Современные информационные технологии в плазменно-физических исследованиях. !!!Черновик 23.11. Современные информационные технологии в плазменнофизических исследованиях
 Скачать 4.6 Mb.
|
|
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ “ИНСТИТУТ ПОДГОТОВКИ НАУЧНЫХ КАДРОВ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ” Кафедра информационной и вычислительной техники ВЫПУСКНАЯ РАБОТА по дисциплине “ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ” на тему: Современные информационные технологии в плазменно-физических исследованиях Студент магистратуры Дзагнидзе Георгий Михайлович ГНУ Институт тепло и массообмена имени А. В. Лыкова Минск 2018 ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Физика двадцатого века сочетает в себе множество научных отраслей, число которых продолжает расти по мере роста нужд человечества. Каждая из отраслей физики занимается детальным изучением соответствующих процессов, явлений и закономерностей. Для каждого этапа этой научно-исследовательской работы неизменно требуется наличие современных информационных технологий, а именно соответствующих нуждам отрасли аппаратного и программного обеспечения. Научно-исследовательский этап предполагает наличие регистрирующих и запоминающих устройств с удовлетворительной для требуемой погрешности разрешающей способностью. Для корректной работы данного аппаратного обеспечения нередко используются специализированные электронно-вычислительные машины, созданные с учетом требований к определенным параметрам, таким как емкость оперативной и дисковой памяти, скорость передачи данных и возможность работы в нестандартных условиях. Перечисленное электронно-вычислительное оборудование для корректной работы требует наличия соответствующего программного обеспечения. В свою очередь, разработка специфических пакетов программ и программных сред требует наличия языков программирования, способных надежно реализовать требуемые программные функции. Научно-экспериментальный этап предполагает различные по сложности организации процессы моделирования, а также соответствующие вычислительные действия и оценки погрешностей. Моделирование конкретных физических процессов, прежде всего, предполагает экспериментальные работы на экспериментальной установке. Для удобства проведения экспериментов оговоренные установки могут быть снабжены встроенной или внешней электронно-вычислительной техникой, удовлетворяющей по своим параметрам природе эксперимента. Моделирование физических процессов также может иметь программный характер. В этом случае требуется наличие узкоспециализированного программного обеспечения, способного к модуляции заданного процесса с требуемой точностью. Перечисленное программное обеспечение также требуется для достижений удовлетворительных значений погрешностей при обработке результатов измерений. Работа оговоренных программных пакетов предполагает наличие аппаратного обеспечения, которое, помимо базового функционала, обладает удовлетворительной вычислительной мощностью. Получение удовлетворительных результатов при проведении эксперимента предполагает их фиксацию и дальнейшее хранение для ознакомления и предоставления ссылок при необходимости. В настоящее время для этих целей функционирует множество электронных библиотек и баз данных, в которых содержатся каталогизированные результаты проведенных оптов, значения различных физических величин, описания строения элементов, описания процессов, многих сред и явлений. Возможность обращения к данным ресурсам критически необходима для развития исследований на базе уже зафиксированных ранее результатов - открытия нового вместо повторения проделанного. Для распространения и обмена результатами теоретических и экспериментальных исследований между учеными и научными институтами разработано множество веб ресурсов, посвященных научным предприятиям и конференциям, как государственного, так и международного масштаба. В данной выпускной работе будет составлен обзор информационных технологий, которые в настоящий момент используются в исследовательских работах плазменно-физической научной отрасли. Кроме этого, будет проведен детальный анализ нескольких технических и программных средств, при помощи которых проводится теоретическая и экспериментальная работа в лабораториях, как физики плазмы, так и различных иных научных отраслей. В завершении будет детально описан процесс выполнения фрагмента исследовательской научной работы по анализу свойств элементов, потенциально пригодных для использования в качестве материалов электродов торцевых эрозионных разрядных устройств, как поворотных двигателей космических спутников. ГЛАВА 1. ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ 1.1. Современные информационные технологии в исследованиях физики плазмы 1.1.1. Трехмерное моделирование плазменных потоков с последующим расчетом плотностных и температурных свойств. [8,9] 1.1.2. Трехмерное моделирование структуры материала электродов для приблизительного прогнозирования процессов формирования плазменных потоков. [10] 1.1.3. Трехмерное моделирование схемы и строения плазменного разрядного устройства для последующей доработки его конструкции. [9] 1.1.4. Скоростная съемка эволюции плазменного потока с последующим анализом протекания процессов его формирования и затухания, а также их особенностей. [6,7] 1.1.5. Регистрация спектров излучения плазменного потока для их дальнейшей обработки и выяснения химического состава, концентрации, температуры заряженных частиц плазмы. [8] 1.1.6. Съемка вольтамперной характеристики при генерации плазменного пучка для дальнейшего анализа зависимости подающегося тока от заданного входного напряжения. [11] 1.1.7. Микроскопический анализ структуры поверхности образцов материала, подвергшихся плазменной обработке. [5] 1.2. Техническое обеспечение информационных технологий в исследованиях физики плазмы 1.2.1. Цифровой запоминающий осциллограф GW INSTEK GDS-72204 Visual Persistence Oscilloscope. [11] 1.2.2. Рамановский монохроматор-спектрограф с двойной дисперсией S-Solar laser systems M-833. [8] 1.2.3. Сверхскоростная камера Photron FASTCAM SA-X2. [6,7] 1.2.4. Измерительный трансформатор тока CWT Rogowski Current Transducer. [12] 1.2.5. Стереоскопический панкратический микроскоп Altami CM0745. [5] 1.2.6. Многофункциональный мультиметр APPA 701 LCR METER. [13] 1.3. Программное обеспечение информационных технологий в исследованиях физики плазмы 1.3.1. Программа VESTA (Visualization for Electronic and Structural Analysis). Предназначен для трехмерного моделирования молекулярных структур и получения объемных данных. [10] 1.3.2. Система автоматизированного проектирования SOLIDWORKS, ее приложение Flow Simulation. Используется для трехмерного моделирования конструкции разрядного устройства, расчета его основных физических параметров, симуляции протекания плазменных потоков в конструкциях определенных габаритов и формы. [9] 1.3.3. Программный модуль сверхскоростной камеры Photron FASTCAM Viewer (PFV). Предназначен для управления режимами съемки и базовой обработки полученных результатов. [7] 1.3.4. Программный модуль сверхскоростной камеры Photron FASTCAM Analysis (PFA). Предназначен для проведения более глубокого анализа зарегистрированных данных. [7] 1.3.5. Программный пакет XRaypac. Предназначен для моделирования протекающих в материи процессов под воздействием рентгеновского излучения. [1] 1.3.6. Программная среда The Basis Code Development System - система для разработки интерактивных компьютерных программ на языке Fortran. [2] 1.3.7. Программный пакет AUTOSTRUCTURE. Предназначен для расчета энергий ионных и атомных уровней, скорости излучения, скоростей автоионизации, сечений фотоионизации. [3] 1.3.8. Программный пакет BOLSIG+ (Electron Boltzmann equation solver). Предназначен для численного решения уравнения Больцмана для электронов в слабоионизованных газах в однородных электрических полях. [4] 1.3.9. Программа для управления монохроматором спектрографом SolarLS.LAB [5] 1.3.10. Программа для анализа данных микроскопических исследований Altami Studio. [6] 1.4 Информационное обеспечение информационных технологий в исследованиях физики плазмы 1.4.1. Веб ресурс Plasma Formulary Interactive. Предоставляет доступ к различным плазменно- и атомно- физическим параметрам, сгруппированным по размерностям (режим доступа: www.amdpp.phys.strath.ac.uk). 1.4.2. Веб ресурс COD (Crystallography Open Database) Предоставляет доступ к множеству кристаллических структур в формате CIF. (режим доступа: www.crystallography.net). 1.4.3. Веб ресурс The Atomic Data and Analysis Structure (ADAS). Предоставляет доступ к набору компьютерных кодов и данных для моделирования радиационных свойств ионов и атомов в плазме (режим доступа: www.adas.ac.uk). 1.4.4. Веб ресурс CPC International Program Library. Предназначен для обмена программными пакетами и программными кодами для научных нужд авторского написания (режим доступа: www.cpc.cs.qub.ac.uk). 1.4.5. Веб ресурс Atomic and Molecular Data Unit Activities. Предназначен для доступа к базам данных радиационных процессов, характеристик атомной и молекулярной структуры, а также физико-химических свойства материалов для использования в областях плазмы и техники (режим доступа: www.amdis.iaea.org). 1.4.6. Веб ресурс Plasma Laboratory - Weizmann Institute of Science. (режим доступа: www.plasma-gate.weizmann.ac.il). ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ Эволюция плазменного потока – высокоскоростной процесс, который характерен большим количеством флуктуаций и критически зависит от удержания определенных значений параметров экспериментальной среды, таких как порядок вакуума, температура, концентрация плазмообразующего вещества, значение входного напряжения. Перечисленные проблемы имеют место, как при проведении исследований плазменных потоков, так и при анализе различных результатов их воздействия: состава экспериментальной атмосферы, морфологии обработанных образцов, поведения баллистических и электромагнитных измерительных приборов, анализа спектров. Далее будет проведен обзорный анализ некоторых технических и программных средств, структура, характеристики и уровень автоматизации которых позволяют учитывать данные факторы, и получать как удовлетворительную погрешность измерений, так и удовлетворительные результаты эксперимента. Сверхскоростная камера Photron FASTCAM SA-X2. Название: Photron FASTCAM SA-X2. Photron FASTCAM SA-X2 RV. Вид компьютеризации прибора: Встроенный микропроцессор. Возможность управления с персонального компьютера. Средства отображения информации: Индикаторная панель. Удаленная клавиатура. Возможно внешнее подключение. Возможность передачи данных на ПК: Присутствует. GIGABIT ETHER Gigabit Ethernet LAN Cable Connector. Основные функции внешнего программного обеспечения: Управление работой камеры и ее тонкая настройка. Обработка полученной последовательности кадров. Анализ и систематизация величин исследуемого процесса. Форма поставки внешнего программного обеспечения: Производится отдельная установка на рабочий компьютер, в случае использования такового. Интерфейс внешнего программного обеспечения: Язык – соответствие региональным настройкам. Система меню – неинформативна. Предупреждения и сообщения – предупреждение о потере соединения с прибором. Общая оценка – высокая сложность освоения. Требования внешнего программного обеспечения к техническому: Процессор требуемой производительности. Совместимость прибора с другими программными средствами: Полученные видеофайлы и последовательности кадров могут быть подвержены дальнейшему редактированию в любых программных пакетах, предназначенных для работы с изображением или видео форматами. Графические и табличные данные могут быть преобразованы в один из форматов, пригодных для дальнейшей обработки. Высокоскоростная камера Photron FASTCAM SA-X2 - высокотехнологический прибор, предназначенный для проведения детальных исследований эволюции физических процессов. Кроме того, применение данного оборудования имеет место в аэрокосмических исследованиях и изучении свойств материалов. Конструкция высокоскоростной камеры данной модели позволяет сосредоточение аппаратных ресурсов камеры как на качестве получаемого изображения в пикселях, так и на количестве информации, регистрируемой в единицу времени. Так, при съемке процессов относительно медленного течения, основные аппаратные ресурсы камеры могут быть сосредоточены на получении кадра с относительно высоким разрешением. Следует заметить, что даже в мегапиксельном разрешении обработка поступающих данных может выполняться на скоростях до 13,500 кадров в секунду. Аппаратные ресурсы камеры могут быть сосредоточены на съемке высокоскоростных процессов, продолжительность которых может достигать микросекундных интервалов. В данном случае ограниченные размеры кадров позволяют вести наблюдение за относительно небольшими областями и требуют дополнительной регулировки для захвата интересующей части установки, либо эпицентра определенного явления. Производительность камеры, в зависимости от размера регистрируемого кадра рассмотрена в таблице ниже.
Таблица 1. Анализ производительности съемки высокоскоростной камеры Photron FASTCAM SA-X2 в зависимости от разрешения регистрируемого кадра. Модель 1000К способна обрабатывать до 1,000,000 кадров в секунду при разрешении 128х8 пикселов Перечисленные характеристики позволяют получать информацию о большом числе физических процессов с оптимальным сочетанием разрешения, чувствительности и частоты кадров съемки. В комплекте с аппаратом поставляется специализированное программное обеспечение, состоящее из двух программных модулей: Photron FASTCAM Viewer (PFV) и Photron FASTCAM Analysis (PFA). Программный модуль PFV позволяет удаленную гибкую настройку прибора, в которую входит регулировка экспозиции, фокусировки и других параметров съемки. Кроме того, в возможности программы входит перераспределение аппаратных ресурсов камеры в реальном времени, первичное редактирование отснятой последовательности кадров, а также обеспечение управления процессом съемки. Имеется возможность регистрации данных непосредственно на внешнем компьютере. Высокоскоростной Gigabit Ethernet интерфейс предоставляет надежную систему взаимодействия с камерой и быструю передачу большого количества данных в ходе эксперимента. При отсутствии возможности подключения к внешнему компьютеру, для промежуточного хранения и последующего переноса информации присутствуют два SD слота и встроенная память. Их тип, а так же вместимость в гигабайтах и кадрах, при съемке с максимальным разрешением, рассмотрены в таблице ниже.
Таблица 2. Анализ вместимости и типа памяти, предоставленной для съемки материала без доступа к внешнему компьютеру. [6,7] Программный модуль PFA позволяет проводить анализ и измерение перемещения, а также скорости и ускорения исследуемых объектов на основе отснятой и импортированной последовательности кадров. Приложение динамически сообщено с программным модулем PFV, что обеспечивает автоматическое импортирование материала и работу с исследуемым движением в реальном времени. Систематизация полученных результатов включает в себя организацию данных в виде таблиц и графических иллюстраций. Собранные данные о характеристиках движения исследуемого объекта могут быть рассмотрены синхронно друг с другом, а также с отснятой последовательностью кадров. Сопоставление оговоренной информации позволяет наиболее подробно изучить интересующее явление. Полученные данные могут быть преобразованы в один из форматов, пригодных для более детального анализа (AVI, PNG, BMP), в более распространенных программных пакетах. [7] Перечисленные выше технологические характеристики и возможности Photron FASTCAM SA-X2 (RV), позволяют заменить этим производительным программно-управляемым устройством скоростную фоторегистрирующую установку (СФР) – лабораторную установку, которая требует длительной калибровки и настройки, является крайне чувствительной к множеству внешних воздействий, делает процесс получения кадровой последовательности много более длительным и трудоемким. Отсутствие упомянутых недостатков, возможность проводить быструю фиксацию и обработку экспериментальных данных – основные достоинства высокоскоростной камеры Photron FASTCAM SA-X2 и прилагаемого к ней программного обеспечения. К главному недостатку высокоскоростной камеры Photron FASTCAM SA-X2 относится предел скорости регистрации процессов – 106 кадров в секунду, что на три порядка меньше предела частоты кадров, фиксируемых скоростным фоторегистратором. Данное ограничение не позволяет рассматривать более быстрые процессы, но является приемлемым для изучения эволюции формирования плазменных потоков – процессов, длительность которых не превышает микросекундных интервалов. Второй недостаток заключается в отсутствии способности проводить щелевую съемку и все связанные с ней опыты, например измерение скорости плазменного потока. Рамановский монохроматор-спектрограф с двойной дисперсией. Название: S-Solar laser systems M-833. Вид компьютеризации: Встроенный микропроцессор. Возможность управления с персонального компьютера. Средства отображения информации: Индикаторная панель. Возможность передачи данных на ПК: Присутствует. Full-Speed USB интерфейс. Основные функции внешнего программного обеспечения: Управление работой спектрографа и его тонкая настройка. Обработка полученных спектральных данных. Форма поставки внешнего программного обеспечения: Поставка в комплекте с прибором. Интерфейс внешнего программного обеспечения: Язык – соответствие региональным настройкам. Система меню – неинформативна. Предупреждения и сообщения – предупреждение о потере соединения с прибором. Общая оценка – высокая сложность освоения. Требования внешнего программного обеспечения к техническому: Процессор требуемой производительности. Основные функции внешнего программного обеспечения: Статистическая обработка данных. Построение графиков. Расчет параметров спектра. Совместимость с другими программными средствами: Полученные таблицы данных могут быть импортированы для работы в такие программные пакеты, как Origin и Excel. Полученные графические иллюстрации могут быть обработаны любым программным пакетом для работы с изображениями. Монохроматор/Спектрограф фирмы S-Solar laser systems марки M-833 – высокотехнологичный светосильный прибор со сложением дисперсий, предназначенный для проведения исследовательской работы в областях флуоресцентной и эмиссионной спектроскопии, спектроскопии комбинированного рассеяния, многоканальной спектроскопии, решения аналитических проблем в спектральном диапазоне от ультрафиолетовых до инфракрасных длин волн. [8] Конструкция монохроматора/спектрографа марки M-833 подразумевает чрезвычайно низкий уровень рассеянного света и включает в себя входные и оптические порты в количестве двух штук каждого, три пары дифракционных решеток, установленных на автоматизированную турель и компактный длиннофокусный прибор с высокой светосилой. Присутствует совместимость с дополнительными аксессуарами для монохроматоров производства SolarLS, таких как оптические волокна, ПЗС матрица, объективы Кассегрена. [8] Аппарат является полностью автоматизированным. Управление при проведении эксперимента и настройка обеспечиваются с внешнего персонального компьютера, подключенного через USB интерфейс. Для этой цели в комплекте с прибором поставляется специализированное программное обеспечение SolarLS LAB. Функции данного программного пакета включают в себя смену решеток и фильтров выходных щелей, операции со спектроскопическими данными, а так же выбор входного и выходного порта, в соответствии с выбранным режимом работы. В возможности программного пакета SolarLS LAB входит обеспечение подключения к одному персональному компьютеру нескольких приборов и детекторов, а так же мгновенное переключение между ними, в зависимости от специфики поставленной задачи. Высокая степень автоматизации обеспечивает быструю настройку и получение результатов, что позволяет проводить серии измерений без необходимости корректировки параметров экспериментальной среды. Полученные графические иллюстрации спектров и таблицы данных могут быть сохранены на внешнем компьютере или преобразованы в один из форматов (CSV, BMP, PNG) для дальнейшей обработки в соответствующих программных пакетах. [8] Современная конструкция монохроматора-спектрографа марки M-833 позволяет вести качественную съемку данных, с удовлетворительным для нужд плазменно-физических исследований временным разрешением. При использовании ПЗС матрицы возможно проведение пространственной съемки. Одновременное получение данных об интенсивности по площади всего плазменного пучка позволяет наиболее полно исследовать элементный состав и плотность получаемой плазмы в различные временные интервалы существования потока. Полная автоматизация, возможность вести регистрацию данных в течение определенного временного периода и возможность пространственной регистрации - главные преимущества рамановского монохроматора-спектрографа с двойной дисперсией марки M-833. Основной недостаток, помимо отсутствия исходной возможности пространственной регистрации спектра, заключается в ширине волнового диапазона съемки. При использовании данного прибора возможна одновременная регистрация спектральных линий интенсивности, длины волн которых отличаются не более чем на 22 нанометра. Данное ограничение делает невозможным рассмотрение полного спектра потока, плазма которого содержит элементы с далеко отстоящими спектральными линиями интенсивности. Система автоматизированного проектирования SOLIDWORKS и приложение для моделирования потоков. Название: SOLIDWORKS. SOLIDWORKS Flow Simulation. Области применения: Автоматическое проектирование. Моделирование процессов. Назначение и основные возможности: Моделирование твердотельных конструкций. Построение чертежей твердотельных конструкций. Расчет основных физических параметров твердотельных конструкций. Моделирование поведения жидкости и газа. Анализ и систематизация величин моделируемого процесса. Исходные данные: Задание размеров и свойств материала моделируемой конструкции (вручную). Задание начальных условий моделируемого явления (вручную). Формы представления результатов: Изображение трехмерной модели с возможностью выбора вида в реальном времени. Изображение чертежного вида модели в различных ракурсах. Изображение эпюр и линий тока вещества в заданной конструкции. Графическое и диаграммное описание перемещения вещества. Специфические форматы данных: SLDASM (файл трехмерной модели; включает информацию всех задействованных приложений). SLDDRW (промежуточный чертежный файл). Интерфейс: Язык – соответствие региональным настройкам. Система меню – интуитивно понятная. Предупреждения и сообщения – пояснения неточностей и ошибок. Общая оценка – средняя сложность освоения. Требования к техническому обеспечению: Графическая плата требуемой производительности. Процессор требуемой производительности. SOLIDWORKS – специализированная система автоматизированного проектирования, предназначенная для моделирования твердотельных конструкций, расчета их основных физических параметров, моделирования электронных схем, автоматического построения чертежных видов. Приложение Flow Simulation предназначено для проведения компьютерного моделирования жидкостных и газовых процессов. Программный пакет SOLIDWORKS спроектирован и построен как высокоточная и многофункциональная система, которая позволяет пользователю в кратчайшие сроки провести моделирование разрабатываемого устройства, предполагаемого физического процесса и составление технической документации. Возможность работы непосредственно с трехмерными моделями позволяет рассмотреть проектируемую деталь/систему в заранее смоделированной сборке, включающей детали/системы, с которыми будет совершаться взаимодействие моделируемого элемента. Обширный функционал включает ручное задание точности размеров и физических свойств материалов, входящих в моделируемую деталь/систему – важные параметры, влияющие, к примеру, непосредственно на возможность образования электрического пробоя между электродами разрядного устройства. Присутствует возможность анализа завершенного проекта на интерференционные и геометрические ошибки. Присутствует возможность достаточно точного расчета основных физических параметров детали/системы, таких как масса, плотность, объем – важная исследовательская функция при отсутствии возможности корректного взвешивания готовой детали. Автоматическое построение чертежных эскизов выполняется с использованием трехмерных видов из окна моделирования. Помимо печати, готовые чертежи могут быть экспортированы в один из распространенных графических форматов для дальнейшей обработки или включения в документ. Симуляция потоков включает предварительный анализ модели на замкнутость, задание начальных условий и характеристик вещества, непосредственный расчет, как сетки самой детали, так и линий тока вещества. Результаты расчетов могут быть экспортированы как в графическом, так и в табличном виде, для дальнейшей обработки. Сообщение всех приложений в единой программной среде без потери производительности и ограничения функционала, непосредственно во время работы пользователя, обеспечивает автоматический пересчет не только конечных результатов, но и промежуточных характеристик. Изменение свойств модели или симуляции потоков фиксируется на любом этапе работы, что дает возможность корректировки начальных условий в любой момент времени. С помощью системы автоматизированного проектирования SOLIDWORKS, предстоящий физический эксперимент может быть смоделирован, просчитан и подвергнут критической оценке непосредственно перед началом практических работ по его реализации. Совмещение возможности моделирования основных параметров интересующего физического процесса, возможности корректировки его условий по требованию пользователя, современное программное обеспечение и широкая функциональность - главные преимущества системы автоматизированного проектирования SOLIDWORKS в сфере плазменно-физических исследований над аналогичными программными комплексами. К недостаткам данного программного копмлекса, помимо значительных требований к вычислительной и графической мощности персонального компьютера, относится отсутствие возможности ознакомления непосредственно с методами производимых расчетов. Данное ограничение не позволяет проводить ручную проверку результатов расчетов и поиск предполагаемой программной ошибки, при необъяснимом несоответствии результатов моделирования ожиданиям пользователя. Стереоскопический панкратический микроскоп. Название: Altami CM0745. Altami CM0745-T. Основные функции внешнего программного обеспечения: Измерения и обработка изображений в реальном времени. Многочисленные растровые операции. Быстрое создание отчета или создание отчета с помощью редактора. Совместимость с другими программными средствами: Графические данные могут быть преобразованы в один из форматов, пригодных для дальнейшей обработки. Отчет может быть доработан в соответствующих редакторах. Вид компьютеризации: Возможность управления с персонального компьютера. Возможность передачи данных на ПК: Присутствует. Full-Speed USB интерфейс. Основные функции внешнего программного обеспечения: Управление работой микроскопа и его тонкая настройка. Обработка полученных изображений или их последовательности. Широкие возможности поиска объектов, измерения и разметки. Составление отчетов о результатах эксперимента. Форма поставки специализированного программного обеспечения: Поставка в комплекте с прибором. Интерфейс внешнего программного обеспечения: Язык – соответствие региональным настройкам. Система меню – достаточно неинформативна. Предупреждения и сообщения – предупреждение о потере соединения с прибором. Общая оценка – средняя сложность освоения. Требования внешнего программного обеспечения к техническому: Процессор требуемой производительности. Стереоскопический микроскоп Altami CM0745 (-T) – высокотехнологичный исследовательский прибор, предназначенный для наблюдения объемных, тонких, пленочных и прозрачных объектов, а также выполнения высокоточных работ, таких как изучение микроскопических дефектов обработанных образцов, выполнение различных операций в полупроводниковой промышленности. Стереоскопическая конструкция позволяет получать прямое и объемное изображение объектов интереса как при искусственном, так и при естественном освещении, в отраженном и проходящем свете. [5] Сообщение прибора с персональным компьютером осуществляется через USB соединение с прилагающейся камерой, которая передает увеличенное изображение для обработки в реальном времени. Маркировка (-T) означает отдельное положение камеры, тогда как рассматриваемый микроскоп содержит камеру в окуляре. Плавная регулировка увеличения без потери качества происходит в диапазоне от 7 до 270 крат. Для работы с регистрируемой камерой информацией в комплекте с прибором поставляется специализированное кроссплатформенное программное обеспечение Altami Studio, предназначенное для управления устройствами регистрации изображений, ручного и автоматического измерения различных характеристик исследуемых объектов, а также для обработки и анализа зарегистрированных изображений в режиме реального времени. Функционал внешнего программного обеспечения включает управление настройками прилагающейся камеры и работу с потоком изображений с большого количества поддерживаемых устройств захвата. В число растровых операций входят возможности редактирования и обсчета, как одиночного изображения, так и последовательности таковых. Исследовательские возможности программного обеспечения позволяют выполнять автоматический поиск интересующих объектов, их подсчет, классификацию и последующую разметку на исследуемом изображении. Поиск и разметка 1000 объектов протекает в пределах секундного интервала. Высокая производительность позволяет получить предварительные результаты уже во время настройки прибора. Присутствует возможность выделения объектов интереса, измерением расстояния и площадей с требуемой точностью. Для оптимизации работы предусмотрено отслеживание положения курсора в конкретных координатах или пикселях. Исследуемые изображения и результаты измерений могут быть сохранены на внешнем компьютере и преобразованы в один из графических форматов (BMP, PNG, JPG, TIFF) для дальнейшей обработки в соответствующих программных пакетах. Предусмотрен промежуточный формат для сохранения рабочих сессий (adfx). [5] Рассмотренное программно-управляемое устройство не применяется для наблюдения непосредственно за эволюцией плазменных потоков, но активно используется для анализа воздействия данных потоков на образцы различных материалов. Детальный анализ рельефа поверхности, подвергшейся плазменной обработке, предоставляет не только материаловедческий интерес – научная область, тесно связанная с плазменно-физическими исследованиями. Изучение определенных свойств дефектов предоставляет информацию о свойствах самого плазменного потока, таких как направление его распространения, плотность и тип плазмообразующего вещества и его различных примесей, интенсивность потока, эволюция состояния плазмообразующего вещества. Возможность получения объемной картины интересующих элементов, плавного увеличения без потери качества, сообщение с персональным компьютером при помощи встраиваемой камеры – основные достоинства стереоскопического панкратического микроскопа Altami. Главным недостатком прибора является сравнительно малая степень приближения и отсутствие автоматизированной или механической системы регулировки положения образца. Вывод: В ходе выполнения аналитической части выпускной работы были рассмотрены технические и программные средства, которые позволяют проводить экспериментальные работы с высокоскоростными процессами, характерными большим количеством флуктуаций в сроки, позволяющие удерживать требуемые значения параметров экспериментальной среды. Перечисленные технические и программные средства успешно применяются по отдельности и в совокупности как при проведении плазменно-физических исследований, так и при анализе различных результатов плазменного воздействия. Высокий уровень автоматизации и обширный функционал позволяют достигать высокой точности получаемых экспериментальных данных, а также проводить их анализ эффективно и в сжатые сроки. |