В работе предложена стохастическая имитационная модель процесса детектирования флуоресценции ме-ченных нуклеотидов при одномолекулярном секвенировании в четырех спектральных каналах. Обеспечена многофакторная имитация сигналов детектора. В первой части статьи описан алгоритмический шаблон для моделирования отклика светочувствительных элементов видеокамеры на свет, поступающий из одного волновода нулевой моды в одном спектральном диапазоне в процессе секвенирования одиночной молекулы ДНК. Введено понятие "базового изображения", имитирующего число фотоэлектронов в сенсорах за время экспозиции. Область симуляции такого изображения представляет собой квадратное поле размером (2 × 2), …, (5 × 5) пикселей, суммарная яркость которого дает единичный отсчет трейса в данном канале. Рассмат-риваются три режима формирования базового изображения: 1) только темновой ток, 2) фоновое излучение при отсутствии встраивания нуклеотида и 3) световое пятно флуоресцентной вспышки с фоновым уровнем при встраивании. Для моделирования базового изображения приведен пошаговый алгоритм: задание раз-меров и смещения пятна, амплитуд флуоресценции и фона; формирование двумерных гауссовых распреде-лений для фона и сигнала и их суммирование; учет сигнал-зависимого шума с использованием аппроксима-ции результатов экспериментов с детектором и сигнал-независимого шума с использованием нормального распределения и параметров камеры; задание смещения нулевого уровня и финальное суммирование шу-мовых компонентов с изображением. Также описан алгоритм моделирования фонового сигнала с учетом спектральной помехи от соседних каналов. Разработана программа-симулятор первичных цифровых дан-ных одномолекулярного секвенатора, обеспечивающая имитацию результатов секвенирования в форматах FASTA, TRACE и MOVIE. На вход симулятора может быть подана реальная последовательность ДНК, по-лученная из геномной базы.

 
Ключевые слова: симулятор последовательности, длинные риды, имитационное моделирование, одномолекулярное секвенирование, волновод нулевой моды

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Васильева Екатерина Кимовна, virtkat@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 29.11.2025

Показана возможность применения полимерных тест-структур DVD-дисков, представляющих собой регулярные ряды выступающих и углубленных элементов фиксированной ширины и глубины, для оценки разрешающей способности и линейных размеров в сканирующем капиллярном микроскопе (СКМ). Совмещение сечений, полученных методом атомно‑силовой микроскопии (АСМ) и в СКМ, позволило выполнить калибровку линейных размеров сканера и оценить разрешение в СКМ за счет измерения уширения границы перепада высоты регулярных структур диска. Показана возможность проводить оценку пространственного разрешения и проникающей способности нанопипеток с разными апертурой и углом схождения.

 
Ключевые слова: сканирующая капиллярная микроскопия, атомно‑силовая микроскопия, нанопипетка, зонд, тестовые структуры, поликарбонат

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Жуков М.В., Банков А.А., Лукашенко С.Ю., Пичахчи С.В.)
Национальный исследовательский университет ИТМО (Университет ИТМО),
Санкт-Петербург (Банков А.А.)
Контакты: Жуков Михаил Валерьевич, cloudjyk@yandex.ru

 
Материал поступил в редакцию 25.12.2025

Работа направлена на разработку теоретических основ, способствующих построению двойных однокомпонентных электроиндукционных датчиков напряженности электрического поля компенсационного типа. Разработка подобных датчиков имеет целью повышение точности измерений и контроля уровней напряженности низкочастотных электрических полей на территориях работы высоко- и сверхвысоковольтного оборудования для обеспечения безопасности и комфортной работы их обслуживающего персонала. В связи с этим данная работа является весьма актуальной. В датчике компенсационного типа реализуется метод уравновешивающего преобразования. Сложность реализации этого метода применительно к датчику напряженности электрического поля связана с созданием узла сравнения, в котором должны сравниваться измеряемая напряженность E₀ электрического поля и напряженность компенсационного поля E_к. В разрабатываемой теории обосновывается возможность построения узла сравнения. Узел сравнения представляет конструктивно сформированный электрический конденсатор, внутренний диэлектрик которого имеет диэлектрическую проницаемость e. С применением принципа суперпозиции полей в работе рассмотрены физические процессы, протекающие в диэлектрике электрического конденсатора. Показано, что воздействия на диэлектрик конденсатора измеряемого поля E₀ и компенсационного поля E_к происходят по одной прямой и противоположно направлены. Это позволяет создать идеальный узел сравнения. Для внесения датчиком в электрическое поле предсказуемых и математически обрабатываемых искажений предложено корпус датчика выполнять сферическим, а его чувствительные электроды в форме сферических сегментов. Предложено датчик компенсационного типа выполнить двойным и однокомпонентным, содержащим два диаметрально противоположных чувствительных элемента, входящих в состав двух электрических конденсаторов, выполняющих роль узлов сравнения. Впервые получено выражение для расчета емкости электрического конденсатора с чувствительными элементами в форме сферических сегментов. Предложена измерительная цепь компенсационного типа для двойного однокомпонентного датчика с использованием предложенных узлов сравнения. Получены уравнения преобразования датчика с измерительной цепью, связывающие измеряемую напряженность электрического поля E₀ с выходным напряжением измерительной цепи U_вых. Выявлены основные и дополнительные погрешности датчика напряженности электрического поля компенсационного типа. Полученные в работе новые знания могут лечь в основу разработки компенсационных датчиков напряженности электрического поля.

 
Ключевые слова: электрическое поле, напряженность поля, компенсационный датчик, двойной датчик, узел сравнения, измерительная цепь компенсационного типа

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Контакты: Сергей Владимирович Бирюков, sbiryukov154@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 22.12.2025

Измерение отклонения поверхности воды в лабораторных экспериментах стандартным методом с помощью струнного волнографа позволяет получить информацию только о временнÏх характеристиках поверхностных волн. В данной работе предлагается метод распознавания с помощью видеозаписи профиля волны — зависимости отклонения поверхности воды от времени и координаты. Для работы метода необходимо, чтобы профиль волны был визуально наблюдаем, например, через прозрачную стенку лабораторной установки. Для реализации метода необходимы только видеокамера и источники света под водой. Разработан алгоритм определения отклонения поверхности воды, создано соответствующее программное обеспечение. Демонстрируется хорошее визуальное соответствие (алгоритм распознает то, что видит глаз человека) и совпадение по спектру с сигналом использованных в экспериментах волнографов.

 
Ключевые слова: поверхностные волны, компьютерное зрение, камера обскура, дискретный оператор Лапласа от гауссова сглаживания, дилатация

Федеральный исследовательский центр "Институт прикладной физики
им. А.В. Гапонова-Грехова РАН, Нижний Новгород, Россия
Контакты: Разумов Дмитрий Дмитриевич, ddrazumov@ipfran.ru

 
Материал поступил в редакцию 29.11.2025

Методом масс-спектрометрии проведено прямое (in situ) исследование химического взаимодействия газообразного монооксида углерода (CO) с поверхностью монокристаллической кремниевой подложки. Цель данной работы — опреление присутствия в газовой фазе малых количеств молекул монооксида кремния (SiO), которые являются продуктом химической реакции взаимодействия газа CO с поверхностью кремниевой подложки. Молекула SiO является маркером реакции получения эпитаксиальной пленки карбида кремния на кремнии методом согласованного замещения атомов и имеет такое же массовое число, как CO₂. Для однозначного определения вклада молекул CO₂ на спектр было проведено исследование разложения газа CO₂ в CO при типичных условиях процесса. Определено, что при температурах выше 950 °C наличие молекул CO₂ в реакторе минимально, что подтверждает преобладание молекулы SiO в масс-спектрах, экспериментально подтверждая теоретические положения метода.

 
Ключевые слова: масс-спектрометрия, монооксид углерода, карбид кремния на кремнии, газофазное взаимодействие

Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург
(Воробьев М.Г., Кукушкин С.А., Разумов С.В.)
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург (Коньков О.И.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Кузьмин А.Г., Титов Ю.А.)
Контакты: Воробьев Максим Геннадьевич, vmaximg@bk.ru

 
Материал поступил в редакцию 04.12.2025

Работа посвящена задаче обнаружения и классификации посторонних веществ-загрязнителей на внутренних поверхностях труднодоступных полостей изделий ракетно-космической отрасли с применением мультиспектрального видеоэндоскопа, формирующего одновременно 16 изображений объекта в узких спектральных интервалах на разных участках одного матричного приемника излучения. Специфика контролируемых объектов и условий их наблюдения вносит коррективы в методику обработки спектральной информации. Экспериментально показано, что достоверность контроля существенно повышается при использовании базы данных веществ-загрязнителей, созданной на аналогичном объекте контроля.

 
Ключевые слова: неразрушающий контроль, эндоскопия, мультиспектральная съемка

Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Москва, Россия
Контакты: Батшев Владислав Игоревич, batshev.vi@ntcup.ru

 
Материал поступил в редакцию 30.12.2025

Настоящая работа посвящена исследованию разработанной интерференционной установки контроля угловых смещений точек поверхности объекта на высокоразрешающих голографических пластинках. Методы голографической интерферометрии являются высокоточными и высокоинформативными методами измерений и позволяют проводить исследования процессов как в статике, так и в динамике, изучать поверхности высокополированные и грубой формы (первого, второго класса шероховатости), вести контроль волновых полей, существовавших в разное время, а также получать данные эксперимента в количественном и качественном аспектах. В работе оценен шаг интерференционных полос для проведения измерений, предложена методика устранения наклонных смещений поверхности и приведена функциональная схема разработанного устройства. Получено выражение для интерференционных полос, различимых на фоне оптического шума, для проведения реального эксперимента.

 
Ключевые слова: интерферометрия сдвига, голографическая пластинка, оптический шум, интерференционные полосы, оптические элементы, фокусное расстояние, угловое смещение, линейное смещение, диафрагма

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП), Санкт-Петербург
Контакты: Майоров Евгений Евгеньевич, majorov_ee@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 26.12.2025

В работе представлена конструкция и результаты апробации портативного устройства для мониторинга физиологического состояния растений посредством комбинированного измерения спектров флуоресценции, пропускания и отражения. Предлагаемый подход объединяет три взаимодополняющих оптических метода в едином портативном устройстве, которое включает в себя два белых светодиода для измерения спектров отражения и пропускания, а также синий светодиод для возбуждения флуоресценции. Прототип устройства способен измерять спектры отражения и пропускания, а также интенсивность флуоресцентного спектра листьев растений и требует минимальной пробоподготовки. Регистрация спектров осуществляется с помощью компактного дифракционного спектрометра, входящего в состав устройства. Валидация проводилась путем сопоставления результатов измерения листьев огурца и томата разработанным устройством и эталонным лабораторным оборудованием. Средняя относительная погрешность составила 23% для спектра отражения, 19% — для пропускания и 26% — для флуоресценции. Для апробации устройства определялись коэффициенты детерминации между спектральными характеристиками и концентрацией хлорофиллов, а спектральная информация редуцировалась до вегетационных индексов с выбором оптимального коэффициента на разных длинах волн.  Коэффициенты детерминации между эталонными значениями концентрации пигмента и вегетационными индексами составляют 0.99 (огурец) и 0.93 (томат) в режиме отражения, 0.99 (огурец) и 0.90 (томат) в режиме пропускания, а также 0.99 (огурец) и 0.83 (томат) в режиме флуоресценции.

 
Ключевые слова: флуоресцентная спектрометрия, спектрометрия отраженного излучения, цифровая обработка спектров, физиологическое состояние растений, хлорофилл

Научно-технологический центр уникального приборостроения
Российской академии наук, Москва
Контакты: Хохлов Демид Денисович, khokhlov.dd@ntcup.ru

 
Материал поступил в редакцию 04.12.2025

Настоящая работа продолжает серию модельных экспериментов на вычислительном пакете, позволяющих провести прогноз сравнительной эффективности электрокинетических звуковых излучателей в жидкой и воздушной средах. Ранее такой прогноз был осуществлен авторами для условия наличия в среде только вязких потерь. В настоящей работе осуществлена попытка получения сравнительной эффективности электрокинетических излучателей в жидкой и воздушной средах на вычислительном пакете COMSOL Multiphysics при наличии в них не только вязких, но и тепловых потерь. В результате проведенных численных экспериментов выявлено незначительное влияние учета тепловых потерь на точность вычислений. Этот факт может значительно ускорить проведение сложных модельных экспериментов на пакете COMSOL Multiphysics.

 
Ключевые слова: электрокинетические излучатели, вязкая жидкость, несжимаемая теплопроводная жидкость

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Шарфарец Борис Пинкусович, sharb@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 22.08.2025

Необходимость анализа нестационарных процессов возникает во многих задачах спектрометрии. Нестационарными являются процессы, в которых некоторые параметры сигналов меняются во времени. В большом количестве разнообразных приборов время может пониматься условно. Например, в спектрофотомерии это длина волны фотона, в масс-спектрометрии — молекулярная масса, в фотоэлектронной спектрометрии — энергия связи электрона в атоме и т.п. В качестве меры времени в большинстве приборов может быть выбрана физическая характеристика, в которой калибруется шкала спектра — ось абсцисс графика. В настоящей работе рассматриваются алгоритмы обработки сигналов нестационарного процесса, которым является совокупность сигналов сиквенс-анализа ДНК по Сэнгеру методом капиллярного электрофореза. В идеальных случаях в таких приборах ширина спектральных пиков и интервал времени между выходом пиков соседних (в цепи ДНК) нуклеотидов одинаковы для всех каналов. Однако в реальных приборах при анализе длинных фрагментов ДНК порядка 1000 нуклеотидов значения этих параметров изменяются во времени. Так, например, в конце рабочего цикла анализа ширина пиков увеличивается, а расстояние между ними уменьшается, и спектральные пики практически сливаются друг с другом.  В работе рассматриваются алгоритмы преобразования нестационарного спектра в стационарный путем переноса точек (отсчетов) исходного нестационарного спектра на шкалу выходного стационарного спектра при помощи обратной функции шкалы времени. Обратная функция позволяет скорректировать нелинейную шкалу времени. Алгоритмы протестированы на математических моделях и на реальных сигналах. Результаты тестирования представлены в работе.

 
Ключевые слова: секвенирование нуклеиновых кислот, математическая обработка нестационарных процессов в спектрометрии, использование обратных функций

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Бардин Борис Васильевич, bardin.bv@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 13.11.2025

В работе представлена процедура переноса расчетных пространственных распределений газодинамических параметров в пользовательский алгоритм программы ионно-оптических расчетов SIMION 8.1 для проведения самосогласованного расчета движения ионов в электрическом поле при наличии газового потока. На примере захвата радиочастотным квадруполем пучка ионов, выносимых газовым потоком из капилляра, проведен самосогласованный расчет движения ионов. Показана эффективность транспортировки ионов в массовом диапазоне 100–2000 а.е.м. через область промежуточного давления в квадруполе и их трансмиссии через диафрагму дифференциальной откачки на выходе квадруполя без наложения продольного протягивающего электростатического поля.

 
Ключевые слова: транспортный капилляр, газовая струя, радиочастотный квадруполь, входной интерфейс масс-спектрометра

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Курнин Игорь Васильевич, igor.kurnin@gmail.com

 
Материал поступил в редакцию 24.12.2025

В работе проиллюстрирована возможность использования глубокой нейронной сети с двойным разрешением (DDRNet — Deep Dual-Resolution Networks) для решения в режиме реального времени задачи обнаружения на изображениях подвижных объектов (пешеходов, велосипедистов, автомобилей и др.). В работе представлено также программное решение DDR-SLAM в области VSLAM (Visual Simultaneous Localization and Mapping) в динамических средах. Данное VSLAM-решение представляет собой, по сути, улучшенную реализацию фреймворка ORB-SLAM2, в которой с помощью нейросети DDRNet производится маскирование подвижных объектов. Результаты экспериментальной апробации DDR-SLAM на последовательностях изображений из наборов данных KITTI и Cityscapes демонстрируют, что DDR-SLAM обеспечивает получение низких значений ошибок позиционирования в следующих сценариях: движение транспортного средства (ТС) в плотном потоке машин, длительное пребывание ТС в пробке, замедление движения ТС перед перекрестком, к которому приближаются также и иные ТС, и др. Показано также, что DDR-SLAM уверенно превосходит по точности позиционирования VSLAM-решение ORB-SLAM2 в тех сценариях, где присутствует большое число подвижных объектов. Исходный код DDR-SLAM доступен по ссылке: (https://github.com/YznMur/DDRSLAM.git).

 
Ключевые слова: глубокое обучение, одновременная локализация и построение карт (SLAM), семантическая сегментация, динамическая среда

Московский физико-технический институт (государственный университет), г. Москва
(Мурхиж Я. , Гаврилов Д.А., Татаринова Е.А.)
Московский государственный университет геодезии и картографии, г. Москва
(Учаев Дм.В., Учаев Д.В.)
Контакты: Татаринова Елена Александровна, tatarinova.ea@mipt.ru

 
Материал поступил в редакцию 15.10.2025

«Электронный язык» - сенсорная система искусственного интеллекта, позволяющая проводить квалитативное ранжирование жидких сред. В работе «электронного языка» используются электрохимические сенсоры, обладающие чувствительностью к основным значимым компонентам исследуемой среды.

Институт аналитического приборостроения Российской академии наук
 
По всем вопросам обращаться в Лабораторию медико-аналитических методов и приборов
 
е-mail: аппа@da-24.ru