Применение метода вариации Аллана при исследовании физико-химических процессов на поверхности твердого тела

Аннотация

Метод вариации Аллана эффективно используется для исследования стабильности генераторов частоты, шумовых характеристик динамических процессов различной физической природы, представленных в виде временных рядов. В то же время методы нелинейной динамики, в частности фрактальный анализ, применяют как при обработке временных рядов, так и для исследования нерегулярностей профилей или поверхностей. По аналогии с этим проведена оценка возможности использования метода вариации Аллана для анализа изменений поверхности твердого тела в ходе химической и тепловой обработки. Применение вариации Аллана позволяет количественно оценить составляющие шероховатости, соответствующие поверхностным дефектам определенного размера. Исследованы изменения поверхности шлифованных и полированных пластин из кварцевого стекла, а также оплавленных прутков при химическом растворении поверхностного слоя. Представленные графики и вычисленные вариации Аллана для профилей различных поверхностей наглядно показывают, что изменение стандартного отклонения рельефа поверхности при химическом травлении кварцевых пластин и прутков связано с размером поверхностных дефектов. Полученные результаты исследования поверхности хорошо согласуются с оценками, выполненными методом фрактального анализа. Применение метода вариации Аллана позволяет оптимизировать режим как механической, так и химической обработки поверхности различных деталей при их изготовлении

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Лунин Б.С., Басараб М.А., Коннова Н.С. и др. Применение метода вариации Аллана при исследовании физико-химических процессов на поверхности твердого тела. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 3 (108), с. 20--36. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-3-20-36

Литература

[1] Patrikar R.M. Modeling and simulation of surface roughness. Appl. Surf. Sci., 2004, vol. 228, iss. 1-4, pp. 213--220. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.01.010

[2] Айман О. Динамика формирования поверхностной шероховатости при обработке свободным абразивом. Дис. ... канд. техн. наук. СПб., Университет ИТМО, 2005.

[3] Miller P.E., Suratwala T.I., Wong L.L., et al. The distribution of subsurface damage in fused silica. Proc. SPIE, 2005, vol. 5991, art. 599101-1. DOI: https://doi.org/10.1117/12.638821

[4] Pfeifer P. Fractal dimension as working tool for surface-roughness problems. Appl. Surf. Sci., 1984, vol. 18, iss. 1-2, pp. 146--164 DOI: https://doi.org/10.1016/0378-5963(84)90042-4

[5] Jahn R., Truckenbrodt H. A simple fractal analysis method of the surface roughness. J. Mater. Process. Technol., 2004, vol. 145, iss. 1, pp. 40--45. DOI: https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00860-4

[6] Лунин Б.С. Формирование кристаллической фазы при механохимической обработке поверхности кварцевого стекла. Неорганические материалы, 2021, т. 57, № 3, с. 313--319. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X2103009X

[7] IEEE 1554-2005. IEEE recommended practice for inertial sensor test equipment, instrumentation, data acquisition and analysis. IEEE, 2005.

[8] Allan D.W. Statistics of atomic frequency standards. Proc. IEEE, 1966, vol. 54, iss. 2, pp. 222--230. DOI: https://doi.org/10.1109/PROC.1966.4634

[9] Allan D.W. Historicity, strengths, and weaknesses of Allan variances and their general applications. Gyroscopy Navig., 2016, vol. 7, no. 1, pp. 1--17. DOI: https://doi.org/10.1134/S2075108716010028

[10] Rutman J. Characterization of phase and frequency instabilities in precision frequency sources: fifteen years of progress. Proc. IEEE, 1978, vol. 66, iss. 9, pp. 1048--1075. DOI: https://doi.org/10.1109/PROC.1978.11080

[11] Riley W. Handbook of frequency stability analysis. NIST, 2008.

[12] Makdissi A., Vernotte F., De Clerq E. Stability variances: a filter approach. Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 2010, vol. 57, iss. 5, pp. 1011--1028. DOI: https://doi.org/10.1109/TUFFC.2010.1513

[13] Basarab M.A. The new wavelet-like Allan variance based on the atomic function. PIERS, 2021, pp. 2870--2877. DOI: https://doi.org/10.1109/PIERS53385.2021.9694896

[14] Bregni S., Primerano L. The modified Allan variance as time-domain analysis tool for estimating the Hurst parameter of long-range dependent traffic. Proc. IEEE GLOBECOM, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2004.1378215

[15] Basarab M.A., Basarab D.A., Konnova N.S., et al. Analysis of chaotic and noise processes in a fluctuating blood flow using the Allan variance technique. Clin. Hemorheol. Microcirc., 2016, vol. 64, no. 4, pp. 921--930. DOI: https://doi.org/10.3233/ch-168011

[16] ALAMATH. Allan variance software: веб-сайт. URL: http://www.alavar.org (дата обращения: 15.12.2022).