Разработка магистрантки кафедры “Информационно-измерительная техника и метрология» Пензенского государственного университета Ангелины Журиной сделает функциональную электронику компактнее. Устройства станут малогабаритнее и практичнее.

Ангелина Журина с отличием окончила бакалавриат ПГУ по направления подготовки «Физика», в настоящий момент она получает углубленные знания по направлению подготовки «Управление качеством» на кафедре “Информационно-измерительная техника и метрология» в магистратуре. И уже более года занимается разработкой программно-аппаратного комплекса для измерений электрических параметров активных диэлектриков и изделий на их основе.

Активные диэлектрики, в класс которых входят пьезоэлектрики и сегнетоэлектрики, широко применяются в бытовой электронике. В любых схемах, положенных в основу электрических приборов, есть активные диэлектрики. К примеру, работа настольных электрических часов, электронных будильников не была бы возможна без пьезоэлектриков. При деформации пьезоэлектрик сжимается и разжимается, за счет этого возникает ток, это явление называется пьезоэффектом. Из-за деформации в пьезоэлектриках возникает звук, который делает устройства уникальными и полезными при создании тех самых часов и будильников. Пьезоэлектрики также применяются как стабилизаторы частоты в радиотехнических устройствах. Сегнетоэлектрики — важная составная функциональной электроники, в частности радиотехнических приборов.

Программно-аппаратный комплекс, разработанный в стенах ПГУ, способен максимально точно измерять электрические показатели, электрофизические параметры определенного материала (активных диэлектриков). Такой шаг позволит уменьшить габариты электрических приборов, они станут еще компактнее и практичнее, так как диэлектрические схемы — составная часть электроприборов, станут меньше в размерах.

«На данный момент электротехника, можно сказать, с каждым днем совершенствуется. Все электронные схемы идут на уменьшение, в том числе уменьшаются размеры активных диэлектриков. Для этого требуется изучить их электрофизические параметры посредством применения нужных методик и средств измерения. Наш программно-аппаратный комплекс позволит эффективно измерить, исключить методические погрешности», — отметила Ангелина Журина.

Над проектом трудится целая команда исследователей: Екатерина Печерская — научный консультант, Юрий Вареник — ведущий инженер, консультант-схемотехник, Олег Карпанин — консультант по разработке аппаратной части, Алексей Метальников — консультант по разработке программного обеспечения.

Проект направлен на создание отечественной версии программно-аппаратного комплекса с улучшенными характеристиками, который будет доступен для оснащения лабораторий, центров изготовления элементов функциональной электроники и так далее. Это позволит повысить технико-экономическую эффективность измерений параметров материалов не менее, чем в два раза.

Программно-аппаратный комплекс состоит из измерительного блока, электронно-вычислительной машины (ЭВМ), интеллектуального приложения. Интеллектуальное приложение обрабатывает информацию, поступающую с выхода каналов измерительного блока (многоцелевой банк знаний). Программное наполнение осуществляет моделирование электрических параметров, обработку экспериментальных данных, оценивание погрешностей результатов измерений. Благодаря интеллектуальному приложению, комплекс сможет осуществлять принятие решений по выбору методик измерений на этапе планирования эксперимента, обработку результатов измерений, в том числе оценивание методических и инструментальных составляющих их погрешностей.

Программно-аппаратный комплекс может использоваться при управляемом синтезе материалов с заданными свойствами для измерения электрических параметров активных диэлектриков, а также в технологических процессах изготовления элементов функциональной электроники на их основе.

Проект уже поддержало инновационное предприятие ООО «Комстенд», заявив, что считают его перспективным. Предприятие будет финансировать проект и консультировать создателей по вопросам производства комплекса. Основными потребителями продукта станут научно-исследовательские центры, производственные центры, научно-исследовательские институты, производственные предприятия, университеты и другие.

С этим проектом Ангелина Журина стала победителем осеннего полуфинального отбора конкурса научных проектов «УМНИК» (ПГУ, 2021), в конкурсе «Ректорские гранты» для обучающихся ПГУ в 2022 году, также участвовала в симпозиуме «Надежность и качество — 2022» с докладами «Анализ методов определения пьезомодуля» и «Анализ модернизированных схем Сойера-Тауэра», во всероссийской онлайн-выставке Startup Tour/2022, в конкурсе «Прогресс».

«Совсем недавно прислали письмо из Оргкомитета конференции SPbOPEN2022. Мой тезис "Исследование поляризации пьезокерамических материалов" приняли к участию, теперь я занимаюсь написанием расширенной статьи в журнал "Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки" (Журнал входит в базу цитирования РИНЦ, а также базы Web of Science и Scopus (ST PETERSBURG POLYTECHNIC UNIVERSITY JOURNAL-PHYSICS AND MATHEMATICS). Еще отправила проект на конкурс "Студенческий стартап", теперь жду результатов», — поделилась Ангелина Журина.

На данный момент проект находится на стадии разработки измерительных каналов и на этапе разработки алгоритмов, на подходе и программная реализация в системе всех методик измерений по ГОСТ Р 8.936-2017. Далее будет следовать сборка макета программно-аппаратного комплекса для исследования электрических параметров активных диэлектриков, и его тестирование.

Разработка программно-аппаратного комплекса для измерений электрических параметров активных диэлектриков и изделий на их основе позволит уменьшить размеры электросхем, глубже изучить физические параметры активных диэлектриков, что позволит расширить область их применения.

Материал на сайте ПГУ: https://www.pnzgu.ru/news/2022/05/6/14570546