Spis treści zeszytu Elektronika nr 3/2023

HANNOVER MESSE 23 – POKAZ TRANSFORMACJI PRZEMYSŁU .................2

BIOFOTONIKA KLASYCZNA I KWANTOWA – SUBSTANCJE, ZJAWISKA, INSTRUMENTARIUM CZĘŚĆ 1 – OBSZARY BADAWCZE, KORELACJE I PROCESY
(Classical and Quantum Biophotonics – substances, phenomena, instruments Part 1 – Research areas, correlations and processes)
R. ROMANIUK . . . . . . . . . . .4

Streszczenie
Postępy w funkcjonalizacji zjawisk kwantowych, co ujęto w dyscyplinę określaną jako informacyjne techniki kwantowe ITK, stanowią istotny element rozwoju zupełnie odmiennych dyscyplin, w tym biofotoniki kwantowej. Jednym z ważnych technik badawczych w biologii jest wykrywanie słabego światła używanego w systemowych badaniach biologicznych, testach biologicznych, bioprodukcji, a także w diagnostyce medycznej. Opanowanie technik generacji na żądanie, a szczególnie detekcji pojedynczych fotonów, w połączeniu z kwantowo-optycznymi metodami przetwarzania danych otwarło fundamentalnie nowe fotoniczne możliwości metrologiczne związane z obserwacją warunków zjawisk bio-optycznych w pojedynczej molekule. W tym właśnie obszarze ultra-precyzyjnych optycznych pomiarów pojedynczej molekuły została przyznana Nagroda Nobla z Chemii w roku 2014 – super-rozdzielcza mikroskopia fluorescencyjna. Od tego czasu badania i zastosowania w obszarze biofotoniki kwantowej znacznie rozszerzyły się, obejmując wiele technik mikroskopowych, tomograficznych, obrazowania, ultra-czułej detekcji biochemicznej, ultra-precyzyjnej fotonicznej manipulacji molekularnej. Biofotonika kwantowa rozwija się dynamicznie jako wspólny obszar biologii kwantowej i optyki kwantowej. Poprzez wyposażenie instrumentalne, pomiarowe i aplikacyjno-funkcjonalizujące, biofotonika kwantowa jest ściśle związana z takimi dyscyplinami jak inżynieria biomedyczna, fizyka biomedyczna, biochemia, metrologia optyczna i elektroniczna oraz ICT.
SŁOWA KLUCZOWE: biofizyka, biofotonika, biochemia, fotobiologia, optyka kwantowa, czujniki kwantowe, komputing kwantowy, źródła i detektory jednofotonowe, nanobiotechnologie

ABSTRACT
Advances in the functionalization of quantum phenomena, which are now included in the discipline known as quantum information techniques, constitute an important element in the development of completely different disciplines, including quantum biophotonics. One of the important research techniques in biology is the detection of low light used in system biological research, bioassays, bioproduction as well as in medical diagnostics. Mastering the techniques of generation on demand, and especially the detection of single photons, combined with quantum-optical methods of data processing, opened fundamentally new photonic metrological possibilities related to the observation of the conditions of bio-optical phenomena in a single molecule. It was in this area of ultra-precise optical measurements of a single molecule that the Nobel Prize in Chemistry in 2014) super-resolved fluorescence microscopy) was awarded. Since then, research and applications in the field of quantum biophotonics have significantly expanded to include many techniques of microscopy, tomography, imaging, ultra-sensitive biochemical detection, and ultra-precise photonic molecular manipulation. Quantum biophotonics is developing dynamically as a common area of quantum biology and quantum optics. Through instrumental, measuring and application-functionalizing equipment, quantum biophotonics is closely related to biomedical engineering, biomedical physics, biochemistry, optical and electronic metrology, and ICT.
KEYWORDS: biophysics, biophotonics, photobiology, biochemistry, quantum optics, quantum sensors, quantum computing, single-photon sources and detectors, nanobiotechnologies

POMIARY I MODELOWANIE WŁAŚCIWOŚCI FERROMAGNETYCZNYCH FARB DRUKARSKICH STOSOWANYCH DO ZABEZPIECZEŃ DOKUMENTÓW
(Measurements and modeling of ferromagnetic properties of printing inks used to secure documents)
A. ŁODZIŃSKA, A. JAKUBAS . . . . . . . . . . . .25

Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości magnetycznych farby drukarskiej domieszkowanej proszkiem żelaza. Badania eksperymentalne przeprowadzono na próbkach o trzech grubościach powłoki magnetycznej: 0,2, 0,25 i 0,3 mm. Uzyskane wartości indukcji i pola magnetycznego posłużyły do określenia zależności pomiędzy grubością farby magnetycznej a jej przenikalnością magnetyczną. Analiza właściwości powłok została uzupełniona o matematyczny opis zależności pomiędzy parametrami materiałowymi a histerezą w materiałach magnetycznych. Zaproponowana eliptyczna aproksymacja histerezy znacznie ułatwia projektowanie i prognozowanie właściwości gotowych wyrobów.
SŁOWA KLUCZOWE: farba ferromagnetyczna, sitodruk, fałszerstwo, właściwości magnetyczne, model eliptyczny

ABSTRACT
The paper presents the results of testing the magnetic properties of printing ink doped with iron powder. Experimental studies were carried out on samples with three thicknesses of the magnetic coating: 0.2, 0.25 and 0.3 mm. The obtained values of induction and magnetic field were used to determine the relationship between the thickness of the magnetic paint and its magnetic permeability. The analysis of coating properties was supplemented with a mathematical description of the relationship between material parameters and hysteresis (Measurements and modeling of ferromagnetic properties of printing inks used to secure documents).
KEYWORDS: ferromagnetic ink, screen printing, counterfeiting, magnetic properties, elliptical mode

DEVELOPMENT AND APPLICATION POTENTIAL OF GRAVITATIONAL CLASSIFIERS
(Potencjał rozwojowy i aplikacyjny klasyfikatorów)
Ł. RYBAK, J. DUDCZYK....................29

ABSTRACT
The aim of the article is to show the development and application potential of gravitational classifiers. The paper contains a synthetic overview of information about algorithms belonging to the aforementioned group of approaches, which are part of the field of artificial intelligence. The significance of the intelligent data processing process was confirmed by referring to the data published by the European Statistical Office and documents referring to the European Commission’s strategy for 2019- 2024. A group of gravitational classifiers was characterized, which were positioned in the area of machine learning alongside other groups of algorithms described in the world literature. A three-set division of gravitational classifiers was presented, and the features of selected methods and their practical applications were described as well. Conclusion of the article is an indication of potential development and application directions of the gravitational algorithm, which creates a data particle through its geometrical divide.
KEYWORDS: artificial intelligence, classification, gravitational classifier, geometrical divide

Streszczenie
Celem artykułu jest ukazanie potencjału rozwojowego i aplikacyjnego klasyfikatorów grawitacyjnych. W artykule przedstawiono w sposób syntetyczny przegląd informacji dotyczących algorytmów należących do wspomnianej grupy, wpisujących się w obszar sztucznej inteligencji. Istotność procesu inteligentnego przetwrarzania danych potwierdzono, odnosząc się do danych opublikowanych przez Europejski Urząd Statystyczny oraz dokumentów dotyczących strategii Komisji Europejskiej na lata 2019-2024. Scharakteryzowano grupę klasyfikatorów grawitacyjnych, które spozycjonowano w obszarze uczenia maszynowego obok innych, opisanych w światowej literaturze, grup algorytmów. Przedstawiono trójzbiorowy podział klasyfikatorów grawitacyjnych, opisując również cechy wybranych metod oraz ich praktyczne zastosowania. Konkludując artykuł wskzano potencjalne kierunki rozwoju i aplikacji algorytmu grawitacyjnego, który tworzy cząstkę danych poprzez jej geometryczny podział.
SŁOWA KLUCZOWE: sztuczna inteligencja, klasyfikacja, klasyfikator grawitacyjny, geometryczny podział

SIECI NEURONOWE I METODY UCZENIA MASZYNOWEGO W MODELOWANIU I STEROWANIU AKCELERATORÓW CZĄSTEK ROZWÓJ SIECI NEURONOWYCH I PRZYKŁAD WDROŻENIA W SYSTEMIE CHŁODZENIA FOTOINŻEKTORA W INSTALACJI FAST
(Neural Networks and Machine Learning for Modeling and Control of Particle Accelerators Development of neural networks and implementation example on the cooling system of photoinjector at FAST installation)
S. BUŁKA ....................................33

Streszczenie
Akceleratory cząstek mogą być idealnym poligonem doświadczalnym dla technik opartych na sieciach neuronowych. Wiele wczesnych prób zastosowania sieci neuronowych w akceleratorach cząstek przyniosło mierne wyniki ze względu na względną niedojrzałość technologii do takich zadań. Opisano najnowsze postępy w technikach sieci neuronowych, omówiono niektóre obiecujące możliwości włączenia sieci neuronowych do systemów sterowania akceleratorami cząstek, opisano system sterowania rezonansem inżektora działa elektronowego w kompleksie Fermilab Accelerator Science and Technology (FAST) oraz scharakteryzowane szczegółowo niektóre zagadnienia techniczne istniejącego systemu w celu stworzenia projektu nowego systemu sterowania opartego na sieciach neuronowych.
SŁOWA KLUCZOWE: akceleratory cząstek, sterowanie, sieci neuronowe, system chłodzenia

ABSTRACT
Particle accelerators can be an ideal test-beds for NN-based techniques. Many early attempts to apply neural networks to particle accelerators yielded mixed results due to the relative immaturity of the technology for such tasks. The recent advances in neural network techniques were described, some promising avenues for incorporating neural networks into particle accelerator control systems was discussed, a control system for resonance control of an RF electron gun at the Fermilab Accelerator Science and Technology (FAST) facility has been described and some detailed technical issues of an existing system characterized for new neural network-based control system design.
KEYWORDS:particle accelerators, control, neural networks, cooling system

GENERAL PURPOSE VOLTAGE REGULATOR – DESIGN AND TESTS
(Regulator napięcia ogólnego przeznaczenia – konstrukcja i badania)
A. SMOLARSKI, M. WESOŁOWSKI ...................................40

ABSTRACT
DC-DC converters are crucial components in various electrical systems, as they are responsible for converting direct current (DC) from one voltage level to another. These converters are widely used in various applications, including renewable energy systems, electric vehicles, aerospace. DC motors will feature a similar system. The buck-boost converter is unique in that it can operate in both buck and boost modes, making it an ideal choice for a wide range of applications that require voltage regulation. In this work the attempt to build a DC-DC buck-boost converter were presented. Paper covers different topologies and approaches to accomplishing goal of varying the output voltage above and below input. An appropriate topology was chosen to build the model constructed using available components. Explanation of usage of some components over other was added. Prototype build process followed by stress tests will be written. Problems encountered during building were described and explained. Solution for this problems will be implemented and further tests will be conducted.
KEYWORDS: converter, design, tests

Streszczenie
Przetwornice DC-DC są istotnymi elementami wyposażenia różnych urządzeń elektrycznych, ponieważ odpowiadają za przetwarzanie napięcia stałego (DC) o zróżnicowanych wartościach. Przetwornice te są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach, w tym w systemach energii odnawialnej, pojazdach elektrycznych, przemyśle lotniczym. Silniki prądu stałego są również wyposażone w podobne rozwiązania. Przetwornica buck-boost jest wyjątkowa, ponieważ może pracować zarówno w trybie buck, jak i boost, co czyni ją idealnym wyborem dla szerokiego zakresu zastosowań wymagających regulacji napięcia. W pracy przedstawiono budowę przetwornicy buck-boost DC-DC. Artykuł opisuje różne topologie układów pozwalających na zmianę napięcia wyjściowego powyżej i poniżej wejścia. Wybrano rozwiązania odpowiednie do budowy autorskiego modelu. Opisano proces budowy prototypu, po którym scharakteryzowano jego testy. Opisano i wyjaśniono problemy napotkane podczas budowy
SŁOWA KLUCZOWE: przetwornica, konstrukcja, badania