічних параметрів і нечітких алгоритмів трансформації вимірювальної інформації; структурно-алгоритмічну організацію комп'ютеризованої системи моніторингу стану мікроклімату теплиць; метод масштабного переходу від лабораторного до натурного зразка комп'ютеризованої системи моніторингу стану мікроклімату; методмоніторингу інтенсивності штучного доосвітлення тепличних культур; методи підвищення точності вимірювальних каналів комп'ютеризованої інформаційновимірювальної системи моніторингу стану мікроклімату теплиць; метод віддаленої агрегації вимірювальної інформації.Ключові слова: мікроклімат, комп'ютеризована система, моніторинг, стан, невизначеність, сенсор, модель, теплиця, вимірювальний канал, нечітка трансформація.^UNowadays computerized information and measurement systems are increasingly used, which leads to a continuous search for scientifically sound ways of their development. One of such industries which require urgent modernization through the introduction of modern computer, sensor, infocommunication and microprocessor technologies is agriculture. Applied aspects of development and use of computerized systems determine a tendency to consider methodological issues on substantiation of theoretical bases of creating computerized systems of complexmonitoring taking into account requirements to metrological satisfaction of means and functional suitability of methods of distributed measuring information system transformations. This causes a certain imbalance between theory and practice, which is the fragmentary nature of the known results in relation to the requirements for the application of computerized systems in agriculture. Thus, the scientific and appliedproblem solved in the thesis is relevant. The thesis presents scientific and practical results on the development of the theory of constructing computerized monitoring systems of the physical environments integral state. This result has been obtained through the structural andalgorithmic organization development and the information-measuring provision improvement of computerized monitoring systems of the greenhouses microclimate state. The weight of the this problem solving lies in the software and technical base development of the domestic greenhouse enterprises, which stimulates the positive dynamics of food security in Ukraine due to an increase in investment attractivenessand long-term sustainability of agricultural greenhouse enterprises.The main purpose is to develop scientific approaches to creating highly efficient computerized systems for greenhouse microclimate monitoring by using means of complex aggregation and interpretation of distributed measurement information. The research object is non-stationary processes of aggregation and interpretation of measurement information on the integrated state of greenhouse microclimate. The research subject is methods and means of computerized greenhouse microclimate monitoring. The research methods: critical analysis and logical generalization; modelling; synthesis of structural-algorithmic organizations of computerized systems; the concept of uncertainty and the theory of errors; nondestructive monitoring of physical environments; the probability theory and mathematical statistics; experiment planning; fuzzy logic theory; concepts of the Internet of Things; computer analysis of measurement results; laboratory and field tests of information and measuring equipment.In the theoretical aspect, new and well-known methodological foundations have been substantiated and improved: method of assessing the state of greenhouse microclimate based on the results of computerized monitoring of the physical parameters regulated list and fuzzy transforming algorithms of measurement information; structural-algorithmic organization of the computerized system of greenhouse microclimate state monitoring, which measures physical parameters of the cultivation zone with regulated metrological indicators and generates signals of adjustment of cultivation technological modes that allows using it as a part of automation complexes of greenhouses; physical model of large-scale transition from laboratory to full-scale model of the computerized information-measuring system of monitoring of microclimate state; the method of measuring control of artificial lighting of greenhouse crops; the mathematical model of the measuring monitoring process of temperature and humidity of the greenhouse growing zone.The practical significance of the work is the expansion and deepening of the implementation area and widely available serial sensor, infocommunication and microprocessor components of information and measuring technology for the complex computerized monitoring implementation of the greenhouses microclimate state, which ensures the software and hardware base development of domestic greenhouse enterprises

Установлено основні властивості акусто-іоносферних збурень (АІЗ) природного та техногенного походження та визначено радіофізичні методи дистанційного зондування іоносфери, потенційно придатні для виявлення зазначених збурень наземними засобами. Розвинуто новий підхід до фізичного моделювання іоносферних збурень, який грунтується на використанні наземного керованого акустичного випромінювача й інформаційно-вимірювального комплексу. Розроблено, створено та досліджено такий високочутливий комплекс на базі декаметрового радіотелескопа УРАН-3. На підставі результатів проведених теоретичних досліджень і експериментальної апробації інформаційно-вимірювального комплексу шляхом натурного моделювання процесів літосферно-іоносферної взаємодії виявлено характерні інформаційні ознаки сигналів, яких одержано у процесі дистанційного акусто-електромагнітного зондування іоносфери внаслідок взаємоді зондувальних радіохвиль з модифікованою акустичними хвилями областю іоносфери за рахунок ефектів відбиття, розсіяння або проходження радіохвиль. Розвинуто метод діагностики іоносфери, який дозволяє виявляти й ідентифікувати АІЗ на базі динамічного інформаційного еталону відгуку іоносфери на штучне акустичне збурення, що відкриває, зокрема, перспективи створення системи виявлення сейсмо-іоносферних передвісників високоенергетичних літосферних явищ.

  Скачати повний текст

Показано можливості використання джерел початкової іонізації для НВЧ-розрядників РЛС міліметрового та субміліметрового діапазону хвиль на базі метало-тритієвих структур у поєднанні з каналовими помножувачами електронів та мікроканальними пластинами і джерела початкової іонізації утвореного двома зустрічними голкоподібними електродами з тритідом титану на конічних поверхнях. Створено установку іонно-пучкової низькоенергетичної імплантації. Проведено експериментальні дослідження з імплантації іонів протію та дейтерію дегідрогенізованого й постгідрогенізованого аморфного кремнію з наступною низькотемпературною дифузією у вакуумі.

  Скачати повний текст

Дослідження фізичних властивостей нанорозмірних об'єктів, тонких напівпровідникових та металевих продемонстрували наявність унікальних функціональних властивостей цих матеріалів у порівнянні з об'ємними. Саме фізичні явища на границях розділу фаз, квантово-розмірні ефекти дозволяють створювати нові мікроелектронних приладів і схем, в яких розміри активних елементів складають десятки і навіть одиниці нанометрів. Дослідження таких структур та технологічні рішення з їх виготовлення потребують застосування нових методик, як враховують специфіку досліджуваних об'єктів. До таких методик безумовно слід віднести іонно-променеві технології. Застосування цих технологій дозволяє формувати нові матеріали, або провадити їх радикальну структурну і фазов модифікацію, а це потребує детального вивчення фізичних процесів із залученням найсучасніших методів досліджень. Одним з найпотужніших методів вивчення домішкового складу речовин є мас спектрометрія вторинних іонів. В першому розділі зроблено короткий огляд літератури по темі дисертації та виділено проблеми, які потребують детальн вивчення. Приведено опис методу часо-пролітної мас-спектрометрії, визначено оптимальні параметри вимірювань, які дозволяють досліджувати структури нанометрових розмірів. Методом іонної імплантації ряду домішок було виготовлено тестові зразки для калібровки результатів мас-спектрометричних досліджень, що дозволило проводити кільк вимірювання концентрації домішок. Визначено коефіцієнти елементної чутливості методу та з використанням структур з дельта-легованими щарами досягнута роздільна здатність методу часо-пролітної мас-спектрометрії по глибині порядку 1нм. В другому розділі розроблено чисельну процедуру розрахунків вольт-амперних характеристик, яка була застосованадля аналізу InSb діода з p-n переходом і було визначено оптимальний профіль легування InSb іонами Be+. Показано, що для забезпечення оптимальних параметрів фотодіодів необхідно проводити імплантацію берилію з різними енергіями. За допомогою мас-спектрометрії було досліджено профілі розподілу легуючої домішки і визначено оптимальну глибину залягання p-n переходу. Досліджено процеси фотонного відпалу імплантованих структур, визначено оптимал параметри відпалу. Показано, що при відпалах формуються оксиди індію та антимону, а також відбувається сегрегація антимону. Знайдено режими додаткової обробки, які приводять до зменшення таких паразитних ефектів. Досліджено процеси пасивації діодних структур і показано, що оптимальними покриттями є плівки нітріду кремнію, леговані воднем. Розроблено технологію та виготовлено експериментальні зразки фотодіодів. Третій розділ присвячено дослідженням процесів гетерування кисню при імплантації іонів вуглецю. Показано, що гетерований з об'єму кисень накопичується в області розподілу вакансій та на границі розділу фаз природній окисел – кремній. Визначено оптимальні технологічні режими для генерації термодонорних центрів. Знайдено оптимальну дозу імплантації і температуру відпалу ефективної генерації ТД центрів. Показано, що область формування ТД центрів залежить від енергії імплантації іонів вуглецю. Фоточутливість структур з прихованим n+ шаром визначається процесами рекомбінації носіїв струм приповерхневій дефектній області. В четвертому розділі дисертації проведено дослідження двошарових структур Pt/Fe,які отримували методом магнетронного напорошення. Еволюцію їх структури та магнітних властивостей після відпалів та іонного легування досліджували методами XRD і SIMS. Було показано, що імплантація іонів N+ дозволяє зменшити як температуру, так і час відпалу, необхідний для сприяння дифузійно-структурним фазовим переходам. Зробл висновок, що застосування іонного легування є перспективним шляхом для створення самоорганізованого способ формування гетероструктур. П'ятий розділ дисертації містить результати досліджень багатошарових структур Co/Si, Mo/Si та AlN/GaN після їх модифікації іонною імплантацією домішок. Знайдено новий ефект, який полягає в збільшенні номінальної товщини існування аморфно-кластерного стану плівок кобальту і затримці подальшої вибухової кристалізації зростаючої плівки кобальту завдяки легуванню атомами вуглецю. Показано, що накопичення кисню на інтерфейсах Mo/Siє однією з основних причин деградації багатошарової структури під час перегріву. 3D-вимірювання TOF-SIMS дозволили виявити місця проникнення кремнію в молібден.^UStudies of the physical properties of nanoscale objects, thin semiconductor and metal films have demonstrated the unique functional properties of these materials compared to bulk ones. It is the physical phenomena at the phase boundaries, quantum- dimensional effects allow to create new generations of microelectronic devices and circuits in which the size of the active elements are tens or even units of nanometers. Research of such structures and technological solutions for their manufacture require the use of new techniques that take into account the specifics of the studied objects. Such techniques should certainly include ion-beam technology. The application of these technologies allows to form new materials, or to carry out their radical structural and phase modification, and this requires a detailed study of physical processes with the involvement of the most modern research methods. One of the most powerful methods for studying the impurity composition of substances is the mass spectrometry of secondary ions. The first section provides a brief overview of the literature on the topic of the dissertation andhighlights the problems that require detailed study. The description of the time-of-flight mass spectrometry method is given, the optimal measurement parameters are determined, which allow to investigate the structures of nanometer dimensions. By the method of ion implantation of a number of impurities, test samples were made to calibrate the results of mass spectrometric studies, which allowed quantitative measurements of the concentration of impurities. The coefficients of elemental sensitivity ofthe method were determined and the resolution of the time-of-flight mass spectrometry method at a depth of the order of 1 nmwas achieved using structures with delta-doped layers. In the second section, a numerical procedure for calculating the current- voltage characteristics was developed, which was used to analyze the InSb diode with a p-n junction and determined the optimal doping profile of InSb implanted by Be+ ions. It is shown that to ensure optimal parameters of photodiodes it is necessary to implant beryllium with different energies. Using mass spectrometry, the distribution profiles of the doping impurity wer investigated and the optimal depth of the p-n junction was determined. The processes of photon annealing of implant structures are investigated, the optimal annealing parameters are determined. It has been shown that oxides of indium and antimony are formed during annealing, and antimony segregation also occurs. Modes of additional processing which lead to reduction of such parasitic effects are found. The processes of passivation of diode structures have been studied and it has been shown that the optimal coatings are silicon nitride films doped with hydrogen. The technology was developed and experimental samples of photodiodes were made. The third section is devoted to the study of oxygen generation processes during t implantation of carbon ions. It is shown that the oxygen generated from the volume accumulates in the area of vaca distribution and at the phase boundary of natural oxide - silicon. The optimal technological modes for the generation thermodonor centers are determined. The optimal implantation dose and annealing temperature for efficient generation of TD centers were found. It is shown that the region of formation of TD centers depends on the energy of implantation of carbon ions. The photosensitivity of structures with a hidden n+ layer is determined by the processes of recombination of charg carriers in the near-surface defective region. In the fourth section of the dissertation, a study of two-layer Pt / Fe structures obtained by magnetron sputtering was performed. The evolution of their structure and magnetic properties after annealing andion doping was studied by XRD and SIMS methods. It has been shown that the implantation of N+ ions can reduce both the temperature and the annealing time required to promote diffusion-structural phase transitions. It is concluded that the use of ion doping is a promising way to create a self-organizing method of heterostructure forming. The fifth section o dissertation contains the results of studies of multilayer structures Co/Si, Mo/Si and AlN/GaN after their modification by ion implantation of impurities. A new effect is found, which consists in increasing the nominal thickness of the existence of the amorphous-cluster state of cobalt films and delaying the subsequent explosive crystallization of the growing cobalt film due to doping with carbon atoms. It is shown that the accumulation of oxygen at the Mo/Si interfaces is one of the main causes of degradation of the multilayer structure during overheating. 3D-measurements of ToF-SIMS revealed the penetration of silicon into molybdenum.

Дослідження фізичних властивостей нанорозмірних об'єктів, тонких напівпровідникових та металевих плівок продемонстрували наявність унікальних функціональних властивостей цих матеріалів у порівнянні з об'ємними. Саме фізичні явища на границях розділу фаз, квантово-розмірні ефекти дозволяють створювати нові покоління мікроелектронних приладів і схем, в яких розміри активних елементів складають десятки і навіть одиниці нанометрів. Дослідження таких структур та технологічні рішення з їх виготовлення потребують застосування нових методик, які враховують специфіку досліджуваних об'єктів. До таких методик безумовно слід віднести іонно-променеві технології. Застосування цих технологій дозволяє формувати нові матеріали, або провадити їх радикальну структурну і фазову модифікацію, а це потребує детального вивчення фізичних процесів із залученням найсучасніших методів досліджень. Одним з найпотужніших методів вивчення домішкового складу речовин є мас спектрометрія вторинних іонів.В першому розділі зроблено короткий огляд літератури по темі дисертації та виділено проблеми, які потребують детального вивчення. Приведено опис методу часо-пролітної мас-спектрометрії, визначено оптимальні параметри вимірювань, які дозволяють досліджувати структури нанометрових розмірів. Методом іонної імплантації ряду домішок було виготовлено тестові зразки для калібровки результатів мас-спектрометричних досліджень, що дозволило проводити кількісні вимірювання концентрації домішок. Визначено коефіцієнти елементної чутливості методу та з використанням структур з дельта-легованими щарами досягнута роздільна здатність методу часо-пролітної мас-спектрометрії по глибині порядку 1 нм. В другому розділі розроблено чисельну процедуру розрахунків вольт-амперних характеристик, яка була застосована для аналізу InSb діода з p-n переходом і було визначено оптимальний профіль легування InSb іонами Be+. Показано, що для забезпечення оптимальних параметрів фотодіодів необхідно проводити імплантацію берилію з різними енергіями. За допомогою мас-спектрометрії було досліджено профілі розподілу легуючої домішки і визначено оптимальну глибину залягання p-n переходу. Досліджено процеси фотонного відпалу імплантованих структур, визначено оптимальні параметри відпалу. Показано, що при відпалах формуються оксиди індію та антимону, а також відбувається сегрегація антимону. Знайдено режими додаткової обробки, які приводять до зменшення таких паразитних ефектів. Досліджено процеси пасивації діодних структур і показано, що оптимальними покриттями є плівки нітріду кремнію, леговані воднем. Розроблено технологію та виготовлено експериментальні зразки фотодіодів.Третій розділ присвячено дослідженням процесів гетерування кисню при імплантації іонів вуглецю. Показано, що гетерований з об'єму кисень накопичується в області розподілу вакансій та на границі розділу фаз природній окисел – кремній. Визначено оптимальні технологічні режими для генерації термодонорних центрів. Знайдено оптимальну дозу імплантації і температуру відпалу для ефективної генерації ТД центрів. Показано, що область формування ТД центрів залежить від енергії імплантації іонів вуглецю. Фоточутливість структур з прихованим n+ шаром визначається процесами рекомбінації носіїв струму в приповерхневій дефектній області.В четвертому розділі дисертації проведено дослідження двошарових структур Pt/Fe, які отримували методом магнетронного напорошення. Еволюцію їх структури та магнітних властивостей після відпалів та іонного легування досліджували методами XRD і SIMS. Було показано, що імплантація іонів N+ дозволяє зменшити як температуру, так і час відпалу, необхідний для сприяння дифузійно-структурним фазовим переходам. Зроблено висновок, що застосування іонного легування є перспективним шляхом для створення самоорганізованого способу формування гетероструктур.П'ятий розділ дисертації містить результати досліджень багатошарових структур Co/Si, Mo/Si та AlN/GaN після їх модифікації іонною імплантацією домішок. Знайдено новий ефект, який полягає в збільшенні номінальної товщини існування аморфно-кластерного стану плівок кобальту і затримці подальшої вибухової кристалізації зростаючої плівки кобальту завдяки легуванню атомами вуглецю. Показано, що накопичення кисню на інтерфейсах Mo/Si є однією з основних причин деградації багатошарової структури під час перегріву. 3D-вимірювання TOF-SIMS дозволили виявити місця проникнення кремнію в молібден.^UStudies of the physical properties of nanoscale objects, thin semiconductor and metal films have demonstrated the unique functional properties of these materials compared to bulk ones. It is the physical phenomena at the phase boundaries, quantum-dimensional effects allow to create new generations of microelectronic devices and circuits in which the size of the active elements are tens or even units of nanometers. Research of such structures and technological solutions for their manufacture require the use of new techniques that take into account the specifics of the studied objects. Such techniques should certainly include ion-beam technology. The application of these technologies allows to form new materials, or to carry out their radical structural and phase modification, and this requires a detailed study of physical processes with the involvement of the most modern research methods. One of the most powerful methods for studying the impurity composition of substances is the mass spectrometry of secondary ions. The first section provides a brief overview of the literature on the topic of the dissertation and highlights the problems that require detailed study. The description of the time-of-flight mass spectrometry method is given, the optimal measurement parameters are determined, which allow to investigate the structures of nanometer dimensions. By the method of ion implantation of a number of impurities, test samples were made to calibrate the results of mass spectrometric studies, which allowed quantitative measurements of the concentration of impurities. The coefficients of elemental sensitivity of the method were determined and the resolution of the time-of-flight mass spectrometry method at a depth of the order of 1 nm was achieved using structures with delta-doped layers.In the second section, a numerical procedure for calculating the current-voltage characteristics was developed, which was used to analyze the InSb diode with a p-n junction and determined the optimal doping profile of InSb implanted by Be+ ions. It is shown that to ensure optimal parameters of photodiodes it is necessary to implant beryllium with different energies. Using mass spectrometry, the distribution profiles of the doping impurity were investigated and the optimal depth of the p-n junction was determined. The processes of photon annealing of implanted structures are investigated, the optimal annealing parameters are determined. It has been shown that oxides of indium and antimony are formed during annealing, and antimony segregation also occurs. Modes of additional processing which lead to reduction of such parasitic effects are found. The processes of passivation of diode structures have been studied and it has been shown that the optimal coatings are silicon nitride films doped with hydrogen. The technology was developed and experimental samples of photodiodes were made. The third section is devoted to the study of oxygen generation processes during the implantation of carbon ions. It is shown that the oxygen generated from the volume accumulates in the area of vacancy distribution and at the phase boundary of natural oxide - silicon. The optimal technological modes for the generation of thermodonor centers are determined. The optimal implantation dose and annealing temperature for efficient generation of TD centers were found. It is shown that the region of formation of TD centers depends on the energy of implantation of carbon ions. The photosensitivity of structures with a hidden n+ layer is determined by the processes of recombination of charge carriers in the near-surface defective region.In the fourth section of the dissertation, a study of two-layer Pt / Fe structures obtained by magnetron sputtering was performed. The evolution of their structure and magnetic properties after annealing and ion doping was studied by XRD and SIMS methods. It has been shown that the implantation of N+ ions can reduce both the temperature and the annealing time required to promote diffusion-structural phase transitions. It is concluded that the use of ion doping is a promising way to create a self-organizing method of heterostructure forming. The fifth section of the dissertation contains the results of studies of multilayer structures Co/Si, Mo/Si and AlN/GaN after their modification by ion implantation of impurities. A new effect is found, which consists in increasing the nominal thickness of the existence of the amorphous-cluster state of cobalt films and delaying the subsequent explosive crystallization of the growing cobalt film due to doping with carbon atoms. It is shown that the accumulation of oxygen at the Mo/Si interfaces is one of the main causes of degradation of the multilayer structure during overheating. 3D-measurements of ToF-SIMS revealed the penetration of silicon into molybdenum.

В дисертації викладено результати дослідження впливу іонної імплантації на структуру і функціональні властивості тонких плівок WO3, NiO, VOx та монокристалів InSb. Досліджено вплив іонних та температурних обробок на оптичні та електричні характеристики приладових структур на їх основі. Розроблено методики визначення структурного складу методами ВІМС і ВРХД на різних етапах (напорошення, імплантація, відпали) для забезпечення контрольованого формування матеріалів із заданими характеристиками.Встановлено залежності пропускання плівок WO3 та NiO від дози імплантованого водню. Проведено дослідження впливу складу електроліту на стабільність роботи електрохромної комірки. Оптимізовано конструкцію електрохромної комірки та створено прототипні зразки. Запропоновано новий метод синтезу плівок VOx з високим температурним коефіцієнтом опору та відтворюваністю характеристик. Визначено зміну структурних та електричних параметрів протягом технологічного маршруту. Досліджено процес формування p-n переходу в кристалах InSb методом іонної імплантації. Визначено оптимальні параметри легування для підвищення характеристик синтезованих структур.^UThe thesis presents the results of a study of the ion implantation effect on the structure and functional properties of WO3, NiO, VOx thin films and InSb single crystals. The influence of ion implantation and temperature treatments on the optical and electrical characteristics of instrument structures based on the mis investigated. Techniques have been developed for determining the structural composition by SIMS and HRXHD methods at different stages of sample creation (deposition, implantation, annealing) to ensure the controlled formation of materials with desired characteristics. The dependences of the optical transmission of WO3 and NiO films on the dose of implanted hydrogen were determined. The influence of electrolyte composition on the stability of the electrochromic cell was investigated. The design of the electrochromic cell was optimized and prototype designs were created. A new method of synthesis of VOx films with high temperature coefficient of resistance and reproducibility of characteristicsis have been proposed. The change in structural and electrical parameters during the technological route is determined. The process of formation of p-n junction in InSb crystals by ion implantation was investigated. Optimal doping parameters were determined to improve the characteristics of the synthesized structures.