УДК 621.317.725
Донецкий национальный технический университет, ул. Артема 58, Донецк, 83000,
тел.8(0622)99-99-01, E-mail:info@donntu.ru
Развитие средств измерений (СИ) на современном этапе определяется не столько введением новых методов измерений и новых структур СИ, а использованием потенциала существующих цифровых методов обработки информации, возможностей аппаратного и программного обеспечения, например, для построения виртуальных СИ, современных тенденций развития интегральных технологий для совмещения измерительных функций в одном технологическом элементе, основывающихся, в частности, на использовании перепрограммируемых логических интегральных схем (ПЛИС), а также совокупных методов измерений. Среди направлений развития СИ наиболее важными представляются направления, связанные с решением задач, ранее относившихся к классу сложных, то есть сопряженных с теоретическими, техническими и экономическими трудностями. Проектирование СИ в настоящее время представляет собой итерационный процесс, состоящий из этапов разработки функциональных и принципиальных схем и конструкций, проведения комплексных испытаний СИ, корректировки схем и конструкций СИ до тех пор, пока не будут выполнены все требования технического задания. Эти задачи решаются наилучшим образом на рабочих станциях с применением программного обеспечения корпораций Mentor graphics, Cadence. Более доступна система сквозного проектирования электронных устройств на базе персональных компьютеров Design Lab 8.0 корпорации MicroSim, которая содержит интерфейс со средствами проектирования программируемых ПЛИС фирм AMD, Altera Atmel и перепрограммируемых ПЛИС FPGA фирмы Xilinx. При определении базовых целей совершенствования СИ и выработке рекомендаций по их достижению должен использоваться подход, основанный на представлении СИ как элемента системы управления и принятия решений. В данной работе предпринимается попытка обобщения накопленного опыта построения СИ и дается анализ новых возможностей их развития с учетом тенденций развития элементной базы и достижений теоретической, а также прикладной математики в области моелирования и обработки информации.
В качестве примеров, иллюстрирующих информационно-структурное совершенствование СИ, приводятся решения ряда измерительных задач, связанных с контролем и измерением параметров технологических процессов (ТП), задач, возникающих при создании технических средств охраны (ТСО). Рассмотрен ряд обобщенных задач построения датчиковой аппаратуры и измерительных систем, как широкого применения, так и ответственного назначения. Развитие и совершенствование измерительных устройств идет по двум путям: совершенствование параметров элементной базы и целесообразное усложнение алгоритмов измерений и структур. Это вызвано непрерывным расширением области применения СИ, повышением требований к их техническим характеристикам и использованием новых технологий и физических явлений, которые позволяют совершенствовать как информационно-структурные элементы, так и структуры в целом. Технологический путь является одним из основных способов совершенствования измерительных устройств. Он основан на использовании новых физических явлений и технологий для создания более совершенных элементов. Развитие современных технологий идет по пути увеличения степени интеграции элементной базы и позволяет изготавливать в виде единой интегральной схемы целые узлы измерительных устройств: аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи, отдельные измерительные преобразователи, устройства сопряжения с ПЭВМ, высокоточные источники стабилизированного напряжения и т.д.
Технологический и информационно-структурный методы совершенствования СИ взаимно дополняют друг друга, поскольку их реализация приводит к разным затратам на улучшение параметров СИ. Активная разработка многими научными коллективами структурных способов совершенствования привела к созданию многообразия структур СИ. Их анализ и систематизация позволили сформулировать наиболее общие информационно-структурные способы совершенствования СИ. Одним из основных принципов структурного совершенствования измерительных устройств является аппаратная и временная избыточность, вводимая с целью получения дополнительной информации для повышения точности, быстродействия, помехоустойчивости, временной стабильности СИ. При этом одновременно решаются задачи уменьшения влияния на результат измерения статических и динамических отклонений реальной функции преобразования от номинальной.
Другим основным принципом структурного совершенствования СИ является принцип разделения функций для реализации максимальной точности основной функции преобразования за счет разделения функций, выполняемых устройством в целом, на ряд частных функций.