автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительные системы с частотным развертывающим преобразованием

самарский государственный технический университет

Р Г Б О Д п^авах руколиси

НЕКРАСОВ Леонид Павлович

УДК 681.518.3

шформшонно-и&ирйтешые системы с частотным развертывающим преобразовании.!

Специальность 05.II.16 - Информационно-измерительные

системы (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара-1994

Работа выполнена в Сибирской государственной геодези -ческой академии.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Заслуженный деятель науки и техники России, д.т.н., профессор А.И.Мартяшин Заслуженный деятель науки и техники России д.т.н., профессор Н.Е. Конюхов д.т.н., профессор Б.Я. Лихтциндер

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Научно-производственное объединение " Автоматических систем", г.Самара.

Защита состоится " 2.0 " О еЛ^а-^р-^к 1394 г.в /3- час. на заседании СпециализированногоЧЗовета Д 063.16.01 при Са -марском Государственном техническом университете по адресу: 443010, Самара, 10, ул.Галактионовская, 141, ауд.23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета

В.Г.Жиров

ОБЩАЯ"ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.теми. Объектом исследования является информационно-измерительные системы (ИИС) развертывающего преобразования, в которых, в-частности, осуществляется частотноепред -ставление измер1телъной информации.

Известно,что частота - это сигнал, который в настоящее время измеряется с достаточно высокой точностью и сравнительно легко преобразуется в цифровую форму, например, в единичный код. Относительная погрешность измерения частоты может составлять

о

10 . Поэтому, представление измерительной информации в частоту во многих практических случаях является актуальным.

Актуальными проблемами являются также расширение рабочего частотного диапазона ИИС, включая оптический диапазон, при одновременном снижении требований к стабильности частотной развертки, а также исследование и использование т.н."вырожденных" разверток - разверток сжатых по оси времени или по оси частот. Все это позволяет увеличить число каналов, номенклатуру физических величин и параметров, измеряемых системой, снизить аппаратурные затраты и, таким образом, повысить эффективность систем.

Автор в теории и практике общих подходов опирался на отечественные и зарубежные работы:

Т.М.Алиева, В.С.Большакова, А.Н.Голубева, Э.И.Гитиса, К.Л.Ху-ликовского, Г.П.Катыса; А.Е.Кобринского, В.В.Клюева, Ш.Камена, В.С.Летохова, П.В.Новицкоео, М.Т.Прилешша, Е.П.Попова, В.А.Строкова, Ш.Суро, В.Б.Смолова, К.К.Сапова, Ф.Е.Темникова, Э.Тама, Е.Н.Узиловой, А.А.Харкевича, М.П.Цапенко, Е.А.Юревича, Д.Ф.Янга и многих других.

Принцип развертывания в координатах времени, пространства и состояний в общем виде предложен Ф.Е.Темниковым и находит должное широкое применение в различных областях техники. Направление, связанное с разработкой и применением устройств с частотно-модулированными (ЧМ) сигналами известно в технике связи и измерений. Это направление признано перспективным, т.к. ЧМ сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью и возможностями измерения и обработки с высокой точностью.

Частотное представление измерительной информации в многоканальных ИИС традиционно осуществляется созданием набора автогенераторных схем с первичными измерительными преобразователями и опросом указанных схем с помощью коммутаторов. Однако этот процесс аппаратурою сложный и инерционный.

Существующие системы время - импульсного преобразования, использующие также метод частотного развертывания, далеко не ис -черпывакй1 его возможности и не лишены существенных недостатков. Так измерительные системы Строкова В.Л., Викторова В.А. должны содержать генератор со строго линейным и стабильным законом изменения частоты.

Это обусловлено тем,что на ряд резонаторов с измеряемыми "•'параметрами воздействует ЧМ сигнал (частотная пила) и отклики резонаторов смещаются по частотной, а следовательно, и по временной оси в зависимости от значений измеряемых параметров. Любая нелинейность и нестабильность закона качания вызывает соответствующую погрешность измерения. Особые требования, предъявляемые к генератору, усложняют его, препятствуют расширению частотного .диапазона при увеличении числа опрашиваемых, каналов в системе.

Системы ограничены также использованием лишь резонансных высокодобротных измерительных цепей (Щ).

Одним из путей решения указанной проблемы (проблем, связанных общей идеологией) является сопоставление частоты перестраиваемого электрического шит (и) оптического генератора с собственными особыми частотами набора соответствующих (электри -ческих, оптических) ИЦ - ответчиков, выделение моментов совпадения этих частот и использование откликов цепей для измерения физических величин путем измерения в указанные моменты текущих ■»'значений частоты генератора.

Комплексное решение проблемы при освоении оптического диапазона систем включает в себя исследования их особенностей и возможностей, в частности, решение такой практически важной задачи, как дистанционное определение положений объектов в пространстве . Проведение подобных измерений традиционными методами визирования системой "глаз-оптическое устройство-цель" не оправдано для сооружений недоступных или опасных, таких как ускорители, атомные электростанции, шахты, протяженные конвейеры, громоздкое оборудование и др. Условия работы уникального оборудования (ра -

диоактивность, высокая температура, сильные электромагнитные поля, вредные испарения) требуют выполнения высокойроизводи -тельных измерительных операций в ограниченные промежутки времени ' и с минимальным персоналом.

Кроме того, возрастание конкуренции на международном рынке, связанной с производством и сбытом новых изделий и технологий побуждает к созданию все новых интеллектуальных средств инженерного труда.

Поставленная проблема решалась в рамках целевых программ "Датчики" (государственная регистрация № 01826014905), "Роботы" (государственная регистрация № 810274446), выполненными по важ- . нейшей тематике "в НЖГАиК, а также ]яда договоров с предприятиями, под руководством и при непосредственном участии соискателя.

Целью работы является объединение перспективного направления, связанного с ЧМ сигналами, и метода развертывающего преобразования; обоснование эффективности, синтез и исследование нового на этой основе класса ИИС с частотным развертывающим преобразованием (ИИС с ЧТО).

Научные задачи, решаемые в диссертации:

1. Исследование развертывающих систем и перспективного направления, связанного с ЧМ сигналами, для целенаправленного совместного их использования в обосновании и создании нового класса Объективных многоточечных ИИС с частотным развертывающим преобразованием.

2. Освоение оптического рабочего диапазона частот для предложенного класса систем. Исследование и учет специфических осо--бенностей систем оптического диапазона.

3. Построение единой модели и целостное представление "ИИС с частотным развертывающим преобразованием."

.4. Разработка основ построения и частных структур "ИИС с ЧРП".

5..Анализ'и исследование "ИИС с"ЧРП " (частотный диапазон и чи'сло' каналов, природа и анализ погрешностей, динамические возможности, специальные вопросы анализа измериельных цепей, учет влияющих факторов).

Т.О. решение вопросов широкодиапазонного частотного предстааяения измерительной информации с освоением оптического диапазона до 10*® Гц и "вырожденных" разверток, сжатых по оси 'времени или по оси частот; создание соответствующего класса эффективных, удовлетворяющих современным требованиям ИИС, ос -нованных на новом подходе к частотному развертывающему преобразованию и определению положений рассредоточенных объектов для экстремальных условий является теоретическим обобщением и решением крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Мет оды исследования. Поставленные задачи решались путем теоретических исследований с последующей проверкой на производственном материале. Разработка ИИС и их. узлов проводилась путем применения структурного анализа, теории погрешностей, моделирования на ЭВМ.

Практическая ценность работы. I. Научные результаты,полученные за счет нетрадиционных подходов к созданию ИИС сочетаются с возможностями их применения. Использование разработанных методов и алгоритмов позволяет за счет снятия жестких требований к линейности и стабильности частотной развертки ■, к избирательным свойствам ИЦ, освоения оптического диапазона частот, обеспечить соответственно упрощение генератора развертки, улучшить динамические и точностные характеристики систем, расширить их функциональные возможности, прежде всего, по измеряемым параметрам при работе в экстремальных условиях.

2. Научно-практические реализации систем: автоколлимационные измерительные системы.АИС-1, АИС-2 с лазерным сканированием для определения взаимного углового положения приборов, узлов космического корабля при его диагностике; лазерный створофиксатор ЛАСТ с частотным развертыванием для определения отклонений объектов относительно лазерного луча;'измерительные системы ИСЮС, ИС2, ИСЮОР и др. с частотным развертыванием" в электрическом диапазоне; частные технические решения и функциональные узлы систем ( лазерный автоколлиматор ЛА-3, преобразователи ППЛ-1, ППЛ-2, ППР линейного и углового положения, перемещения носителя с кодовым .раст—-ром< матричный анализатор изображений МАИ, локатор-рециркулятор на полупроводниковом лазаре для сканирующего анализа трехмерчнх сцен).

3, Разработки ИИС доведены до практических; схем, экспериментальных образцов и расчетов, включая расчеты на ЭВМ.

4. ИИС и устройства в дальнейшем могут быть использованы: для измерения физических величин с предварительным преобразованием их в параметры электрической цепи; для проведения геодезических створных измерений при строительстве и эксплуатации протяженных сооружений (линейные ускорители, конвейеры, шахты, подкрановые пути, тоннели, мосты и др.); в космической тех -нике при предстартовой диагностике космических кораблей; в робототехнике второго и третьего поколений при оснащении роботов сенсорныш преобразователя™ (автоколлиматор, преобразователи угла, анализатор изображений,- локатор) и для унифици -рованного представления сенсорной информации.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались и обсудцались на всесоюзном семинаре по автоматизации экспериментальных исследований (Минск, 1973), всесоюзной конференции по ИИС (Ивано-Франковск, 1973), всесоюзной конференции по внедрению достижений в области робототехники и электроники в биологию и медицину (Новосибирск, 1973), всесоюзном симпозиуме по современным методам и аппаратуре для измерения параметров радиоцепей (Новосибирск,1974), всесоюзной конференции по обработке изображений и дистанционным исследованиям (Новосибирск, 1981), всесоюзной конференции по измерению и контролю при автоматизации производственных процессов (Барнаул, 1982), седьмом въезде ВАГО (Алма-Ата,1980), всесоюзном симпозиуме по методам и средствам обработки оптической информации (Москва, 1983), всесоюзной конференции по робототехнике и автоматизации производственных процессов (Барнаул, 1983), республиканском научном совещании по промышленным роботам и роботоч-ехническим комплексам (Ленинград, 1983), всесоюзных совещаниях по координатно-чувствительным фотоприемникам и оптико-электронным устройствам на их основе (Барнаул, 1987, 1989), Всесоющной научно-технической конференции " Автоматизация машиностроения на базе новых элементов и устройств при' реализации программы "Интенсифакация-90" (Ленинград,1988), всесоюзных совещаниях по оптическим сканирующим устройствам и измерительным приборам на их основе (Барнаул, 1980,1984,1988, 1990), меэдународчой конференции по датчикам электрических и неэлектрических величин (Барнаул, 1993).

Материалы исследований систематически обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах НИИГАиК, НЭИС, НГТУ, СО РАН (ВЦ, СибНАТИ, СибИМЭ, ШХ), НИИПГ, ЛПИ, ЛЗГИ, КПИ, ИЛИ, А1Ш, ВО "Знание", BATO, НПО АС, СамГГУ.

Внедрение. Материалы по принципам построения, элементам теории, практике освоения оптического диапазона систем с частотным развертыванием, исследование вопросов проектирования и анализа лазерных сканирующих ИИС для определения взаимного углового положения набора отражающих объектов использованы в учебном процессе НИИГАиК (лекции, курсовое и дипломное проектирование, НИРС, студенческое КБ).

Общий подсчитанный экономический эффект от внедрения (практического использования) результатов диссертационной работы составляет 1434,0 тысячи рублей, а с учетом ожидаемого эффекта -около 2,0 млн.рублей в год (1990г).

Публикации. По материалам исследований имеется порядка 70 печатных работ, в том числе 2 монографии.

На защиту выносятся:

- Систематизация развертывающих систем и устройств"с ЧМ сигналам-!, обеспг.чшзаюцря прогнозирование ¡нового класса эффективных ИИС с ЧРП.

- Обобщенная модель измерительных процессов.

- Принципы построения структурных вариантов ИИС с ЧТО.

- Эффективные лазерные методы для дистанционного определения линейных и угловых положений (отклонений) объектов, рассредоточенных в пространстве.

- Конкретные ИИС для измерения параметров электрических Щ, для определения положения приборов и узлов космического корабля на стапелях при его диагностике, для определения отклонений объектов относительно прямой - створа, для анализа плоских оптических изображений и трехмерных сцен.

Структура диссертации.Постановка задачи определяет содержание диссертации, которая состоит из Введения, шести глав, заключения и приложений, изложенных на 375"страницах, списка использованных источников из 2S9 наименований на 2.9 страницах и содержит 141 рисунок, и 17 таблиц на 87 страницах. Общий объем работы 410 страниц сквозной нумерации.

СОД ЗНАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуальность темы"диссертации, дан краткий анализ состояния проблемы, определены цель и научные задачи исследований, охарактеризована практическая ценность результатов работы, даны сведения по апробации-результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируется существующее положение в теории и создании развертывающих ИИС, а также в теории и создании устройств с 4M - сигналами и на этой основе излагается новый принцип частотного развертывающего преобразования, заложенный в работе. Суть заключается в применении частоюзатстих ИЦ, на которые подают сигнал с изменяющейся частотой. К цепям подключают .для запуска устройство, измеряющее текущие значения частоты. Измерения начинают в те момента, когда частота сигнала совпадает с особыми частотами цепей (рис.I).

В работе положено пачаяо освоению лазерного диапазона рассматриваемого класса систем с соответствующей элементной базой (оптической, оптоэлектронной). Выходное устройство может изме -рять управляющий параметр лазера. Погрешность измерения определяется добротностью оптической ИЦ и качеством фотоприемного устройства.

Вторая глава посвящена разработке и обоснованию вопросов использования измерительных средств при переходе к оптическому диапазону.

С этих позиций в работе формируется единая обобщенная схема предлагаемого класса ИИС с ЧН1 (рис.1). Приводится ее алгоритмическое описание и математическая модель.

Определены общие математические выражения для функции преобразования (Ш) измерительного канала и составляющих погрешности результата измерения, получены и конкретизированы соответствующие выражения для ИИС с учетом частных условий и структур. Погрешность, приведенная к выходу канала измерения

А** = Лагf -+Aan Г = ЛAer * ¿&tx, Aal - O-itt)* Q-iM-üi» 7

Q.i(i)vi a'L(t) ^ соответственно нестационарная и стационарная случайные функции параметра Ш,

Рис. i

Ci- номинальное значение параметра <57,

д^и ^ ^^ соответственно коррелированная и некоррелированная составляющие погрешности (систематические, прогрессирующие,медленно меняющиеся случайные погрешности и случайные погрешности типа "белого шума").

Проведенное моделирование ШС позволяет определить и описать основные источники и составляющие погрешности реальных систем (глава 4).

В третьей главе даются основы построения ИИС с ЧРП .в виде ■ различных частных структур, вытекающих из обобщенной модели. Излагаются алгоритмы функционирования и сравнительный анализ структур.

Четвертая- глава посвящена исследованию особенностей и основных характеристик ШС (частотный диапазон, число i-яналол,' - природа и анализ погрешностей, динамические возможности, спе -циаяьные вопросы анализа измерительных цепей, учет влияющих факторов). Приводятся результаты вычислительных экспериментов.

Число каналов. Рассмотрим случай резонансных ИЦ, когда добротность резонаторов меняется лишь в пределах своего канала. При опросе измерительных цепей с индуктивными и емкостными пер -влчными преобразователями число каналов:

"L=eM¡u1

где г - коэффициент перекрытия частот генератором

Ai-VñTff*^,

А

У* 7 roe

- диапазон (в разах) измеряемого параметра; добротность резонатора в начале частотного .диапазона канала.

Для апериодических цепей

и =■ -—-Ыул •

Максимальное число каналов для рассматриваемых систем при последовательном и параллельно-последовательном опросе ИП может

находиться соответственно в пределах 200.и десятков тысяч.

Анализ погрешностей. Для ИС с пороговыми устройствами -экстрематорами основными составляющими погрешности могут яв -ляться: л

•I) погрешность ор измерительной цепи, например,резонатора;

г\ 1

2) погрешностьоэ экстрематора, которая может включать ряд составляющих, например, о^ - погрешность фильтрации (выделения огибающей сигнала,резонатора), о^ - погрешность дифферен-цирЬваж/Ы! огибающей, - погрешность от порога чувствительности частотомера по входу запуска;

3) методическая погрешность^ м }

4) погрешность частотомера;

5) динамическая погрешность >

где а^О/Уо^-Т7,

о^ - погрешность измерения частоты резонанса, к которой могут быть сведены все■оставшиеся погрешности (2-5)

где Д=Гср///0,

Тер - постоянная фильтрат ^ - скорость изменения частоты;

- ъЧ/11/олгУТо1

- резонансная частота.

«Г

где - постоянная дифференцирования.

1Г ^ = Кв^ЦЕр,

где _ напряжение запуска; К - коэффициент усиления сигнала дифференцирующего звена; Ер - напряжение'при резонансе.

Ъ / £ iZB? Ъ^Ж1 г 4о '

Числовые оценки погрешностей показали,что наиболее значительным! являются погрешности от фильтрации и динамическая (обе порядка 10"^).

Исхода из динамической погрешности проведена оценка быстродействия ИС. Время одного измерения может составить порядка 13 мс. г(\-\)

Используя нелинейное изменение частоты ?

¿а м где Г= zgTT' 7

pv - скорость изменения частоты в полосе первой цепи, i -номер цепи, можно (при прочих равных условиях) снизить время "t(-t измерения по сравнению с временем (линейное изменение частоты); , ш , ц. . , , и-л

где"Ь< - время изменения частоты в полосе первой цепи. При 4 Отом очевиден выигрыш в Раз» гДе W -число ИЦ.

Рабочие частоты.Анализ функциональных узлов показал,что частоты систем электр1ческого диапазона могут лежать в пределах от тысячных долей Гц до 100 1Тц, а- для систем лазерного диапазона - от 5.I013 до ТО15 Гц.

Точностные характеристики ИС зависят от выбора особой точки частотных характеристик ИЦ и их параметров. .В связи с этим проведен анализ специальных параметров ИЦ и систематизация возможностей использования их особых частот. Предложена соответствующая методика составления математической модели отклика ИЦ на примере использования резонансных целей. Оптическими ИЦ в данном случае являются фильтры, частотные свойства которых определяются измеряемыми параметрами.

Для сншзсешн требований к ГКЧ в отношении искажений выходного напряжения рекомендовано и обосновано введение перед эк -стрематором пороговых элементов. Показано,что мо.пуляционная характеристика ГКЧ может быть практически любой. Так, скнусои -

дальная характеристика в эксперименте упростила управление ГКЧ. Выбор модуляционной характеристики позволяет в ряде случаев выровнять значения составляющих погрешностей, снизить время измерения.

В пятой главе описываются конкретные ИИС:

- измерительные системы (рис.2-7,) АИС-1, АИС-2, ЛИС— 3 с лазерным сканированием для определения взаимного углового положения приборов и узлов (до 25 штук) космического корабля на стапелях при его диагностике;

- лазерный многоточечный створофиксатор ДАСТ (рис. 8) с частотной разверткой для определения отклонения объектов от лазерного .луча;

- измерительные системы ИСЮС, ИС2, ИС100Р (рис. 9) и др.с частотной разверткой и первичными преобразователями параметрического и генераторного типа.

Приводятся характеристики систем и результаты метрологической аттестации.

На рис.2,3 и Н- представлены два варианта лазерной ИС авторе коллимационного типа (АИС-1,2 вида и АИС-2). Система, являясь по сути управляемым с пульта биотехническим роботом, служит для автоматизации измерений, проводимых в настоящее время визуально бригадой операторов с помощью теодолитов в.опасных условиях обслуживания сложной и громоздкой конструкции; при сложной последующей вычислительной обработке результатов наблюдений. Персонал сокращен с пяти до двух операторов. Применение системы позволяет уменьшить рыскания корабля относительно заданной траектории в полете, снижать затраты горючего, увеличить полезную загрузку. По имеющимся отечественным и зарубежным данным.в настоящее время нет подобных систем. Экономический эффект от внедрения одной системы составляет более500}0млн.рублей. Системы целесообразно применять на предприятиях министерства среднего машиностроения (например, п/я Г-4805, п/я А-7040).

/V Пр1 оценке точности АИСучтены: погрешность автоколлиматора

сканирующего устройства , влияние температуры ( оА ), вибрации ( ) и погрешность юстировки й»о • По сравнению с существующей методикой измерения общая погрешность уменьшена в 6-9 раз и составила менее 10".

Преобразование коордитты лазерного пятна в автоколлиматоре

в цифровую форму осуществляется перемещением растров вдоль координатных осей. На рио.5 схематично представлен фотоприем- . ный узел с неподвижным и подвижным растрами и зависимость выходного напряжения фотоприемника от положения растра. Координата Х0 соответствует смещения пятна от условного нуля. Число импульсов, соответствует координате. Для того, чтобы счет импульсов происходил от энергетического центра пятна, используется опорное напряжение . ^

В погрешность автоколлиматора входят: погрешность окопределения координаты пятна, погрешность .дискретности раст-

к г

ров и-погрешность ¿п от несовпадения ¿дп ' плоскости растра с фокальной плоскостью объектива автоколлиматора.Погрешность определения координатм пятна в линейной мере

Д=(п,- + Р\ (йп, ■/• йп2) >

где Ц|, - числа импульсов .для сравниваемых наложений

пятна, VI - шаг растров, дк. - погрешность шпга,д>1, , погрешность счета импульсов. 1<1аксимальное значение

где /V - число штрихов растра. В угловой мере

V

где Р - фокусное расстояние автоколлиматора, § - длина хода луча.

Ог - ала То .—г—- >

С ^ ■/ <- ЛСс^У ..

где Л и У - параметры сканирующего устройства.

¿»«.¿¿.¿Г,

Ри с. 5

где И - показатель преломления воздуха, температур-

ный градиент показателя преломления, сАТ/с1Э - градиент температуры среды по дистанции.

и

где - вибрация фундамента, ^ - переводный коэффициент.

(V у °

где^цТ - погрешность угла пентапризмы, Г* .Го - увеличения трубы теодолита, используемого для юстировки и трубы с ус -ловным окуляром.

Предусмотрена возможность снижения погрешности измерения путем устранения ее составляющих от вибрации и влияния температуры (АЙС-3). Одновременно отпадает необходимость в построении . виброизолирующего фундамента и в создании для системы специальных климатических условий. Это повышает эффективность разработки. Система содержит опорный канал для измерения положения базового отражателя конструкции. При этом, результатом измерения является разность результатов по сигнальному и опорному каналам.

На автокоялиматор после отражения приходят два луча и в плоскости растров высвечивается два лазерных пятна (рис.6 /. До тех пор, пока подвижный растр не начнет перекрывать лазерное пятно, будет регистрироваться постоянное напряжение (рис.? ). Чем ближе будет передний край, подвижной решетки к энергетическому центру лазерного пятна, тем больше будет крутизна -роста импульсов. Во время движения растра между лазерными пятнами наблюдается участок с постоянной амплитудой импульсов. Число импульсов соответствует положению пятна в плоскости измерительного растра, а соответственно и углу наклона отражателя. Для определения относительного смещения двух пятен можно выделять участок с максимальном крутизной огибающей сигнала. Для этого можно задать два опорных напряжения:

1)"с =0,75Г»и 1С =0,25 V*

и сравнить с ними выходной сигнал фотоириемника. Запуск счетчи. -

V Рис 6

Vm Vo

и

.и

упор

J

Рис. 7

ка импульсов следует производить сразу после того, гак импульсы превысят гранипу Ц^1 . Когда импульсы сравняются с опорным напряжением "Мо" , следует произвести "останов" счетчика.

С помощью предлагаемого створофхксатора-ЛАСТ (рис. 8) автором бил проверен новый способ створного измерения. Створофиксатор реализует одновременно дифференциальный метод повышения точности.

Время одного измерения составляет окаю 10 с, погрешность - около 0,1 мм.

На базе общих принципов построения ИИС построены и исследованы системы с частотной разверткой в электрическом диапазоне. В частности, на рис.9 приведена электрическая схема ИС (без ГКЧ и частотомера) о параллелыю-последователышм опросом 100 резонансных ИЦ. Максимальное изменение параметров ( или С ) -±10%. Рабочий диапазон частот - от 10 до 68 кГц. Основная погрешность измерения - около 0,1?;. Габаритные размеры - около 200x30 х х1С0 мм3.

В шестой главе приврдятся результаты разработка! специальных узлов ИИС и частные технические решения:

- лазерный автоколлиматор ЛА-3;

4 - ГКЧ, ИЦ и выделители особых частот;

- матричный анализатор изображений МАИ с параллельным восприятием-поверхности;

- импульсный локатор на полупроводниковом лазере дня сканирующего анализа трехмерных изображений.

Заключение

I. В диссертации поставлена и решена крупная, имеющая важное народнохозяйственное значение проблема: широкодиапазонное частотное представление измерительной информации с освоением оптического .диапазона до 10 Гц и "вырожденных" разверток, слитых по оси времени или по оси частот; создание соответствующего класса эффективных, удовлетворяющих современным требова -нпям ИИС, основанных на "новом подходе к частотному развертывающему преобразованию и определению положений рассредоточенных объектов для экстремальных условий. При этом получены теоретические обобщения, развитие теории и практики проблемноориенти-рованных иис.

аз

2. Проведено целенаправленное исследование развертывающих систем и устройств с ЧМ сигналами. Это позволило синтезировать новый класс ИИС с частотным развертывающим' преобразованием, разработать обобщенную модель ИИС, предложить частные варианты

и раскрыть возможности эффективного'применения ИИС для частотного представления измерительной информации, для геодезических створных измерений и диагностики космических кораблей.

3. Предложены методы исследования ИИС с применением математического и.имитационного моделирования на ЭВМ, позволяющие, в частности, выделять, анализировать основные составляющие погрешности и оценивать быстродействие ИИС.

4. В ИИС заложен новый подход к сбору и преобразованию сигналов первичных преобразователей, основанный на сопоставлении частоты широкодпапазонного.ГКЧ с особыми частотами ИЦ, выделении моментов совпадений и измерении в эти моменты текущих значений частоты. Такой подход позволил вскрыть новые свойства ЩС, а именно, снижение требований к стабильности развертки и возможность использования ИЦ с.разнообразными особыми частотами.

.5. Разработаны лазерные методы измерения положений" рассредоточенных объектов, заключающиеся в' решении практических задач по обслуживанию ускорителей, шахт, громоздкого оборудования в опасных условиях, при радиации,, вредных испарениях.

6. Исследования использованы при создании систем АИС, створофиксатбра ЛАСТ, систем ИСЮС, ИС2, ИСЮОР и др. Повышена степень автоматизации .диагностики космических кораблей и при выполнении геодезичерких наблюдений. Снижена сложность систем по сравнению с коммутаторными' системами.

• 7. Теоретические положения могут быть применены при проектировании 'ИИС в.задачах космической техники, геодезии, робототехники, строительства, оптического приборостроения, .сельского хозяйства (Приложения 1-6),

Основные положения диссертации.отражены в работах:

.1.А!мромин С.Д.', Некрасов Л.П., Цаленко М.П. Мультирефпекс-ные системы о частотным развертыванием /Развертывающие системы/ Под ред.ВЛ. Славянского.- М.: Энергоатомиздат, 1976.-е. 25-36.

2. Амромин С.Д;, Некрасов-Л.П. Информационно-измерительные системы с частотным развертывающим-преобразованием.-М.: Энерго-

атомиздат, 1983. - 88 с.

3. Некрасов Л.П. ^ созданию роботизированных систем в НЖГЛиК // Исследования по прикладной геодезии и картографии/ Под род.В.И.Ворожцова. —ГЛ.: ВАГО АН СССР, 1988, - с.51-59.

4. Некрасов Л.П., Куба А.П. Автоколлимационная система дош определения углового'положения разнесенных отражателен // ОШ. -1988. - j,; 2. - с.36-38.

5.Некрасов Л.П. Узкополыше устройства регистрации света // ОШ. - 1985. - JÍ 4. - с.59-60.

6. Амроыин С.Д., Некрасов Л.П. Метод частотного сканирования. в автоматизации измерительного процесса // Автометрия.1974. -

1Ь 3. с.3-9.

7. Некрасов Л.П. Есть ли место роботам в геодезии? // Геодезия и картография. -1982. - iê 6. - С.Î6-39.

8. Немировский А.Б., Некрасов Л.П. Использование фотоэлектрических тахометров для измерения отношения скоростей вращения . двух валов // ОШ. 1990. - № 9.

9. Немировский А.Б., Некрасов Л.П. Двухлучевой интерферометр в доплеровском измерителе разности'скоростей // 0МП.-1991. JÁ 5.

10. Некрасов Л.П., Кудрин В.Н. Автоматизированное сканирующее устройство // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе: Тез.докл.к Всесоюзному совещанию, часть1. -Барнаул, AMI, 1980. - С.93-94.

11.Некрасов Л.П. Развертывающее -преобразование физических величии в частотный сигнал // Там же. 1984. - С.53.

12. Некрасов Л.П'., тумилович В.Ю., Черепанов В.Г., Сафишин Н,Б, Установка для снятия диаграммы излучения сканирующим фотоприемником // Там же, часть П, 1988. - С.33-34.

13. Некрасов Л.П., Тумилович B.D., Романов В.В. К применению четирехквадрантного фотодиода // Там же, часть I, 1990. -С.28-29.

14. Некрасов Л.П. /Детод определения координат лазерного • пятна // Обработка изображений и дистанционные исследования:. Материалы региональной конференции. - Новосибирск, Ж СО АН СССР, 1Э81. - С.92.

15. Некрасов Л.П. Разработка' роботизированных систем в НЖГАиК для автоматизации измерений // Астрономические и геодезические исследования: Труды УП съезда ВАГО АН СССР.'- М.,

1982. - С.85-90.

16. Некрасов Л.П. Автоматизированный лазерный автоколлиматор // Методы и средства обработки оптической информации: Материалы семинара. - М., 1983. - С.41-43.

17. Амромин С.Д., Некрасов Л.П., Трушин В.А., Цапешсо М.П. Мультирефлексные информационно-измерительные системы и их ис -пользование в биологии и медицине // Электроника, физика и математика в биологии и медицине: Тез.докл. - Новосибирск: НЭ1И,

1973. - С.17-18.

18. Некрасов Л.П. Частотное преобразование при многоточеч -ном контроле и измерении биологических параметров / Там же. Ст89.

19. Некрасов Л.П., Рогачевский Б.М., Соловьев И.С. Особенности использования микросхем 2СС842' в активных инфранизкочастот- ' ных фильтрах // Измерительные информационные системы / Под ред. М.П.ЦапенКо. -Новосибирск, НГУ, 1978. - С.166-171.

20. Некрасов Л.П. Анализ измерительных цепей резонансного типа .для систем с частотным сканированием // Информацчотшо-изме-рительная техника / Под ред.М.П.Цапенко. - Новосибирск,¡{ЭТИ.

1974. - С.92-98.

21. Некрасов Л.П. Частотная измерительная система с преобразованием параметров цепей в эквивалентное значение периода

// Там же. -С.99-103.

22. Некрасов Л.П. Об освоении оптического'диапазона частотных информационно-измерительных систем // Оптика и спектроскопия: Межвуз.об.науч.тр.-Новосибирск, Инженерно-строительный институт; 1977. - С.77-87.

23. Некрасов Л.П. Юстировка сложной оптико-электронной системы // Прогрессивные методы изготовления и контроля современных оптических и оптико-электронных приборов: Межвуз.об.-Новосибирск: НШГАиК, 1982.' - С.21-26.

24. Некрасов Л.П. Оптические сенсорные устройства порогового типа // Оптико-электронные системы и приборы /Межвуз.об.-Новосибирск, НИИГАиК, 1980. - С.84-#1,

25. Некрасов Л.П. Об одном методе определения координат лазерного пятна.// Оптико-электронные системы и приборы / Межвуз. об.- Новосибирск, НИИГАиК, 1983. - С.125-129.

26. Некрасов Л.П. Оптико-электронные пороговые устройства, -Новосибирск, 1980. -17с. - Деп.в ЦНИИТЭИ приборостроения,

№ 1324.

з

27. Л.о.1320657 СССР, МКИ 01 В 11/00. Створофиксатор /Л.И.Некрасов., А.М.Белкин, М.П.Остроменский (СССР) . - 2о.: ил.

28. A.c.1564726 СССР, МКИ3 НОЗ М 1/26. Преобразователь перемещения в код / Л.П.Некрасов, В.Г.Черепанов, Б.Н.Чуличкин, В.Ю.Тумилович"(СССР). -4с.: ил.

29.А.с. 1269262 СССР, ЩИ3 НОЗЛ 1/24. Фотоалектричесмм преобразователь угла поворота вала в код /Л.П.Некрасов, Ю.Н.Са-лин, б.н.Чуличкин, ю.и.Ямщиков (СССР). - 5с.: ил.

30. Немировский А.Б., Некрасов Л.П. Устройство для измерения соотношения скоростей вращения двух валов, / Решение ВНИИГПЭ о выдаче а.с. по заявке № 4761537 от 23.11.90.

31. A.c.1455322 СССР, МКИ3 Ol РЗ/56. Устройство для измерения относительной разности скоростей вращения / А.Б.Немировский,

' Л.П.Некрасов (СССР). - Юс.: ил.

32. A.c. 325602 СССР, ЫКИ3 05 5/00. Устройство для защиты высоковольтного стабилизатора напряжения Д.П.Некрасов, В.Д.Гительсон (СССР). - 2 е.: ил.

33. Специализированные измер!тельные средства инженерно-геодезического назначения. Некрасов Л.П., Украинко В.М.: Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии. -Новосибирск, 1993. - 275с.: Библ.34. Назв.-Русс.дек. в ОНИПР ЦНШГАиК.

34.А.с.1679386 СССР, МКИ 01 РЗ/54. Устройство для измере-i ния соотношения скоростей вращения двух валов / А.Б,Немировский,

Л.П.Некрасов (СССР).- .3. с.: ил.

Автор благодарен ученым, чьи работы послужили отправной точкой, своему учителю профессору, заслуженному деятелю науки и техники России Цапенко М.П., оппонентам, рецензентам, членам Совета за внимание к работе и человеку. Большое спасибо!