цКЮБМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ яКСВЮИМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ
йюрецнпхх:
юБРНЛНАХКХюЯРПНМНЛХЪаХНКНЦХЪцЕНЦПЮТХЪдНЛ Х ЯЮДдПСЦХЕ ЪГШЙХдПСЦНЕхМТНПЛЮРХЙЮхЯРНПХЪйСКЭРСПЮкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮРЕЛЮРХЙЮлЕДХЖХМЮлЕРЮККСПЦХЪлЕУЮМХЙЮнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ РПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоЯХУНКНЦХЪпЕКХЦХЪпХРНПХЙЮяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХЪрСПХГЛтХГХЙЮтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮ
пРИБОРЫ И МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
|
|
В этом и дальнейших разделах мы будем придерживаться той же философии описания оборудования и экспериментов из нашей лаборатории, что и в предыдущих главах. Тематически, материал разбит на три больших блока: эксперименты типа «прибор — прибор», «оператор — прибор» и биологические опыты. Для них использовались одинаковые активные и пассивные установки для приёма и передачи «высокопроникающего» сигнала.
Приёмная часть. Базовая схема проведения экспериментов показана на рис. 109. Все сенсорные установки помещены в закрытый металлический шкаф, который находится в подвальной лаборатории без окон. Она отделена от остальных лабораторий несущими железобетонными стенами толщиной в 0, 35 м. Во всех экспериментах на расстоянии: от 5 до 15 метров были установлены генераторы в соседней лаборатории, отделённой двумя такими стенами; от 15 до 50 метров между генератором и сенсорами находились множественные железобетонные конструкции, генераторы находились в том же здании; более 1000 метров — генераторы находились в других зданиях. Для устойчивого определения сигнала в этих экспериментах генератор, как правило, работает с периодом в 4 часа: один час включение и три часа перерыв, после чего весь цикл повторяется. Сенсоры калибровались и результаты статистически обрабатывались [24; 149; 324].
Рис. 109. Схема расположения сенсоров во всех экспериментах. Лаборатории «В» и «С» без окон находятся в подвале здания, толщина несущих железобетонных стен порядка 35 см. Каждая из сенсорных установок 3, 4 и 5 имеет два ЭМ-экрана из латуни и два тепловых экрана из натуральной шерсти.
Поступающий сигнал детектировался одновременно 9 кондуктометрическими ДЭС сенсорами (в поздних экспериментах использовались и другие сенсоры). Для контроля параметров окружающей среды замерялись значения механических воздействий тремя акселерометрами KXSC7-2050 (чувствительность 660 мВ/г); температура измерялась тремя типами сенсоров: NCP21XV103J03RA, LM35AH и AD592CNZ, размещённых в восьми местах на всех установках с чувствительностью измерения ниже 0, 01°С с 20-битным АЦП; измерения ЭМ-поля произведены с анализатором спектра 9 кГц — 7 ГГц производства «Rohde & Schwarz»; акустические воздействия измерялись прибором «Metrel C-MI6301» (20-10000 Гц, 30-130 дБ). Флюктуации электромагнитного поля не были обнаружены выше -90 дБм, акустических помех выше 30 дБ, то есть на грани чувствительности этих приборов. Измерялась интенсивность ЭМ и магнитного поля прибором ME 3951А производства «Gigaherz Solutions» в диапазоне 5 Гц — 400 kHz. Всего записывалось 25 каналов данных с частотой дискретизации 1 Гц. Все значения помечены маркером времени. Запись производилась непрерывно без включения или выключения детекторов.
Рис. 110. Адресные фотографии в структурных усилителях, использованных в экспериментах по эффекту нелокальной связи.
Для адресации цветные цифровые фотографии объектов (генераторы, сенсоры или другие объекты) помещались под сенсоры или же клались в крайние конусы структурных усилителей (СУ) (см. рис. 110). Сами СУ нацеливались на сенсоры в непосредственной близи экранирующих модулей. СУ использовались исключительно в пассивном режиме (без активных модулей), какая-либо настройка на стороны света не выполнялась.
Генераторы. Были использованы несколько разных типов оптических генераторов (светодиодный, лазерный и оптоволоконный), в том числе и совместная работа нескольких генераторов. Цель экспериментов с двумя генераторами (см. рис. 111) заключалась в выяснении степени влияния второго генератора на интенсивность взаимодействия.
Стационарные генераторы устанавливались на штативы, переносные генераторы монтировались в стандартных корпусах, позволяющих объединять два и более генератора в один излучатель (см. рис. 111). Фотография адресного признака клалась непосредственно перед генератором. Для двух генераторов тестировались те условия, которые позволяли лаборатории «В» и «С»: углы между генераторами 0° и 90°. Как показали эти выборочные эксперименты, заметных изменений показаний сенсоров при углах 0°и 90° не наблюдается. Наличие второго генератора несколько улучшает показания сенсоров за счёт биения частот. При калибровке генератора было отмечено улучшение показаний сенсоров при наличии вторичной модуляции сигнала генератора. Возможно, что это биение создаёт в своём роде «третичную» модуляцию и именно этот эффект ведёт к улучшению показаний. Использование лазерного генератора совместно со светодиодными генераторами также ведёт к улучшению реакции сенсоров.
Рис. 111. (а) Два светодиодных и (б) лазерный генераторы, укреплённые на штативах с питанием от аккумуляторов; (в) два светодиодных генератора с питанием от аккумуляторов, используемые как передатчики, снизу видно цифровое отображение приёмника.
Контрольные измерения. В дни, предшествующие экспериментам, был произведён контрольный замер значений температуры, механических воздействий и тока через один из токовых сенсоров на протяжении 40 часов (см. рис. 112). В это время в здании находилось минимальное количество людей (выходной день), в лабораторию с детекторами никто не входил, в соседних лабораториях не работали никакие приборы. Как видно из рис. 112, ток, проходящий через сенсор, следует медленному изменению температуры без существенных флюктуаций.
Эксперименты типа «прибор — прибор»
Эти эксперименты можно разделить на три большие серии: до 50 метров между сенсорами и генераторами (см. таблицу 7), более 1, 65 км по передаче цифрового сигнала (см. таблицу 8), и специальные сеансы связи по удалённой передаче ПИД-программ. Результаты частично опубликованы [24; 25; 149; 150; 324; 466; 523] и будут публиковаться далее. В опубликованных работах содержатся описания более 300 экспериментов с более чем 1200 измерениями переданного сигнала. Типичные города, с которыми устанавливалась связь, — это Халле (360 км), Кишинёв (1500 км), Москва (2068 км), Уфа (3227 км), Томск (5000 км), Перт, Западная Австралия (13 798 км), а также различные города центральной Европы.
Сенсоры в большинстве экспериментов по ЭНС находились в пассивном режиме термостабилизации, то есть без термостатов. При анализе результатов оценивались изменения, вызванные температурными колебаниями (см. рис. 113). Если температурные изменения совпадали с окном передачи информации, эти результаты игнорировались. В целом мы не можем найти существенных различий в показаниях сенсоров, полученных на дистанции до 50 метров через железобетонные стены в одном здании и на расстояниях более 1650 метров в разных зданиях. Как пример, на рис. 114 показана модуляция сигнала работающим генератором на расстоянии 5, 5 и 1650 метров. И в том, и в другом случае наблюдается сходная модуляция сигнала посредством изменения тренда.
Рис. 112. Контрольный эксперимент А199 (40 часов), показания акселерометра (а), температурного (б) и токового (в) сенсоров в установке номер три. Без воздействия сенсоры демонстрируют монотонную динамику без резких отклонений.
Таблица 7. Результаты экспериментов на расстоянии до 50 метров, запись — 90°, г1 в В, г2 в С — означает 90 градусов между генераторами, расположенными в лабораториях «В» и «С», данные из [149].
| d2, м | d1, м | N | всего эксп. | всего сенсоров | всего реакции T1 | всего реакции Т2 | отсутствие реакции | примечания |
| Лабораторные эксперименты со светодиодным генератором | ||||||||
| — | 0.25 | С148-С157 | см.[324] | |||||
| — | 0.3 | С166 С167 А165 А168 | см. [324] | |||||
| — | 0.35 | С130 | см.[324] | |||||
| — | 0.5 | С205С208 | калибровка | |||||
| — | 0.76 | С166С167 | см. [324] | |||||
| — | 1.3 | С213 | г1 в В | |||||
| — | 2.3 | С212 | г1 в В | |||||
| — | 3.3 | С210 | г1 в В | |||||
| 3.5 | — | С215 | г2 в С | |||||
| 3.5 | 3.5 | С216 | ||||||
| — | 5.0 | С218 | г1 в В | |||||
| 5.0 | 5.0 | С217 | г1, 2 в В | |||||
| 5.5 | 5.5 | С219 | г1, 2 в С | |||||
| 7.5 | 7.5 | С220 | г1, 2 в С | |||||
| 10.0 | 10.0 | С221 | г1, 2 в С | |||||
| — | 15.0 | С224 | г1 в С | |||||
| 15.0 | 15.0 | С225 | г1, 2 в С | |||||
| 20.0 | 20.0 | С226 | г1, 2 за С | |||||
| 50.0 | 50.0 | С227 | г1, 2 за С | |||||
| 50.0 | 50.0 | С228 | г1, 2 за С | |||||
| Лабораторные эксперименты с диаграммой направленности | ||||||||
| 10, 0 | 10, 0 | С231 | 45’ | |||||
| 10, 0 | 10, 0 | С229 | 90’ | |||||
| 10, 0 | 10.0 | С230 | 180’ | |||||
| Лабораторные эксперименты с лазерным генератором | ||||||||
| 0, 5 | С247 | 15Hz, В | ||||||
| 5, 0 | С223 | 50Hz, В | ||||||
| 5, 5 | С243а | 15Hz, С | ||||||
| 10, 0 | C243b | 15Hz, С | ||||||
| 10, 0 | с241 | 1kHz, С | ||||||
| 10, 0 | c241e | 333kHz, С | ||||||
| 10, 0 | c241g | 10Hz, С | ||||||
| 10, 0 | c241f | 0Hz, С |
Таблица 8. Результаты экспериментов на расстоянии более 50 метров, данные из [24]; А — расстояние, км; В — экспозиция — время, на которое были включены генераторы, мин; С — адресация; D — ментальное воздействие; Е — количество экспериментов; F — количество сенсоров; G — всего реакции Т2Н; I — отсутствие реакции; J — примечания.
| N | А | В | С | D | Е | F | G | I | J |
| С232 | 1.65 | нет | нет | 0 часов[13] | |||||
| С236 | 1.65 | нет | нет | 24 часа | |||||
| С241 | 1.65 | нет | нет | 144 часа | |||||
| С254 | 1.65 | нет | нет | 552часа, негативно | |||||
| С234 | 1.65 | да[14] | нет | ||||||
| С235с | 1.65 | да | нет | ||||||
| С237b, c | 1.65 | да | нет | ||||||
| С238 | 1.65 | да, 2х[15] | нет | ||||||
| С255 | да, 2х | нет | |||||||
| С256 | да, 2х | нет | |||||||
| С258 | да, 2х | нет | негативно | ||||||
| С259 | да, 2х | нет | |||||||
| С260 | да, 2х | нет | |||||||
| 05.09 | да, 2х | нет | |||||||
| 10.09 | да, 2х | нет | негативно | ||||||
| 11.09 | да, 2х | нет | негативно | ||||||
| 13.09 | да, 2х | нет | негативно | ||||||
| 26.09 | да, 2х | нет | |||||||
| 27.09 | да, 2х | нет | |||||||
| 02.10 | да, 2х | нет | |||||||
| С239 | да, 2х | нет | |||||||
| С240 | да, 2х | нет | |||||||
| С233 | 1.65 | да | да | ||||||
| С235 a, b, d | 1.65 | да | да | ||||||
| С237а | 1.65 | да | да | ||||||
| С244 | 1.65 | да | да |
Рис. 113. Эксперимент С228, расстояние 50 метров через множественные железобетонные стены, показания (а) температурного сенсора; (б) токового сенсора установки номер три. Все изменения температуры помечены маркерами «t», отмечены также соответствующие изменения в динамике тока. Видно, что сенсор регистрирует не только изменения температуры, но и включение/выключение светодиодных генераторов (отмечено кружком). После значительного изменения амплитуды сенсор на некоторое время теряет чувствительность/
Рис. 114. (а) Эксперимент С219, расстояние 5, 5 метров, включены два генератора в лаборатории С (через две железобетонные стены); (б) эксперименты С235-С236 на расстоянии 1, 65 км между генераторами и сенсорами.
Сенсоры на основе глубоко поляризованных электродов (ДЭС-сенсоры) являются одними из наиболее чувствительных сенсоров, однако они имеют одну неприятную особенность — из-за релаксационных процессов после изменений происходит кратковременная потеря чувствительности. По этой причине было изготовлено большее количество сенсоров, так чтобы порядка 40-45% сенсоров всегда демонстрировали реакцию (см. далее статистический анализ реакции сенсоров). Примеры динамики сигнала под воздействием генератора показаны на рис. 115. Как видно, типичные изменения — это в основном изменение тренда стационарного или осциллирующего сигнала. Уровень шумов достаточно низок для устойчивого распознавания точки изменения. Сигнал анализируется, как правило, за 2-3 часа до воздействия, во время воздействия и через 2-3 часа после воздействия. В следующем разделе мы покажем более точный анализ сигнала во время воздействия.
В экспериментах адресация была проведена в основном с помощью метода цифровых отображений. Сенсоры были сфотографированы цифровой камерой, и распечатанная на принтере цветная фотография размещалась перед генераторами. Время экспозиции составляло между 30 и 60 минутами. В некоторых экспериментах были применены две фотографии — одна перед генератором, вторая под сенсорами. Также использовался специальный случай двух фотографий сенсоров (метод Шкатова — Замши). Сравнивая эксперименты с одной и с двумя фотографиями, нужно отметить более сильную реакцию сенсоров на две фотографии. Ещё большая реакция демонстрировалась в том случае, если фотографии были укреплены в структурных усилителях.
Расстояние в 13 798 км. В качестве примера мы приведём отчёт о сверхдальних экспериментах между городами Перт (Западная Австралия) и Штутгарт, расстояние между которым составляет 13 798 км (согласно Google maps). Эти эксперименты были проведены совместно с Виталием Замшей, использовались генераторы его конструкции.
Рис. 115. Результаты некоторых замеров в экспериментах С232 и С236 на расстоянии 1, 65 км между генераторами и сенсорами в пределах 24 часов после переноса генераторов на новое место.
В первой серии было произведено 4 эксперимента с 36 замерами: два эксперимента, C239a и C239b, происходили 16 августа 2012 года, и вторые два, C240a и C240b, — 17 августа 2012 года. Исследователи в Австралии использовали два разных лазерных оптоволоконных генератора: первый (цилиндрический) был включён с 1: 00 до 2: 00, второй (конусный) с 5: 00 до 6: 00 западноевропейского времени 16 и 17 августа 2012. Использовался метод «Шкатова-Замши» для адресации воздействия.
Как и во всех других экспериментах, записывались значения температурных сенсоров, опорного напряжения и акселерометра. Температурные, механические и электрические помехи отсутствуют, то есть условия этих экспериментов соответствуют условиям других экспериментов. На рис.116 показаны значения сенсоров, наиболее четко отреагировавших на оба воздействия в экспериментах C239 и C240.
Мы наблюдаем отчётливые изменения тренда во время воздействия. В целом из 36 сенсоров показали отклик 20 сенсоров, что лежит в пределах 50% реакций для этого типа датчиков. На основании этих результатов мы можем говорить о позитивном результате всех экспериментов, то есть успешном детектировании сенсорами, находящимися в Германии, воздействия генератора, с мощностью оптического излучения 1 mW, находящегося в Австралии. Детали этого эксперимента могут быть найдены в [24].
Рис. 116. Показания сенсоров, отреагировавших на воздействия а и b в экспериментах С239 и С240, расстояние — 13 798 км. Четырёхэлектродный сенсор S1 третьей установки: (а) показания вольтового сенсора; (б) показания токового сенсора.
Вторая серия экспериментов была произведена 5 и 6 сентября 2013 года. В г. Перт на этот раз использовался электромагнитный генератор на основе вектора Пойнтинга, в г. Штутгарт дополнительно использовались высокочастотные кондуктометрические сенсоры со структурным усилителем. Генератор имел возможность переключать полярность излучения. Поскольку СУ является «селективным резонансным усилителем», который пропускает только одну полярность излучения, то имелась возможность на приёмной стороне фильтровать сигнал с нужной полярностью.
Некоторые из полученных графиков показаны на рис. 117. Интенсивность первого воздействия составляет 2, 88 ЕОИ[16]. Интенсивность воздействия на второй день составляет только 1, 11 ЕОИ. Таким образом, наблюдается снижение интенсивности в повторных экспериментах. В целом эти эксперименты, помимо факта передачи цифрового сигнала, продемонстрировали возможность передачи двух полярностей излучения и подавления одной из этих полярностей посредством структурного усилителя. Детали этого эксперимента могут быть найдены в [150].
Пример статистического анализа данных. Здесь мы приведём пример анализа результатов, опубликованных в двух работах [24; 149]. Из-за переходных процессов в слое Гуи — Чепмена сенсоры периодически теряют свою чувствительность. Поскольку при воздействии на детектор не все 9 сенсоров демонстрируют реакцию, необходимо рассмотреть вопрос о статистической значимости показаний сенсоров. Представим значения ДЭС-сенсора как «1», если реакция сенсора совпала с временем воздействия (в течение часа), если не совпало — «0». Сформируем две контрольных группы (без воздействий): А1 — все значения равны «0», и А2 — один равен «1», остальные— «0». Таким образом, мы рассматриваем случаи идеальных сенсоров в А1 и наличие некоторого случайного процесса в А2, который может случайным образом «угадать» правильное время воздействия. Сформируем две группы результатов: В1 — три из девяти (6 из 18) значений сенсоров правильные, и В2 — пять из девяти (10 из 18) значений сенсоров правильные. Теперь проведём U-тест по методу Манна и Уитни для следующих случаев: А1-В1, А1-В2, А2-В1, А2-В2 (см. таблицу 9). Мы хотим определить, когда разница в значениях групп А и В будет статистически значимой.
Рис. 117. Некоторые графики из экспериментов 5.09.13 и 6.09.13 по сверхдальней связи между г. Перт (Австралия) и г. Штутгарт (Германия), расстояние — 13 798 км. Показаны значения токового и частотного сенсоров.
Таблица 9. Результаты U-теста для групп А и В
| 9 сенсоров | 18 сенсоров | |||
| группа | U-тест (z) | значимость | U-тест (z) | значимость |
| А1-В1 | -1.844 | 0.065 | -2.646 | 0.008 |
| А1-В2 | -2.557 | 0.011 | -3.669 | 0.000 |
| А2-В1 | -1.102 | 0.270 | -2.076 | 0.038 |
| А2-В2 | -1.944 | 0.052 | -3.211 | 0.001 |
На основе контрольных измерений [149; 324; 466] в экспериментах мы используем вариант А2-В1 (6 из 18) с а = 0, 038 и, с оговоркой, А1-В1 (3 из 9) с а = 0, 065, которые обеспечивают статистически значимую разницу относительно соответствующего случайного процесса.
Для демонстрации статистической значимости результатов мы выбираем два характерных эксперимента: ЕХР1 — С239-С240 (13 798 км) для приборных и ЕХР2 — С245-С246-С248-С251 (2105 км) для операторных взаимодействий (см. дальнейшие разделы). В каждом из этих экспериментов было проведено по 4 попытки с 9 сенсорами. Как уже говорилось, ДЭС-сенсоры периодически теряют чувствительность, поэтому необходимо принять различные предположения о характере временной неработоспособности сенсоров. В таблице 10 показаны результаты хи-квадрат-теста для ЕХР1, ЕХР2 относительно нуль-гипотезы о случайном характере результатов. Мы можем отвергнуть нуль-гипотезу с уровнем сигнификантности а ≤ 0, 03 и а ≤ 0, 06 для ЕХР1, ЕХР2 соответственно, если допустить, что два сенсора из 9 периодически теряют чувствительность.
Как пример общих результатов, сошлёмся на данные [24] (всего 52 эксперимента, 379 измерений сигнала), обзор которых показан в таблице 11. Из приборных взаимодействий 79% экспериментов являлись позитивными и 21% — негативными, из операторных взаимодействий — один эксперимент был негативным и 13 позитивных. Иными словами, эти эксперименты находятся в общем русле экспериментов с «высокопроникающим» излучением с соотношением позитивных результатов порядка 75-85%.
Таблица 10. Результаты хи-квадрат-теста для ЕХР1 и ЕХР2.
| нерабочие сенсоры | ЕХР1 | ЕХР2 | ||
| хи-квадрат | значимость | хи-квадрат | значимость | |
| 2.000 | 0.157 | 1.125 | 0.289 | |
| 5.143 | 0.023 | 3.571 | 0.059 | |
| 10.667 | 0.001 | 8.167 | 0.04 |
Таблица 11. Обзор всех проведённых экспериментов, [24].
| тип | всего экспериментов | всего сенсоров | всего позитивных экспериментов | всего негативных экспериментов |
| приборные | ||||
| операторные (с LED-ген.) | ||||
| операторные, гр. CW | — | — | — | |
| операторные, гр. MSU |