献辞（中間敬文教授古希記念特集）

© Published under licence by IOP Publishing Ltd. This paper describes the analysis and modelling of word usage frequency time series. During one of previous studies, an assumption was put forward that all word usage frequencies have uniform dynamics approaching the shape of a Gaussian function. This assumption can be checked using the frequency dictionaries of the Google Books Ngram database. This database includes 5.2 million books published between 1500 and 2008. The corpus contains over 500 billion words in American English, British English, French, German, Spanish, Russian, Hebrew, and Chinese. We clustered time series of word usage frequencies using a Kohonen neural network. The similarity between input vectors was estimated using several algorithms. As a result of the neural network training procedure, more than ten different forms of time series were found. They describe the dynamics of word usage frequencies from birth to death of individual words. Different groups of word forms were found to have different dynamics of word usage frequency variations

Principal ideal languages and synchronizing automata

We study ideal languages generated by a single word. We provide an algorithm to construct a strongly connected synchronizing automaton for which such a language serves as the language of synchronizing words. Also we present a compact formula to calculate the syntactic complexity of this language.Comment: 15 pages, 9 figure

Cluster analysis of word frequency dynamics

© Published under licence by IOP Publishing Ltd. This paper describes the analysis and modelling of word usage frequency time series. During one of previous studies, an assumption was put forward that all word usage frequencies have uniform dynamics approaching the shape of a Gaussian function. This assumption can be checked using the frequency dictionaries of the Google Books Ngram database. This database includes 5.2 million books published between 1500 and 2008. The corpus contains over 500 billion words in American English, British English, French, German, Spanish, Russian, Hebrew, and Chinese. We clustered time series of word usage frequencies using a Kohonen neural network. The similarity between input vectors was estimated using several algorithms. As a result of the neural network training procedure, more than ten different forms of time series were found. They describe the dynamics of word usage frequencies from birth to death of individual words. Different groups of word forms were found to have different dynamics of word usage frequency variations

Phagocytosis and oxidative activity of neutrophils after interaction with uropathogenic <i>Escherichia coli</i> biofilms

Recurrent urinary tract infections (UTIs) are associated primarily with the ability of Escherichia coli to form biofilms. The interaction of neutrophils, factors of innate immunity, with microorganisms in biofilms is difficult compared to planktonic forms due to the lack of direct contact, as well as due to the antiphagocytic action of the extracellular matrix of biofilms. The purpose of this study was evaluation of neutrophils phagocytic and oxidative activity during interaction with biofilms of uropathogenic E. coli (UPEC) DL82 and R44. Peripheral blood neutrophils from healthy men were isolated using ficoll-urographin double gradient, incubated for 1 h with bacterial cells from biofilms or their supernatants, then leukocytes functional activity was evaluated. Phagocytic activity of neutrophils was determined by the degree of bioluminescence inhibition of bioluminescent strain E. coli K12 TG1 lux+ (pXen) upon their absorption by neutrophils. Production of extracellular reactive oxygen species (ROS) was analyzed by the intensity of luminol-dependent chemiluminescence in spontaneous and stimulated by E. coli K12 variants. Significance of differences was determined using Student’s t-test at p &lt; 0.05. It was found that neutrophils interaction with UPEC biofilm cells or supernatants did not affect the phagocytic activity. E. coli DL82 supernatants reduce neutrophils spontaneous ROS production compared to control and biofilm cells. E. coli R44 supernatants with a low virulence potential did not affect ROS production, while biofilm cells stimulated it. When assessing stimulated ROS production, exposure to R44 strain supernatants did not cause a decrease in neutrophils activation in response to an external stimulus (E. coli K12 cells). Preliminary contact of neutrophils with E. coli R44 bacteria resulted in a high and prolonged level of ROS production compared to the control. Neutrophils interaction with DL82 cells resulted in a higher level of ROS compared to supernatants, however a subsequent rapid depletion of neutrophils oxidative potential was observed. Thus, cells and supernatants of UPEC biofilms can determine the activation of neutrophils

Recurrent Symbiotic Nova T Coronae Borealis Before Outburst

The results of photometric and spectral observations of T CrB obtained in a wide range of wavelengths in 2011-2023 are presented. We use the near-IR light curves to determine a new ephemeris $JD_{min} = 2455828.9 + 227.55 \cdot E$ for the times of light minima when the red giant is located between the observer and the hot component. The flux ratio H$\alpha$/H$\beta$ varied from ~3 to ~8 in 2020-2023, which may be due to a change in the flux ratio between the X-ray and optical ranges. It is shown that the value of H$\alpha$/H$\beta$ depends on the rate of accretion onto the hot component of the system. Based on high-speed follow-up observations obtained on June 8, 2023, we detected a variability of the HeII $\lambda 4686$ line with a characteristic time-scale of ~25 min, the amplitude of variability in the $B$ band was ~0.07$^m$. Simulations of the near-IR light curves accounting for the ellipsoidal effect allowed us to obtain the parameters of the binary system: the Roche lobe filling factor of the cool component $\mu=1.0$, the mass ratio $q=M_{cool}/M_{hot}=0.65\pm0.2$, the orbit inclination $i=56^\circ\pm4^\circ$. A comparison of the light curve obtained in 2005-2023 with the 1946 outburst template made it possible to predict the date of the upcoming outburst - January 2024.Comment: 15 pages, 3 tables, 8 figures, submitted to Astronomy Letter

Анализ ЭДС вращения магнитоэлектрического двигателя

The main element of gyroscopic equipment is gyro-motor. The precision characteristics of gyroscopic systems mostly depend on the stability of the kinetic moment of the gyro-motor rotor. The article analyzes the possibility of creating gyro based on the magneto-electric motor (MEM) with permanent magnets of high coercive force.The proposed MEM design with radially arranged cylindrical permanent magnets has the following features: the stator has no magnetic core, the inductor is formed of discretely spaced permanent magnets of cylindrical shape from magnetic materials with high energy density, the magnetic field in the working clearance is complicated in nature and determined by the shape of magnets and magnetic circuit from magnetic material, the flux of armature reaction practically has no effect on distribution of magnetic field in the clearance.Since a stator is made without magnetic circuit its space is filled with a spiral single layer phase windings. The radial arrangement of the permanent magnets allows ensuring the stability of the center of mass of the rotor, which improves the precision of gyroscopic devices based on this motor.One of the main research objectives of electromagnetic processes in electric motor is to analyze the EMF in the stator winding. The paper explores the EMF induced in the coil magnet motor with radially arranged cylindrical permanent magnets; the rotor is made without a magnetic core. This study takes into account the fact that the form of distribution of the magnetic system induction of the motor is almost independent on the ratio of the geometric dimensions of the magnets and their magnetic properties. It is determined by the value of the coefficient of pole overlapping and by width of the working clearance.The paper presents comparative results of theoretical calculations and practical investigations of MEM with radially arranged permanent magnets.В статье авторы анализируют возможность создания гиромотора на базе магнитоэлектрического двигателя с постоянными магнитами большой коэрцитивной силы. Авторами предложена конструкция магнитоэлектрического двигателя с радиально расположенными цилиндрическими постоянными магнитами, созданными на основе соединения редкоземельных элементов и кобальта. Такая конструкция электромагнитной системы позволяет выполнить статор без традиционного магнитопровода, заполнив его обмоткой из меди. Такая конструкция статора собирается из элементов без органических фракций, что особенно важно для гироскопов с газодинамическими опорами. Кроме того, радиальное расположение постоянных магнитов позволяет обеспечить стабильность центра масс ротора, что улучшает точностные характеристики гироскопических приборов, созданных на основе такого двигателя. Особое внимание в работе уделено анализу электромагнитных процессов, происходящих в электродвигателе, проведено исследование электродвижущей силы вращения, возникающей в обмотках при работе двигателя. В работе представлены сравнительные результаты теоретических расчетов и практических исследований магнитоэлектрического двигателя с постоянными магнитами радиального исполнения. DOI: 10.7463/rdopt.0615.081916

Аккумуляторные батареи носимых электронных устройств

The main requirements for power supply of portable electronic devices are as follows: small dimension and weight, high power, long operating time without connection to the industrial network, operational safety and environmental friendliness. If we take an objective assessment of the listed parameters of modern rechargeable batteries used in cell phones, tablet computers, laptops we can draw a disappointing conclusion that just accumulators are the bottleneck in the design of electronic devices.Dimensions of rechargeable batteries are comparable with the size of all the other components of the electronic device together, including the screen and the keyboard. The operating time of the electronic device in an autonomous mode, which the modern battery is capable to provide, is by several orders less than the possible operating time of the device itself. Even with observance of the operating rules, life of rechargeable battery is only a few years. Thus, the battery performance of cell phones, tablet computers, laptops is determined just by the battery characteristics rather than by the parameters of the "electronic stuffing" (components).At present, nickel-based (nickel-cadmium, nickel-metal hydride) and lithium-based (lithium-ion and lithium-polymer) batteries are used to feed portable electronic devices. For nickel batteries, the number of charge-discharge cycles is about one and a half thousand. In addition, owing to low internal resistance they can provide rather high discharge current. However, an inherent "memory" phenomenon of the nickel batteries reduces their capacity when the battery is incompletely discharged.Lithium batteries, which have about two-three times higher capacity than those of nickel, can withstand less than a thousand of charge-discharge cycles, after which their capacity is significantly reduced. In addition, lithium batteries are very sensitive to high temperatures, and in case this parameter is beyond the acceptable limits there can be a fire and even explosion of the battery. Therefore, lithium batteries are equipped with an electronic device to monitor the temperature and voltage at the electrodes, which leads to a significantly increasing size and cost of such power sources.Lithium batteries and nickel ones too have a critical discharge level, but unlike the latter, lithium batteries must not be completely discharged, otherwise they loose their ability to be charged.Thus, in order to increase the service life of the battery, it is necessary to choose the optimum mode of operation, which depends on the type of battery.Nowadays, developers of portable electronic devices devote much attention to the quest for new autonomous power sources, both chemical ones and those based on conversion of light and mechanical energies into electrical one. However, so far such devices are only add-ons to traditional chemical batteries and are not able to replace them completely.Основными требованиями, предъявляемых к источникам питания носимых электронных устройств можно отнести: малые габариты и вес, высокая мощность, длительное время работы без подключения к промышленной сети, эксплуатационная безопасность и экологичность. Если провести объективную оценку характеристик по перечисленным параметрам современных аккумуляторных батарей, используемых в сотовых телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, то можно сделать неутешительный вывод, что именно аккумуляторы являются самым проблемным звеном в конструкции электронных устройств.Габариты аккумуляторных батарей сравнимы с размерами всех вместе взятых остальных элементов электронного устройства, включая экран и клавиатуру. Время работы электронного устройства в автономном режиме, которое способен обеспечить современный аккумулятор на несколько порядков меньше, чем время возможной работы самого устройства. Срок службы аккумуляторной батареи даже при соблюдении правил эксплуатации – всего нескольких лет. Таким образом, эксплуатационные характеристики сотовых телефонов, планшетных компьютеров, ноутбуков определяются не параметрами «электронной начинки», а именно характеристиками аккумулятора.В настоящее время для питания носимых электронных устройств используются аккумуляторы, созданные на основе никеля (никель-кадмиевые, никель-металлгидридные) и лития (литий-ионные и литий-полимерные). Для никелевых аккумуляторов характерно количество циклов заряда-разряда порядка полутора тысяч. Кроме того, обладая низким внутренним сопротивлением, они могут обеспечивать довольно высокий разрядный ток. Однако никелевым аккумуляторным батареям присуще явление «памяти», которое заключается в снижении их емкости при неполном разряде батареи.Литиевые аккумуляторы, обладая емкостью, примерно в два-три раза выше, чем у никелевых, выдерживают число циклов заряда-разряда менее тысячи, после чего их емкость существенно снижается. Кроме того, литиевые аккумуляторы очени чувствительны к повышенным температурам, причем выход этого параметра за пределы допустимого может привести к возгоранию и даже взрыву батареи. Поэтому литиевые аккумуляторы снабжаются электронным устройством контроля за температурой и напряжением на электродах, что приводит к существенному увеличения габаритов и стоимости таких источников напряжения.Уровень разряда для литиевых батарей является критичным также как и для никелевых, но, в отличие от последних, литиевые батареи нельзя полностью разряжать, иначе они теряют свою способность к зарядке.Таким образом, для увеличения срока службы аккумуляторной батареи необходимо выбирать оптимальный режим ее эксплуатации, который зависит от типа аккумулятора.В настоящее время фирмы-разработчики носимых электронных устройств уделяют большое внимание поиску новых автономных источников питания, как химических, так и на основе преобразования в электрическую световой и механической энергий. Однако пока такие устройства являются лишь дополнением к традиционным химическим аккумуляторам и не могут их полностью заменить

Переходные процессы в электростатических системах

The phenomenon of electrification, i.e. the emerging static potential arises, when two substances with different work function of the charge carriers, i.e. with different atomic and molecular forces of charge attraction on the contact surface, come in contact. Upon contact of the two surfaces having stable electro-charged structure there is a redistribution of electrons and ions on the contact surfaces, with an electric double layer formed. This structure is typical for a capacitive component (plane capacitor).A surface static charge may occur as consequence of interaction between two bodies with different electrostatic characteristics and, as a result of exposing the body to the external energy (mechanical, thermal, radiation, etc.).A high static potential emerging on the body of aircrafts may lead to an emergency situation on board and human electric shock hazard. The discharge phenomena of the electrostatic system running in an explosive environment are highly dangerous. To study the electrification processes is necessary when designing the protection systems of engineering devices and creating the systems, which use static electricity as a source of electric power.The main parameters of electrostatic system are capacitance of the surface that acquires a charge, and also the threshold voltage values at which corona and spark breakdowns occur. The form of transients that occur in an electrostatic system with charge accumulation and discharge phenomena depends on these parameters.The transient response of the electrostatic system can be calculated using a capacitive model. In the interaction of the aircraft with the oncoming airflow there is the body electrification due to charging currents. When the threshold voltage on the aircraft body is exceeded the corona and spark discharges occur. The highest density of the electromagnetic field takes place on the surfaces with a minimum radius of curvature. Therefore, corona and spark discharges are observed on the aircraft body components where there are protrusions and sharp edges. In this case the amplitude of pulse discharge current has a very high value.The paper performs calculation of transients in the electrostatic system of the aircraft during the flight, analyzes the spectral content of impulse noise arising from discharge phenomena, draws conclusions that the higher-order harmonics of the noise spectrum overlap a range of the RF spectrum of the aircraft receiver-transmitter (hundreds of MHz). For high sensitivity receivers a signal/noise ratio is so great that the radio-equipment activity becomes unstable. High overload at the receiver input can lead to nonlinear distortions of the input signal in the range of modulation frequencies up to VHF range, thus leading to a failure in communication between the aircraft the ground services and a failure in non-autonomous navigation systems.To reduce the impact of noise from discharge phenomena of static electricity on the running electronic equipment of the aircraft, there are special arresters, the efficiency of which depends on their design and location.The technique the article proposes to calculate the transients emerging in an electrostatic system allows us to evaluate the spectral content of impulse noise occurring in the receiving and transmitting equipment of the aircraft and their amplitude and time-response characteristics thereby increasing the efficiency of noise protection.Явление электризации, т.е. появления статического потенциала, возникает при соприкосновении двух веществ с разной работой выхода носителей заряда, т.е. с различными атомными и молекулярными силами притяжения зарядов на поверхности соприкосновения. При контакте двух поверхностей, обладающих установившейся электрозарядной структурой, происходит перераспределение электронов и ионов на контактирующих поверхностях, при этом образуется двойной электрический слой. Такая структура характерна для емкостного элемента (плоского конденсатора).Поверхностный статический заряд может возникать как результат взаимодействия двух тел, обладающих различными электростатическими характеристиками и как результат воздействия на тело внешних энергий (механической, тепловой, излучения и т.д.).Появление высокого статического потенциала на корпусе транспортных средств может привести к аварийной ситуации на борту, к поражению человека электрическим током. Особенно опасными являются разрядные явления электростатической системы при работе во взрывоопасной среде. Изучение процессов электризации является необходимым элементом при конструировании систем защиты технических устройств от статического потенциала и при создании систем использования статического электричества в качестве источника электрической энергии.Основными параметрами электростатической системы является электрическая емкость поверхности, приобретающей заряд, а также пороговые значения напряжений, при которых возникает коронный и искровой пробои. От этих параметров зависит вид переходных процессов, возникающих в электростатической системе при накоплении заряда и разрядных явлениях.Переходные процессы в электростатической системе можно рассчитать используя емкостную модель. При взаимодействии корпуса летательного аппарата (ЛА) с набегающим воздушным потоком происходит электризация корпуса за счет зарядных токов. При превышении напряжения на корпусе летательного аппарата пороговой величины возникают коронный и искровой разряды. Наибольшая плотность электромагнитного поля имеет место на поверхностях с минимальным радиусом кривизны. Поэтому коронный и искровой разряды наблюдаются на элементах корпуса летательного аппарата, где имеются выступы и острые кромки. Амплитуда импульсов разрядного тока при этом имеет очень высокое значение.В представленной работе проведен расчет переходных процессов в электростатической системе летательного аппарата во время полета, проанализирован спектральный состав импульсных помех, возникающих из-за разрядных явлений, сделаны выводы о том, что высшие гармоники спектра помех перекрывают спектр радиочастот приемника-передатчика ЛА (сотни мегагерц). Для приемников с высокой чувствительностью отношение сигнал/шум оказывается настолько велико, что работа радиоаппаратуры становится неустойчивой. Большие перегрузки, возникающие на входе приемника, могут привести к нелинейным искажениям входного сигнала в диапазоне частот модуляции вплоть до УКВ диапазона, что приводит к срыву связи ЛА с наземными службами и сбою в работе неавтономных навигационных систем.Для снижения влияния помех от разрядных явлений статического электричества на работу радиоэлектронных средств ЛА в местах возникновения электрического поля максимальной плотности устанавливаются острийные разрядники, эффективность работы которых зависит от их конструкции и расположения.Предложенная в статье методика расчета переходных процессов, возникающих в электростатической системе, позволяет оценить спектральный состав импульсных помех, возникающих в приемо-передающей аппаратуре летательного аппарата, их амплитудные и временные характеристики, что позволяет повысить эффективность мер защиты от этих помех

Микропроцессорная система стабилизации угловой скорости вращения ротора двигателя постоянного тока

Modern automatic control systems often use the brushless DC motors (BL motors), as an Executive element. The main advantages of the BL motors are high-speed response, large starting torque, and linear regulating characteristics.However, the instability of the electromagnetic torque of the DC motor within one revolution significantly limits the application of such motors in high-precision control systems. In addition, changes in the torque on the motor shaft entails a change in the angular velocity of the rotor rotation, which is also a shortcoming in the BL motors.In the article, the authors propose a scheme for BL motors that has a microprocessor system to generate control pulses applied to the anchor winding of the motor. Using a microprocessor makes it possible to provide pulse width modulation of voltages applied to the anchor winding. This allows us to change the operating conditions of the engine, to compensate for the pulsation of the electromagnetic torque of the motor within one revolution, and to stabilize the speed of rotation when changing the torque on the shaft. The control circuit provides the ability to use the keyboard and display. This allows changing the operating conditions of engine, the rotation parameters, and the control system stiffness directly in the process of its operation and without reprogramming a processor.The article presents the schematic diagrams of the microprocessor control unit and power amplifier. Describes the operation principles of some types of angular position sensors of the rotor, and the algorithm to form the pulse-width modulated voltages applied to the anchor winding for stabilizing the angular velocity of the rotor rotation. The paper presents the testing results of the engine with the proposed angular velocity stabilization system.Одним из основных недостатков двигателей постоянного тока является наличие коллекторного узла. В статье авторы анализируют возможность создания бесколлекторного двигателя постоянного тока с микропроцессорной системой управления. В статье представлены блоксхема бесколлекторного двигателя, принципиальные схемы микропроцессорного блока управления и усилителя мощности, описаны принципы действия некоторых датчиков углового положения ротора. Авторами предложена система широтно-импульсной модуляции напряжения, подаваемого на якорные обмотки, с помощью которой можно осуществить стабилизацию угловой скорости вращения ротора при изменении момента сопротивления на валу двигателя. В статье представлены результаты испытания предложенной системы стабилизации угловой скорости вращения двигателя. DOI: 10.7463/rdopt.0116.083274

Расчет характеристик пьезоэлемента ультразвукового двигателя

The current trend in miniaturization of actuators for various electronic devices leads to requirement toughening for dimension and weight parameters of electricFurther reduction of the electromagnetic motor volume is no longer possible, therefore, electromechanical transducers, based on the piezoelectric effect come to the fore. Changing the piezoelectric element dimensions when exposed to an electric field (inverse piezoelectric effect) is due to failed symmetrical configuration of the electrical structure of microcrystals of piezo-ceramic material.To transform the changing piezoelectric element dimensions into translational or rotational movement of the movable piezo-motor part are used different designs, for example those using elastically deformed elements or shock-anchoring mechanisms. Using the electrode piezoelectric systems allows us to create "walking" type engines, and the piezo-engines in which through the multi-electrode piezo-elements is formed a traveling wave whose energy is converted into rotational motion of the rotor have found wide application in focusing systems of photo- and cine-cameras.Piezoelectric motors have a number of advantages that allow them to compete successfully with other types of electromechanical transducers. These advantages include a high efficiency, high torque retention when there is a lack of the supply voltage, the possibility to obtain low rates and micro-movements without using the mechanical gears, high volume power. However, a difficulty in calculation of the piezoelectric element in this class of motors significantly reduces their workability, resulting in a high percentage of sorting out the piezoelectric elements produced.To calculate the piezoelectric element characteristics such as resonance and anti-resonance frequency, piezoelectric element capacity, total impedance of piezoelectric element can be used an electric model of the electromechanical system.The paper has analyzed various construction diagrams of the piezo-engine, proposed a simple algorithm for calculating the frequency characteristics of the piezoelectric element and has given an example to calculate the plate from the piezo-ceramics of lead zirconate titanate.Современная тенденция миниатюризации исполнительных элементов для различных электронных устройств приводит к ужесточению требований к габаритно-весовым параметрам электродвигателей, вибрационных элементов и т.п.Дальнейшее уменьшение объема электромагнитных двигателей уже не представляется возможным, поэтому на первый план выходят электромеханические преобразователи, в основе которых лежит пьезоэффект. Изменение габаритов пьезоэлемента при воздействии на него электрического поля (обратный пьезоэффект) происходит из-за нарушения симметричной конфигурации электрической структуры микрокристаллов материала пьезокерамики.Для преобразования изменения габаритов пьезоэлементов в поступательное или вращательное движение подвижной части пьезодвигателя используют различные конструктивные схемы, например, с применением упругодеформированных элементов или ударно-анкерных механизмов. При использовании много электродных пьезоэлектрических систем можно создать двигатели «шагающего» типа, а в системах фокусировки фото и кинокамер широкое применение нашли пьезодвигатели, в которых с помощью многоэлектродных пьзоэлеменов формируется бегущая волна, энергия которой преобразуется в поворотное движение ротора.Пьезоэлектрические двигатели обладают рядом достоинств, которые позволяют им успешно конкурировать с электромеханическими преобразователями других видов. К таким достоинствам можно отнести высокий КПД, высокий момент удержания при отсутствии питающего напряжения, возможность получения низких скоростей и микроперемещений без применения механических редукторов, высокую удельную мощность. Однако сложность расчета пьезоэлемента в такого классах двигателях существенно снижает технологичность двигателей, приводит к большому проценту выбраковки пьезоэлементов после изготовления.Для расчета таких характеристик пьезоэлемента, как резонансная и антирезонансная частоты, собственная емкость пьезоэлемента, полное комплексное сопротивление пьезоэлемента можно использовать электрическую модель электромеханической системы.В работе авторами проводится анализ различных конструктивных схем построения пьезодвигателей, предложен простой алгоритм расчета частотных характеристик пьезоэлемента, приведен пример расчета пластины из пьезокерамики цирконата титаната свинца