В нынешнем году свои разработки показали представители 42 регионов России и зарубежные участники из 17 стран: Великобритании, Тайваня, Малайзии, Кореи, Эквадора, Ирана, Сербии, Хорватии, Румынии, Катара, Бахрейна, Казахстана, Польши, Украины, Молдовы, Белоруссии, Грузии. В конкурсах, организованных при поддержке Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы — «Лучший изобретатель Москвы», «Инновационный потенциал молодёжи Москвы», «Лучший инновационный проект Москвы», принимали участие 285 проектов московских участников.
Нынешний выпуск подборки БНТИ целиком посвящён экспонатам «Архимеда». Главные его герои — инженеры, исследователи, изобретатели, умеющие взглянуть на известные вещи под новым углом и увидеть неожиданные решения давно, казалось бы, решённых задач. Таких примеров на салоне было хоть отбавляй.
Нам метель — не метель и туман — не туман
Системы видеонаблюдения за последнее десятилетие стали таким же обыденным явлением, как ночной сторож у склада в сравнительно недавние времена. Но и та и другая охранная система (если только сторожа можно назвать системой) обладают одним и тем же недостатком: в условиях плохой видимости — сумерки или полная темнота, дождь, туман, метель — они плохо различают объекты, находящиеся на сколько-нибудь заметном удалении. И если сторож в случае необходимости может прогуляться по охраняемой территории и разглядеть происходящее с небольшой дистанции, то системе видеонаблюдения ходить заказано, если она, конечно, не автономный или управляемый робот. Но, оказывается, этот недостаток преодолим. Сотрудники московского НПО «Геофизика-НВ» показали на выставке «Архимед-2014» разработку под мудрёным названием «Круглосуточная всепогодная активноимпульсная система видения».
Нельзя сказать, что идея установки абсолютно оригинальна. Активные видеосистемы существуют и даже получили довольно широкое распространение. От систем пассивных их отличает как раз способность отсекать «лишние» сигналы и вычленять только корректные. Именно это и позволяет таким системам работать в условиях плохой видимости.
Традиционно в активных системах используют электронно-оптические преобразователи (ЭОП) — вакуумные фотоэлектронные приборы для усиления яркости изображения. В ЭОП оптическое изображение с помощью фотокатода преобразуется в электронное, а электронное — в видимое, получаемое на люминесцентном экране. При этом яркость изображения возрастает в 10 000 раз и более, что даёт возможность применять ЭОП для ночных наблюдений. Однако этого недостаточно для наблюдений в плохую погоду. Например, в тумане либо дыму на экране прибора будет прекрасно виден дым или туман, а хотелось бы видеть то, что находится за ними. На помощь приходит активно-импульсная система.
Суть её работы в том, что объект наблюдения подсвечивается короткими лазерными импульсами, длительность которых значительно меньше времени распространения света до объекта и обратно. Заметим, что луч лазера определённой частоты легко пробивает и дым и туман. Отражённое от объекта излучение регистрируется приёмным оптическим каналом на базе ЭОПа третьего поколения, оптически сопряжённого с ПЗС- матрицей (аналогичной применяемым в цифровых фотоаппаратах). При этом затвор ЭОПа открывается в такт с посылкой лазерных импульсов на определённое время и, таким образом, осуществляется приём излучения, отражённого именно от объекта, а не от частиц пыли, тумана, дождя, снега, в пространстве между системой и объектом. В том случае, когда временнáя задержка между моментом излучения импульса и моментом открывания затвора равна времени, необходимому для прохождения светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Этот метод также называют методом стробирования по дальности. Благодаря настройке временнόй задержки становится возможным просматривать пространство послойно, а поскольку изображение объекта наблюдения появляется только при определённой величине задержки включения приёмной системы, то по этой величине можно вычислять дальность до объекта. При этом, в отличие от обычных лазерных дальномеров, исключена возможность выдачи ложного значения дальности за счёт реакции на случайные предметы, находящиеся между объектом и системой, поскольку эти ложные сигналы отсекаются задержкой.
В качестве источника подсветки объекта используется лазерный осветитель, снабжённый телескопом — формирователем светового пучка. Осветитель построен на основе полупроводникового лазерного излучателя, работающего в импульсном режиме.
На фото показан один из вариантов активно-импульсной системы наблюдения. Следует отметить, что такого рода системы могут быть использованы не только для наблюдения за неподвижными объектами. Они полезны для водителей специальной техники, работающей в пыли или в темноте. Не менее интересно применение такой системы для обеспечения посадки самолётов в условиях плотного тумана, а если вывести видеосигнал на очки или экран защитного шлема, то аппарат будет незаменим для пожарных и спасателей.
Что может быть проще мясорубки?
Только другая мясорубка. Режущий узел обычного «агрегата» состоит из двух ножей — крестообразного и дискового с отверстиями. Машинка проста, надёжна и проверена многими поколениями поваров. Однако и эту конструкцию можно улучшить, а техническое решение защитить патентом, что и сделали инженеры из компании «Информационные спутниковые системы» им. академика М. Ф. Решетнёва. Режущая кромка крестового ножа их мясорубки не прямая, а имеет форму плоской логарифмической спирали. Отверстия в диске тоже не простые — у них переменный диаметр: на «входе» чуть шире, чем на «выходе». За счёт этого режущая кромка неподвижного ножа оказалась значительно более острой, чем у старого варианта с цилиндрическими отверстиями. Впрочем, новый диск отличается от старого не только этим, но и расположением отверстий. Их разместили так, что лопасть крестового ножа одновременно взаимодействует только с одним отверстием. Это существенно снижает нагрузку на вал мясорубки.
С одной стороны, может показаться странным, чего это вдруг космические инженеры занялись мясорубками, а с другой — что жтут странного, хорошие механики с нестандартным мышлением нужны везде, а в космической отрасли особенно.
Межпланетная лопата
Слетать на соседнюю планету исключительно интересно. Получить оттуда телевизионное изображение — ещё интереснее, а уж привезти на Землю образцы грунта — вот задача для настоящих инженеров. И в этом деле важно не только взлететь с какого-нибудь Марса или даже с Луны, но и суметь взять пробу грунта, провести в ней первичные измерения в условиях чужой планеты и по возможности сохранить структуру грунта или хотя бы взаимное расположение слоёв в пробе.
Инженеры из Института космических исследований РАН предложили на суд публики такое грунтозаборное устройство. И хотя основное его предназначение — отбор проб на других планетах, использовать его можно и на Земле. И нужно. Этот компактный и очень производительный комплекс позволяет не только взять пробу грунта с глубины до двух метров (отбор образцов ведётся с шагом 50 см), но и одновременно проконтролировать его температуру. Мало того, проба доставляется на поверхность и может храниться довольно продолжительное время при той температуре, при которой образец существовал в природе. Грунтозаборное устройство легко справляется и с обычным «мягким» грунтом, и с мёрзлыми породами.
Нам сверху видно всё
Одна из важных и весьма трудоёмких операций на железной дороге — осмотр вагонов. Чтобы оглядеть вагон сверху, зачастую приходится использовать лестницы, различные пандусы, чтобы заглянуть снизу — зеркальца, закреплённые на коротких штангах, а иной раз и залезать под вагон. Но во всех случаях информация об осмотре остаётся в голове у контролёра. Проверке подлежат и сами вагоны, и размещённый в них груз, и пломбы на дверях и люках. На выставке «Архимед-2014» инженеры из института информатизации и связи на железнодорожном транспорте показали простое устройство, позволяющее провести осмотр да ещё и зафиксировать полученную информацию.
На длинной раздвижной штанге (отдалённо напоминающей телескопическую удочку) разместили две компактные видеокамеры и монитор.
В корпусе монитора расположены источники питания, микропроцессор с блоком управления и приёмопередающее устройство.
Контролёр ведёт камеры вдоль вагона, изображение отображается на мониторе и записывается в памяти компьютера. В случае подозрений на неисправность или нарушения целостности груза информация может быть мгновенно передана в диспетчерскую службу.
Ультрафиолет + ультразвук = чистая вода
Примерно такую схему осуществили вологодские инженеры из компании «Новотех-ЭКО», создавшие серию установок для очистки питьевой и сточной воды, а также воды в бассейнах. Ультрафиолетовые лампы давно используются для обеззараживания воды. Однако их эффективность далеко не всегда оказывается на должном уровне. Основным препятствием для проникновения ультрафиолетового излучения в воду является, прежде всего, сама вода (слой воды толщиной 3—5 см практически полностью поглощает излучение). А раз так, то лампы нужно разместить в потоке воды, причём на небольшом расстоянии одна от другой. Так и делают в проточных ультрафиолетовых установках. Но тут возникает второе препятствие — осадок на стекле ламп. Для его удаления приходилось разбирать установки, чистить лампы, не разбив их при этом, собирать всё заново, попутно меняя часть прокладок и сальников. Всё это долго, дорого, требует высокой квалификации и аккуратности от обслуживающего персонала.
Проблему можно решить двумя способами. Первый описан выше — разобрать и почистить. Второй интереснее — не дать грязи осесть на стекле. Оказалось, что и это возможно. Установки снабдили ультразвуковыми излучателями. В результате их работы в объёме воды возникает кавитация, которая препятствует закреплению осадка на стёклах ламп. Кроме того, ультразвуковые колебания способствуют разрушению тонкой слизистой оболочки вокруг находящихся в воде клеток микроорганизмов. Это в свою очередь повышает эффективность воздействия на них ультрафиолетового излучения.
На одном из вологодских предприятий начинается выпуск таких установок различной производительности — от 1 до 1000 м3/ч.
