priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-1-69-76pribor-455Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF MATERIALS, PRODUCTS, SUBSTANCES AND THE NATURAL ENVIRONMENTПовышение точности и быстродействия неразрушающего контроля коэффициента диффузии в тонких изделиях из анизотропных пористых материаловImproving the accuracy and speed of non-destructive testing of the diffusion coefficient in thin products made of anisotropic porous materialsБеляевВ. П.BelyaevV. P.

Вадим Павлович Беляев — канд. техн. наук; Управление фундаментальных и прикладных исследований; ст. научный сотрудник

Тамбов

Vadim P. Belyaev — PhD; Department of Fundamental and Applied Research; Senior Scientist

Tambov

belvp8@rambler.ruБеляевМ. П.BelyaevM. P.

Максим Павлович Беляев канд. техн. наук, доцент; Управление подготовки и аттестации кадров высшей квалификации

Тамбов

Maksim P. Belyaev — PhD, Associate Professor; Department of Training and Certification of Highly Qualified Personnel; Senior Scientist

Tambov

belyaev_mp@mail.ruПавлиновВ. В.PavlinovV. V.

Владимир Викторович Павлинов — аспирант; кафедра материалов и технологии

Тамбов

Vladimir V. Pavlinov — Post-Graduate Student; Department of Materials and Technologies

Tambov

pavlinov_vladimir@mail.ruМищенкоС. В.MishchenkoS. V.

Сергей Владимирович Мищенко —д-р техн. наук, профессор; советник ректората

Тамбов

Sergey V. Mishchenko — Dr. Sci., Professor; Advisor to the Rector's Office

Tambov

msv@tstu.ruБеляевП. С.BelyaevP. S.

Павел Серафимович Беляев —д-р техн. наук, профессор; кафедра материалов и технологии; профессор

Тамбов

Pavel S. Belyaev — Dr. Sci., Professor; Department of Materials and Technologies; Professor

Tambov

bps800@yandex.ruТамбовский государственный технический университетTambov State Technical University2026140220266916976Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/455

Представлен метод неразрушающего контроля (НК) коэффициента диффузии в тонких изделиях из анизотропных пористых материалов, обеспечивающий возможность получения требуемых результатов при отсутствии реальной статической характеристики применяемого преобразователя диффузанта в твердой фазе. Анализируются условия эффективного применения метода в плане возможности использования различных участков кривой отклика на импульсное воздействие дозой диффузанта. Цель исследований — оптимизация метода по точности и быстродействию. Для решения задачи использованы методы математической метрологии и теории погрешностей. Проанализировано влияние на точность и быстродействие метода НК соотношений максимумов вы ходной характеристики преобразователя концентрации Emax, наблюдаемых в экспериментах, и значений выходной характеристики Ecal, при которых фиксируются входящие в расчетные соотношения моменты времени. Доказано закономерное снижение погрешностей фиксирования моментов времени, входящих в расчетные соотношения, и снижение производительности метода НК при увеличении разности (Emax – Ecal). Решена задача многопараметриче ской оптимизации по Парето при наличии двух несводимых друг к другу критериев: минимальной погрешности и минимальной длительности процесса измерения коэффициента диффузии. Представлены результаты эффективности метода НК для определения коэффициента диффузии с учетом найденных оптимальных значений параметров по сравнению с исходными данными.

Method of the diffusion coefficient non-destructive testing in thin products made of anisotropic porous materials is the subject of this work. The method makes it possible to obtain the required results in the absence of the applied diffusant converter real static characteristic in the solid phase. The effective flexibility application conditions in terms of the possibility for using different sections of the response curve to pulse diffusant dose exposure is analyzed. The aim of the research is to optimize the method in terms of accuracy and speed. Methods of mathematical metrology and error theory were used to solve this problem. The influence on the accuracy and speed of the non-destructive testing method of the ratios of the maxima of the output characteristic of the Emax concentration converter observed in experiments and the values of the output characteristic Ecal, at which the time points included in the calculated ratios are fixed, is analyzed. A natural decrease in the errors in fixing the time points included in the calculated ratios and a decrease in the performance of the non-destructive testing method with an increase in the difference (Emax – Ecal) are proved. The problem of multiparametric Pareto optimization has been solved in the presence of two irreducible criteria: minimum error and minimum duration of the diffusion coefficient measurement process. The results of the efficiency of the nondestructive testing method for determining the diffusion coefficient are presented, taking into account the optimal values of the parameters found in comparison with the initial data.

неразрушающий контролькоэффициент диффузиипористый материалтонкое изделиеанизотропияматематическая физиказадача оптимизацииметоды математической метрологиитеория погрешностейnon-destructive testingdiffusion coefficientporous materialthin productanisotropymathematical physicsoptimization problemmethods of mathematical metrologytheory of errorsReferencesРудобашта С. П. Массообмен в процессах сушки, адсорбции, экстрагирования, диффузионной проницаемости: Монография. М.: Колос-с, 2024. 573 с.Rudobashta S.P. Massoobmen v protsessakh sushki, adsorbtsii, ekstragirovaniya, diffuzionnoy pronitsayemosti (Mass Transfer in Drying, Adsorption, Extraction, and Diffusion Permeability Processes), Moscow, 2024, 573 р. (in Russ.)Беляев В. П., Беляев М. П., Мищенко С.В ., Беляев П. С. Неразрушающий контроль коэффициента диффузии в тонколистовых и массивных изделиях из пористых материалов: Монография. Тамбов: Изд. центр ТГТУ, 2020. 160 с.Belyaev V.P., Belyaev M.P., Mishchenko S.V., Belyaev P.S. Nerazrushayushchiy kontrol' koeffitsiyenta diffuzii v tonkolistovykh i massivnykh izdeliyakh iz poristykh materialov (Non-destructive Testing of the Diffusion Coefficient in Thin-sheet and Massive Products Made of Porous Materials), Tambov, 2020, 160 р. (in Russ.)Мочалин С. Н., Исаева И. Н., Пономарев С. В. Выбор оптимальных условий измерения характеристик влагопереноса в тонколистовых капиллярно-пористых материалах методом „мгновенного“ источника влаги // Вестн. ТГТУ. 2010. Т. 16, № 3. С. 533–545.Mochalin S.N., Isaeva I.N., Ponomarev S.V. Transactions of TSTU, 2010, no. 3(16), pp. 533–545. (in Russ.)Дивин А. Г., Пономарев С. В., Мищенко С. В. и др. Применение лазерной сканирующей термографии и регрессионного анализа для определения характеристик дефектов полимерных композиционных материалов // Дефектоскопия. 2024. № 1. С. 40–48. DOI: 10.31857/S0130308225010065.Divin A.G., Ponomarev S.V., Mishchenko S.V., Zakharov Yu.A., Karpova N.A., Samodurov A.A., Golovin D.Yu., Tyurin A.I. Defektoskopiya, 2024, no. 1, pp. 40–48, DOI: 10.31857/S0130308225010065. (in Russ.)Селиванова З. М., Скоморохов К. В. Алгоритм формирования баз знаний в интеллектуальных измерительных системах теплофизических свойств объектов // Вестн. ТГТУ. 2024. Т. 30, № 3. С. 388–398. DOI: 10.17277/vestnik.2024.03.pp.388-398.Selivanova Z.M., Skomorokhov K.V. Transactions of TSTU, 2024, no. 3(30), pp. 388–398, DOI: 10.17277/vestnik.2024.03.pp.388-398. (in Russ.)Головин Д. Ю., Дивин А. Г., Самодуров А. А. и др. Новый экспресс-способ определения коэффициента температуропроводности материалов и готовых изделий // Инженерно-физический журн. 2020. Т. 93, № 1. С. 240–247.Golovin D.Y., Samodurov A.A., Tyurin A.I., Golovin Y.I., Divin A.G. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2020, no. 1(93), pp. 234–240.Hallaji M., Seppänen A., Pour-Ghaz M. Electrical resistance tomography to monitor unsaturated moisture flow in cementitious materials // Cement and Concrete Research. 2015. Vol. 69. P. 10–18. DOI: 10.1016/j.cemconres.2014.11.007.Hallaji M., Seppänen A., Pour-Ghaz M. Cement and Concrete Research, 2015, vol. 69, pp. 10–18, https://doi. org/10.1016/j.cemconres.2014.11.007.Олиферович Н. М., Гринюк Д. А., Оробей И. О., Сухорукова И. Г. Динамика радиальной пропитки материала дисперсной средой // Инженерно-физический журн. 2019. Т. 92, № 4. С. 1065–1073.Oliferovich N.M., Grinyuk D.A., Orobei I.O., Sukhorukova I.G. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, no. 4(92), pp. 1031–1040.Мищенко С. В., Беляев П. С., Фролов А. П. Определение локальных значений содержания жидкой фазы в дисперсных материалах // Метрология. 1988. № 8. С. 55–61.Mishchenko S.V., Belyaev P.S., Frolov A.P. Metrology, 1988, no. 8, pp. 55–61. (in Russ.)Nizovtsev M. I., Stankus S. V., Sterlyagov A. N. et al. Determination of moisture diffusivity in porous materials using gamma-method // Intern. J. Heat Mass Transfer. 2008. Vol. 51, N 17. P. 4161–4167. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.01.013.Nizovtsev M.I., Stankus S.V., Sterlyagov A.N. et al. Intern. J. Heat Mass Transfer., 2008, no. 17(51), pp. 4161–4167, DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.01.013.Koptyug I. V., Sagdeev R. Z. Applications of NMR tomography to mass transfer studies // Russian Chemical Rev. 2002. Vol. 71, N 10. P. 789–835. DOI:10.1070/RC2002v071n10ABEH000743.Koptyug I.V., Sagdeev R.Z. Russian Chemical Reviews, 2002, no. 10(71), pp. 789–835, DOI https://doi.org/10.1070/RC2002v071n10ABEH000743.Zhang M., He Y., Ye G. et al. Computational investigation on mass diffusivity in Portland cement paste based on X-ray computed microtomography (μCT) image // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 27, N 1. P. 472–481. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.07.017.Zhang M., He Y., Ye G. et al. Construction and Building Materials, 2012, no. 1(27), pp. 472–481, DOI:10.1016/j. conbuildmat.2011.07.017.Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Определение коэффициента диффузии при неразрушающем контроле тонких изделий из анизотропных пористых материалов // Измерительная техника. 2017. № 4. С. 60–64.Belyaev V.P., Mishchenko S.V., Belyaev P.S. Measurement Techniques, 2017, no. 4(60), pp. 392–398.Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Оперативный контроль коэффициента диффузии в тонких анизотропных пористых материалах // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45, № 1. C. 31–33. DOI: 10.21883/PJTF.2019.01.47153.17513.Belyaev V.P., Mishchenko S.V., Belyaev P.S. Technical Physics Letters, 2019, no. 1(45), pp. 31–33, DOI: 10.21883/PJTF.2019.01.47153.17513. (in Russ.)Беляев В. П., Беляев М. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Сравнение метрологических характеристик методов неразрушающего контроля коэффициента диффузии в тонких пористых материалах // Измерительная техника. 2022. № 5. С. 69–75. DOI: 10.32446/0368-1025it.2022-5-69-75.Belyaev V.P., Belyaev M.P., Mishchenko S.V., Belyaev P.S. Measurement Techniques, 2022, no. 5(65), pp. 382–389.Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Реализация неразрушающего контроля массивных изделий при измерении коэффициента диффузии растворителей // Инженерно-физический журн. 2017. Т. 90, № 3. С. 733–741.Belyaev V.P., Mishchenko S.V., Belyaev P.S. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2017, no. 3(90), pp. 697–704.Пономарев С. В., Мищенко С. В., Дивин А. Г. и др. Теоретические и практические основы теплофизических измерений / Под ред. С. В. Пономарева. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 408 с.Ponomarev S.V., Mishchenko S.V., Divin A.G. et al. Teoreticheskiye i prakticheskiye osnovy teplofizicheskikh izmereniy (Theoretical and Practical Foundations of Thermophysical Measurements), Moscow, 2008, 408 р. (in Russ.)Шашков А. Г., Волохов Г. М., Абраменко Т. Н., Козлов В. П. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. М.: Энергия, 1973. 336 с.Shashkov A.G., Volokhov G.M., Abramenko T.N., Kozlov V.P. Metody opredeleniya teploprovodnosti i temperaturoprovodnosti (Methods for Determining Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity), Moscow, 1973, 336 р. (in Russ.)Пономарев С. В., Буланова В. О. Методические рекомендации по получению целевой функции и решению задач оптимизации методов и устройств для измерения теплофизических свойств веществ // Инженерно физический журн. 2022. Т. 95, № 5. С. 1343–1356.Ponomarev S.V., Bulanova V.O. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2022, no. 5(95), pp. 1322–1334.Ehrgott M. Multicriteria optimization // Springer Science & Business Media, 2005. Vol. 491.Ehrgott M. Multicriteria optimization, Springer Science & Business Media, 2005, vol. 491.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.