Электроника, фотоника и киберфизические системы

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНФИГУРАЦИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА С ПЕТЛЕВОЙ СВЯЗЬЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТАХ

Рафаэль Вазирович Фархутдинов — 2026-08-27

Статья посвящена оптимизации конструкции измерительной ячейки на основе цилиндрического объемного резонатора с двумя петлевыми элементами связи для определения комплексной диэлектрической проницаемости цилиндрических материалов в диапазоне частот 3–7 ГГц. Методом численного моделирования в среде CST Studio Suite 2025 исследовано влияние размеров петель связи и их глубины ввода на параметры передачи (S21) и добротности резонатора. Установлено, что использование петель связи минимального диаметра и с минимальным выступом от стенки резонатора обеспечивает наилучшее совпадение резонансной частоты с расчетной, и максимальную добротность. Проведено компьютерное моделирование влияния диэлектрической проницаемости, тангенса угла потерь и диаметра образца на показатели S21 и вид преобразовательной функции. Выявлено, что для сохранения однозначности измерений диаметр исследуемого материала не должен превышать 25% от общего диаметра резонатора.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ АДРЕСНЫХ ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ СТРУКТУР КАК СЕНСОРОВ «ФОТОННОЙ КОЖИ» ПРИ ИХ НЕОДНОРОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Лилия Наиловна Ибрагимова — 2026-08-27

Функционирование «фотонной кожи» спортсмена основано на использовании различных оптических явлений, возникающих при взаимодействии света с биологическими тканями. Световое излучение может поглощаться, рассеиваться, отражаться или изменять свои спектральные характеристики в зависимости от состояния кровотока, уровня оксигенации тканей, температуры, биомеханики мышц и других физиологических факторов, в том числе при использовании волоконно-оптических датчиков. Анализ данных изменений позволяет получать информацию о функциональном состоянии организма без необходимости применения инвазивных методов контроля. Задача данной статьи состоит в том, чтобы показать возможности нового типа чувствительного элемента брэгговского типа – адресной волоконной брэгговской структуры (АВБС) и определить возможные варианты его применения для различных носимых датчиков «фотонной кожи» для спортсменов с широким диапазоном нагрузок на мышечные ткани (бодибилдеры, штангисты и т.д.). В основу заложена идея использования необратимых изменений спектра ВБР (уширение пика, падение коэффициента отражения, гистерезис) в диапазоне 0,7–1% в качестве индикатора предельной нагрузки. Деформация в 1% для мышцы – это абсолютно нормальный, рабочий диапазон. Однако, такой датчик может стать отличным персональным дозиметром усталостных микротравм для бодибилдеров и штангистов. Он сигнализировал бы о том, что мышца получила достаточный объем микроразрывов для запуска гипертрофии,
и дальнейшее «качение» веса не имеет смысла и ведет к перетренированности. Статья носит чисто математический характер и показывает изменения спектра отдельных элементов АВБС. Знание этих изменений будет заложено в основу обработки информации «фотонной кожи» как сигнальные признаки для принятия решений тренером или самим спортсменом. Для примера выбрана 3π-АВБС, представляющая собой ВБР с тремя фазовыми сдвигами.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЗРЕЛОСТИ ВНЕДРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ГОТОВНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ВБР

Айрат Жавдатович Сахабутдинов — 2026-08-27

Датчики на основе волоконных брэгговских решёток (ВБР) заняли устойчивое место среди ключевых технологий волоконно-оптических измерений благодаря высокой чувствительности, возможности мультиплексирования, компактности и работоспособности в сложных условиях эксплуатации. Несмотря на значительный объём исследований, переход измерительных систем на основе ВБР от лабораторной верификации к практическому применению остаётся неравномерным для различных областей использования. В настоящем обзоре этот переход рассматривается на основе многоуровневой оценки, объединяющей публикационные тенденции, зрелость внедрения, прикладные области и заявленные измерительные характеристики. Анализ публикаций за период 2021–2026 гг. показывает, что большинство описанных систем по-прежнему находится на стадии лабораторной проверки, тогда как примеры внедрения в реальные условия и применения в реальных условиях эксплуатации остаются сравнительно ограниченными. Между областями применения выявлены существенные различия. Мониторинг технического состояния конструкций и отдельные приложения, связанные с измерениями в жёстких условиях эксплуатации, дают наиболее убедительные свидетельства практического внедрения. В то же время биомедицинские и химические измерительные системы, несмотря на высокую исследовательскую активность, в основном остаются на более низких уровнях зрелости. Полученные результаты показывают, что зрелость внедрения определяется не только измерительными характеристиками, но и взаимосвязью между механизмом преобразования и целевым измеряемым параметром, требованиями к интеграции, устойчивостью к внешним воздействиям, сложностью системы и востребованностью конкретного приложения. В целом анализ показывает, что основной вызов для технологии датчиков на основе ВБР в настоящее время связан не столько с достижением высоких измерительных характеристик, сколько с обеспечением надёжной, масштабируемой и устойчивой работы в реальных условиях эксплуатации.

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ДИАГРАММООБРАЗУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПОВ РАДИОФОТОНИКИ

Булат Радикович Гаптерахимов — 2026-08-27

В статье представлено исследование и разработка методов для создания управляемых фазовых сдвигов, которые могут быть использованы в сверхширокополосных активных фазированных антенных решетках (АФАР). В ней подробно рассматривается проблема частотной зависимости фазы, возникающая при использовании фиксированных временных задержек и смоделирована гибкоперестраиваемая фотонная диаграммообразующая схема, основанная на волоконно-брэгговских решетках (ВБР), которая управляется изменение длины волны лазерного излучения. В процессе работы в программной среде OptiSystem было проведено имитационное моделирование четырехканальной распределительной сети, где функции задержки выполняли компоненты для компенсации дисперсии

ПАТЕНТНЫЙ ЛАНДШАФТ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЕЛЫ В ОБЛАСТИ ГИБКИХ ТЕКСТИЛЬНЫХ СЕНСОРОВ ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ДВИЖЕНИЙ

Марат Алмазович Хисматуллов — 2026-08-27

Проведён патентный анализ 27 документов за 2011–2026 гг., посвящённых гибкой электронике, интегрированной в текстиль для распознавания движений человека. Цель работы – систематизировать существующие технические решения по трём критериям (способ измерения, тип сенсора, метод интеграции) и выявить неразработанные направления для последующего патентования. Использованы базы данных Google Patents, Espacenet, Patentscope и ФИПС, глубина поиска – 15 лет. Выявлены четыре основных физических принципа работы датчиков (резистивный, ёмкостный, пьезоэлектрический, оптоволоконный), пять конструктивных типов сенсоров и четыре метода интеграции в текстильную основу. Установлено, что основные патентообладатели – зарубежные корпорации (Google, Meta, Adidas) и университеты (Yale University, ETH Zurich), в то время как патентная активность Российской Федерации крайне низка (единичные патенты). Сформулированы пять технологических «белых пятен»: комбинированные резистивно-ёмкостные датчики, алгоритмы автоматической калибровки и компенсации дрейфа, методы различения движений человека и внешних деформаций одежды, адаптация к контактным видам спорта, стандартизация интерфейсов. Предложены рекомендации для российских разработчиков, направленные на импортозамещение и создание конкурентоспособных систем «умной одежды».

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЕНСАЦИЯ ГИСТЕРЕЗИСА РЕЗИСТИВНОГО ТЕКСТИЛЬНОГО ДАТЧИКА ИЗГИБА ДЛЯ СИСТЕМ РАСПОЗНАВАНИЯ ДВИЖЕНИЙ

Марат Алмазович Хисматуллов — 2026-08-27

Резистивные текстильные датчики изгиба перспективны для систем непрерывного распознавания движений, однако их применение сдерживается нелинейностью, гистерезисом и дрейфом. Цель работы – разработать математическую модель датчика и сравнить два метода обратного преобразования «сопротивление → угол»: полиномиальная аппроксимация без учёта гистерезиса (метод А) и двухкривая модель с зависимостью от знака скорости деформации (метод Б). Модель включает квадратичную нелинейность (β = 5×10⁻⁵ град⁻²), гистерезис (γ = 10 Ом/град), аддитивный шум (SNR ≈ 48 дБ) и линейный дрейф (0,05% за цикл). Компьютерное моделирование выполнено в MATLAB. В условиях шума и дрейфа метод А показал RMSE = 3,90°, максимальную ошибку 12,62°; метод Б – RMSE = 3,84°, максимальную ошибку 12,96°. Существенного преимущества метода Б не выявлено. Сделан вывод, что для эффективной компенсации гистерезиса в реальных условиях необходима адаптивная фильтрация или использование рекуррентных нейронных сетей.