автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Координатно-чувствительные информационно-измерительные системы с повышенной разрешающей способностью

ь. I

-Л г'-

АЗЕРБАЙДЖАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ НЕФТЯНАЯ АКАДЕМИЯ

Ь'а пр::пах рукописи

АЛИЕВ РУФАТ МАМЕДОВИЧ

5(00 РД И НАТНО-Ч УВСТВИТЕЛ ЬНЫ Е ИНФОРМАЦИОННО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПОВЫШЕННОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

05.1!.16 — Информационно-измерительные системы (промышленность, наука и научнее обслуживание)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Баку —

1992

Работа выполнена в Азербайджанской государственной нефтяной ака-

лаурсат Государственных премий СССР и Азербайджанской ССР, академик АН Азербайджанской Республики, доктор технических наук, профессор АЛИЕВ 'Г- М.

доктор технических наук, профессор ДЖАГУПОВ Р- Г., доктор технических наук, профессор АБДУЛЛАЕВ А. А-, доктор технических наук, профессор ЧЕБАРЕВ А- П.

Ведущая организация — Институт космических исследовании природных ресурсов (г- Баку*

на заседании епециализ! _

сксй государственной нефтяной академии по адресу: 370601, г. Баку, проспгкт Азадлыг, 20.

С диссертацией можно ознакомиться и библиотеке Азербайджанской государственной нефтяной академии.

демии

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Защита состоится

Автореферат разослан « . . . »

1992 г.

Учены:'; секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

КРИВОШЕЕВ В. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблему. Современные производства характеризуются большой насыщенностью средств измерений, в том числе информационно -- измерительными системами (ШО), осуществляюцими азто-контроль технологических параметров производственных процессов. Измерительными параметрами в ШС могут оыть различные мехличес-кие, электрические, магнитные, акустические, тепловые и другие физические величины. Все эти величины распределены в пространстве и во времени, иглеют координаты и в зависимости от свойства обладать направленностью могут быть векторными или скалярными. Координаты физических величин являются отражениями материального мира и источником знаний об 'измерительной информации. Формирование координат измеритчльной информации, их передача и преобразование в ИКС базируются на различных проявлениях полей, колебаний и волн.

На вход ИИС измерительная информация поступает с датчиков физических величин, воспринимающих состояние объекта измерения в различные моменты времени, что отмечается свойством ее координатной чувствительности. В особенности эти свойства проявляются при измерениях геометрических величин ,'дшш линий и толщш, высот и расстояний, линейных и угловых перемещений, любой графической шформацип и изображений), координат которых тесло связана о чукстсителыюстьв измерительных систем, ввиду чего такие системы . иоаю определить как координатно-чувствителыше ИИС.

■Чангауляторц poбoтoвí аппаратура технического зрения, системы локации и навигации обладают координатной чувствительностью. Изучение системных свойств различных объектов, неразрушакщий контроль веществ и материалов, дефектоскопия малин и оборудования неразрывно связаны с координатными измерениями. Мощным средством повышения эффективности научных исследований является использование устройств, обладающих координатной чувствительностью, таких как мыши, сканеры, свотовые перья, дигитайзеры ^афической информации, электронные дисплеи.

чоордтшатиая чувствительность является одним из наиболее важных . параметров измерительных систом и характеризует их качество и эффективность. Изучение литературных .источников по измерительным системам позволило сделать шьод с том, что в настоящее время недостаточно аехчо освещены попроси исследования координатной чувствительности, установления ее связи с измери-

тельной информацией, ее информационного анализа и комплексной оценки.

Другим важнейшим параметром измерительных систем являетсд разрешающая способность-параметр, определяющий погрешности и динамические свойства систем, которая также недостаточно полно исследована ь координатш-чугстБителышх ИИС.

Вместе с тем разработка новых высокоточных сизтем требует обоснованного применения методов преобразования измеряемы; величин и выбора диапазона измерения на.основе,системного анализа координатной чувствительности и разрешающей способности и их путей повышения.'

В етсй связи разработка теоретических обобщений и прикладных аспектов построения координатно-чувствительных КИР (КЧ ШС) с повышенной разрешающей способностью, чему посвящена настоящая дис-сертацио:шая работа, является актуальной научно-технической задачей.

Нрльу) работы являются теоретические и экспериментальные исследования принципов построения -I разработки координатно-чуЕстви-тельных ИИС,теоретические исследования координатной чувствительности и разрешающей способности,а также разработка методов и алгоритмов повышения разрешащей способности в КЧ ИИО.

В соответствии со сформулированной в работе целью решены следующие задачи:

-ьсслодованы особенности и принциш построения КЧ ШС; -исследована информационная связь координатной чувствительности с измерительной информацией и ее координатами; -исследована разрешающая способности КЧ ИИС; -исследованы и разработаны алгоритмические и структурные методы повышения разрешащей способности в КЧ ИИО;

-исследованы погрешности и разработаны алгоритмы и методы их коррекции г КЧ ШС;

-разработаны и вкспер^онталыю .исследованы КЧ ИИС с повышенной разрешающей способностью;

-разработано прикладное алгоритмическое и программное обеспечение специализированных КЧ ИИС.

Методы исследования базируются на использовании теории информации, аппарата математического анализа, векторного, тензорного и операционного исчислений, конформных, отображений, теории ветюят-ностей и математической статистики, теории поля и колебаний.

.Обработка информации осуществлял. -ъ с помощью пакетов программ

из математического обеспечения ЭВМ серии FC (1020, 1032, 1045), микроэвм (Электрет¡ка-60, ДВК-2,3, К1-20), миниЭВМ серии СМ(3,4), ПЭВМ (IBM PC AT(28'j)), входящих в состав комплексов разработанных КЧ ИИС,а также с помощью прикладных программ,созданных в процессе работа.

..Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе заключается з следующем:

1. Определен класс коордшатно- чувствительны;: КИС, применительно к геометрическим координатам измерительной информации.

2. Введено понятие координатной чувствительности измерительной информации, раскрывающее взаимосвязь между измерительной информацией, как содержателььой характеристики отражения материального мира и координатами измеряемой величины. Пповедены исследования координатной чувствительности измерительной информации.

3. Предложены математические модели информационных сигналов в КЧ ИКС при различных законах тгаибинирозания и смешивания полезного сигнала и .томехи. ''

. 4. Предложено определение разрешающей способности, как числа достоверно различных градаций результатов измерений в интервале измеряемой величины, принятом за единицу мэры.

Ь. Проведено исследование разрешающей способности КЧ IMG в системах с изменяющимися значениями-входных.и выходных геометрических координат измерительной информации.

6. Предложены алгоритмические и структурные мэтотда повыше-гшя ■ разрешающей способности КЧ ИКС, основанию w коррекциях погрепностей, сбоев,промахов измерений, селекции информационного сигнала и использования композиционного информационного кадра.

7. Исследоваш; погрешности кЧ ИИС и предложены метода и алгоритмы их коррекции.

8. Предложен!1 и Исследованы структурные схемы автоматической коррекции погрешностей КЧ ИКС.

Изложенные выше научные результаты выкосятся автором на защиту.

Результаты научных доследований составили теоретических и практическую основу для создания ряда КЧ ИИС с высокой разрезающей способностью и широкими функциональными возможностями,используемых в промышленности и в научном обслуживании,

Практический. iigHSQCfb л вне прение. Новые методы анал-тза и ис-? следования координатной чувствительности и раррошэ'юш/Л способности в измерительных системах позволили разработать и создать ХЧ

ШС с повышенной разрешающей способностью и точностью с оптоэлэк-троннымк и ультразвуковыми преобразователями,разработать алгорит-ритмические и структурные методы повышен^.. разрешающей способности и коррекции погрешностей. Разработанные КЧ ШС позволяют полуавтоматически и автоматически производить преобразования координат. измерительной информации, организовывать диалогогьй и интер-рактивный обмен иъ^ормации в эрратических система'* и могут быть вклинены в информационные и управляющие контуры АСУ ТП. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение систем ориентировано на локальные вычислительные устройства, выпотитще гед-варительную ооработку измерительной информации, позволяет сопрягать их с производительными ЭВМ верхнего уровня. Аппаратные решения, заложенные в блоках систем, обеспечивают их функционирова-нио в реальном и трансформированном масштабах времени, позволяют существенно повысить быстродействие систем.

Внедрение в промышленность разработанных систем позволяет о высокой точностью и достоверностью осуществить автоконтроль геометрических параметров различных технологических объектов, а широкая функциональная возможность аппаратуры' и ее быстродействие позволяет повысить оперативность и еф^активность процессов измо-ранкя.

Результаты диссертационной работы (теория,катода, структуры, алгоритма, программное обеспечение, авторские свидетельства, эксперимента льные макеты к опытные образцы ) были использованы прй выподнеаш опнтно-конструкторски и научао-иссладовательжих работ под руководством автора к при ого непосредственном участии и была внедрены в период с 1935 го 1992 годы на предприятиях НИИАС ( г.Косква ), п/я 3-8279 (г.Черкассы), ЦНИЛ Госкошефтепродукта РСФСР (г. Астрахань), РАПО Азербайджанской ССР (г.Физулн),- НПО Кос-нических исследований (г.Баку), Мшгоодхоза Азербайджанской ССР (г.Баку) в соответствии с комплексными и тематическими планами различных ведомств.

Полученные в работе результаты приведены в отчетах хоздоговорных НИОИР & 155/85-87, ЛИ57/85, Й306/85-86, $307/35-86. /5158/86, .41175/88,/6163/91 -92 (государственная регистрация /а» 01.85.0077703, 01.85.0065023, 01.86.003668, 01.86.0036425, 01.88.0044284, 01.91.0050762), и подтверждены 11 актами внедрения в промышленность к науку.

Результаты научных исследований широко используются в учеб-

ном процессе и в научно-исследовательских работах студентов.

ннй и результаты работы обсувдались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях:

- Всесоюзных научно-технических конференциях "Радиоэлектроника в народном хозяйстве СССР (г.Куйбышев, 1970,1971 г."1.);

- Республиканской научно-технической чонференщ I "Структурные методы повышения точности и чугствительности измерлтелвных преобразователей" (г. К;гов, 1977 г.);

- Республиканской научно-технической конференции молодых ученых ВУЗов, НИИ и КБ (г.Баку,1977);

- Республиканском научно-техлх зеком семинаре "Применение микропроцессорных вычислительных систем для управления технологическими процессами" (г.Смоленск, 1980 г.);

- Республиканской научно-технической конференции "Структурные метода повышения точности,чувствительности и быстродействия измерительных приборов л систем"(г.Житомир,1935 г.);

- IV Всесоюзном совещании "Координатко-чувствителмше фотспри-емшпот и оптико-электронные устройства на их основе" (г.Барнаул, 1987 г.);

-Всесоюзной научно-технической конференции "ШС-87"(г.Тац-кент, 1987 г);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Образное представление данных в управлении и научных исследованиях" (г.Грозный, 1987 г.);

- Всесоюзной научно-технической конференции " Организационно-экономический механизм развития работ по автоматизации управления производством" (г. Москва, 1988 г.);

- Всесоюзном совещании "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (г.Барнаул, 1908 г.);

- II Республиканской научно-технической конфэренции "Проблемы создания систем обработки, анализа и распознавания изображений" (г.Ташкент, 1989 г.);

- Республиканский научно-технической конференции "Диагностика и коррекция погрешностей преобразователей технологической информации" (г.Киев,К89 г.);

- Всесоюзном совещании " Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (г.Барнаул,1990 г.);

- Республиканской конференции "Новые электронные приборы и ус-

. Основные положения проведошшх исследова-

тройства"(г.Москза, 1991 г.);

- II Всесоюзном совещании "Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов" (г.Барнаул,1991 г.);

- I Республиканской научно-методической конференции " Система автоматизированного проектирования в чертежно-конструкторских работах " (г.Заку,1У91 г.);

- I Международной конференции "Нанотехнология, найоэлектроника и криоэлектроника" <г.Барнаул, 1992 г.),

а также на многих научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Азербайджанский государственной нефтяной академии'б период с 1962 г. по 1992 г.

Опытные образцы и экспериментальные макеты систем, комплексов, приборов и- устройств сданы в эксплуатацию на объекты заказчика.

Результаты работы получили также апробацию на прокаленных предприятиях, НИИ и КБ в процессе выполнения с ниш совместных

В полном объеме диссертационная работа обсуждалась и получила положительнуй оценку на объединенном семинаре кафедр "Информационно-измерительная и вычислительная техника", "Автоматика, телемеханика и электроника", "Автоматизация производственных процессов", "Метрология, стандартизация и управление качеством"," Автоматизированные системы управления " и " Вычислительные машины и • программирование" факультета автоматизации производственных процессов Азербайджанской государственной нефтяной акадэмии.

, ПщЗШШШГИ. По материалам диссертации опубликовано 82 работы, в том числе 20 авторских свидетельств на изобретения и патентов.

из введения, пяти глав, заключения,приложения и стилка литературы из 207 наименований» изложена на 272 страницах машинописного текста и содержит 60 рисунков.

Во ввелении обоснована актуальность теш диссертационной работа эмулируется цель исследования, приводятся основное защищаемые положения и краткое описание содержания работы.

В первой глякй рассматриваются проблемы построения координат-но-чувствительшх ИИС, проводится анализ современного сос:эяния проблемы исследования,выявляются особенности .измерений как спосо-

работ.

. Дисс ртационная работа состоит

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ба получения количрственной и качественной игформации о величинах, характеризуют®, различиче физические явления и кроцессц.Рассматривается природа ю;формаци" кзк отражение объективных закономерностей материального мира и совокупность свиданий, ум^.чышщих неопределенность знаний об объекте измерений, носителем которой является информационный сигнал. Аналисирушсс различные средства измерений по их фу.чкционалъному наз1шеты и з том числа системы автоматического контроля, технической диагносчжи,телеизмерительные системы и измерительно- вычислительные системы и комплекса. Рассматриваются назначение и структуры ИИС, входные и выходные параметры И11С и связь их с координатами пространства и времени, характеризующая состоя!же и свойства объектов и физических сред. Указывается на особенность задач определения иг.леряемых величин по их геометрическим координатам (расстояний, динейгах и угловых перемещений» площадей,объемов и др.) и взаимосвязи с чувствительностью ИИС. Поэтому ИКС, наделенные таким свойством, предлагав пся определить как координатко- чугстЕИтельгео ИКС (КЧ ИИС). PacJмaт-риваются КЧ ИКС автоматического контроля текущих коорлнат траекторий наклонно бурящихся скважин, телевизионная система контроля размеров предметов по их координатам граничных точек,.система измерений расстояния локационного типа, рентгеновский томограф» компьютер которого вичиеллет проекции срезов внутренних органов пациентов.-

В главе рассмотрены координатно-чувствитепььые (позицион-но-чувстштельныэ) измерительные преобразователи систем,осуществляющие кодирование геометрических координат измерительной информации. Рассмотрены чувствительности систем и их преобразователей, определяемые по известным значениям входных X и выходных Y вел!-чкн, соответственно,при линейном и нелинейном преобразованиях из выражений:

У йУ д¥

3 = —; Б= -- = - • (1)

X <ЗХ ДХ

Если .....Эп - соответственно чуротвитэльности пер

вого, второго и 11-го звеньев КЧ ИИС, то справедливо уравнение

3=3., ----Бп (2)

Помимо измеряемой величины на звенья ИИС могут воздействовать побочные факторк: пум температура Г, давление Р. радиация Иа и др. Тогда при 1-тых значениях входных и выходных величин получил:

Г( Х1. Т, На, Р. ...), (3)

а полное приращение выходной величины определится из вырикэния:

01, 61, 81,

ш^х < 0Г{й>I + "51• • • • (4>

Здесь частные производные- кооффициенты правой части уравнения являются частными чувствительностями ШС к измеряемой величине Х1 и побочным факторам: '

01( , бУ^ д!^

Зх= е»х{; йе= а?{ • Зг= ат{:..... .(5)

Отсюда следует, что неравенство нулю чувствительностей 5{, Б .... служит источником погрешностей измерительных систем.

Входные ;х,у,а,...) и выходив (ХД„2,...) информативные физические геличины, дейстЕукщие в КЧ ИКС могут быть по своей природа однородными или разнородными.

Если входным параметром КЧ ШС является величина х,а выход- . ным X, то чувствительность, соответствующая изменениям этих ветчин определится из:

V <5>

При двух входных х,у и двух выходных- Х,У величинах возможны следующие' значения чувствительностей:

8 - . к--^- й - -ИХ-- я - (7)

2 ей » V бу ' Ьху~ бу ' йх • .

При двух входных х,у и одаой выходной Ъ :

с „ с, .. <12,

При одной входной г ж двух выходных ХД:

8 .г" ' ^ "£г * <9)

В КЧ ИИС при преобразовании физических величин обычно оперируют с геометрическими координатам! измеряемых величин. Поэтому при определении чувствительностей таких систем необходимо использовать изменение независимых состазляющих зеличин и стремиться снизить до минимума или гулкостью исклгшть корреляцию перекрестных. параметров, например, путем их временного разделения.

СравнителышЯ анализ различных КЧ ИИС показывает, что в них все более широкое применение получают системные преобразования (оптические, радиэволновыэ, акустические и др.). позволяющие подобно рецепторам биологических систем воспринимать координаты исследуемых величин. Наметившаяся тенденция построения таких ИИС предполагает возрастающее применение интегрированных средств вычислительной техники, на которые возлагаются задачи измерительной техники и предварительной обработки измерительной информации. Большое значение приобретают вопросы хранения информации в виде констант, таблы и программ, увеличения чувствительности, разрешающей способности, повышения быстродействия систем, организация диалогового обмена информацией'между системой и оператором. Потребности науки и техники ставят высокие требования по разработке новых высокоэффективных КЧ ИИС. Вместе с тем в настоящее время недостаточно полно исследованы такие важнейшие качественные параметры измерительных систем как их координатная чувствительность и разрешающая способность, не установлена их связь с измерительной информацией,не исследованы специфические инструментальные погрешности и методы их коррекции,недостаточно проработаны вопросы разработки и экспериментального исследования интерактивных средств Евода и редактирования информации.

Вышеизложенные выводы обусловили выбор цели исследований настоящей диссертационной работы.

ВЩ2М_Г.пашз посвящена теоретическим исследованиям координатной чувствительности измерительной информации.Рассмотрена взаимосвязь между координатной чувствительностью S измерите аыюй иифор-рмашш 1с ,как содержательной характеристики отражения материального мира и координатами С измеряемой величины:

Ic =Sc С , (10)

Приведены оценки Sc путем использования логарифмической и вероятностей мэр измерительной информации Хартли и Шеннона. При Н возможных априорных и п апостериорных значениях измеряемой величины координатная чувствительность приобретает вид:

I log (N/n)

• s = -2— = -Sa--(II)

С С

При 11=1, Sc=Sc пот, т.е. достигает своих потенциальных значений при любых величинах координат и при измерениях без погрешнос-

тейР малым значениям координат соответствуют большие значения Sc и, наоборот,большим значениям С -малые Sc. Предельное зрачение Sc определяется из выражения:

S= .пред.= ^ . <12>

Это говорит о том, что при сверхмалых значениях координат Sc стремится к бесконечности,' что и имеет место в задачах анализа элементарных частиц. По этой же причине при больших 'значениях С необходимость, в больших Sc отпадает, В реальных объектах измерения координатная чувствительность имеет двухстороннее ограничение в интервале своего измерения, что находит' СЕое -подтверждение в рецепторах кивых организмов и технических устройств при повышении предельных значений координат и, как следствие, возможного разрушения и потери их чувствительности, с одной стороны,и ограничение верхнего предела чувствительности рецептора, когда последний перестает различать малые значения координат, с другой стороны. Поэтому верхний предел можно назвать порогом координатной чувствительности Sc ПОр .

Таким образом, рассматриваемая координатно -чувствительная зависимость является естественной для объектов измерения.

Координатно-чувствител!ная зависимость измерительной информации хорошо согласуется и с гипотезой Шеннона о гиперболическом законе априорного распределения плотности вероятностей измерительной информации. Это распределение плотности вероятностей различных значений измеряемой величины вдоль диапазона ее измерения не зависит от свойств конкретных измерительных устройств и определяется только свойствами самой измеряемой величины. Конкретное измерительное устройство всегда имеет ограниченный диапазон, вне которого - вероятность обнаружения значений измеряемой величины равна нулю. Рассмотренная налогия позволяет использовать теорию информации и вероятностные методы оценок та анализе координатной увствительности.

При п>1 происходит уменьшение Sc-П0Т-. что указывает на энер-гет1!ческий отбор измерительной информации и снижение точности измерительного процесса. При идеально .точном измерении (п=1) координатная чувствительность определяется из выражения:*

= W L°S ^ • Ac/ , (13)

где We- детерминированная составляющая энергии измерительного сигнала; случг'шая составляющая; к - энттюпкйный коэффициент закона распределения С.

Зс даже в, идеальном случае ограничена флюктуация^ измеряемой величины. Sc п „ тем больше, чем больше ■ отношение энергий сигнала W. и помехи и меньше значения координат С.

При реальном измерении (п>1).координатная чувствительность становится разной:

Sc ,р.= ~ loS А, ;г1с>/ (WJ-WoJ , ' (U)

' где И.' - детерминированная составляющая энергии сигнала, полученная в измерительном устройстве; W'gc- случайная составляшая энергии помехи.

За^ас или избыточность координатной чувствительности определяется из формулы:

7 = ■ пот~ Sc .р . _ с.р. _ 3 с ' с?

с. ПОТ "с. пот •

1- (log N/<ivc'WgcWgc) / log JL У(ИС/ Wgj ] (16)

Далее в главе проведены исследования мер измерительной информации. ви. .ов полей, колебаний и боли применительно к координатам геометри"еских величин измерительной информации, и для позышения точности измерений подчеркиваете? целесообразность использования волновых к квантовых явлений, которые базируются на естественных константах и шкалах длин волн электромагнитного излучения.

Координатная чувствительность измерительной информации не является величиной постоянной и это особенно проявляется в преобразователях геометрических величин в виде нелинейности их функций преобразования. В этой связи мокко воспользоваться комбинированием методов преобразования измерительной информации, позвол!.:о-щих получить высокую линейность функций преобразования и чувствительности. В главе исследуется датчик малых перемещений с частотным выходом и струнный электрометр. В датчике малых перемещений используется одновременное изменение индуктивности L и емкости С,

образуодих резонансный контур в цепи обратной связи усилителя. Чувствительность датчика 5 , определяется из выражения:

-«-= Ж . Л + Л . --1_ rJ___!_ ), (16)

Й5 <?с <30 31 С1Д 1 4тоГЬС~ й-б Х-8

где I- частота выходного сигнала; 1- начальное расстояние между пластинами конденсатора; I - длина катушки индуктивности; 8 - перемещение.

Если сравнить чувствительности чисто индуктивного и чисто емкостного типов датчиков с рассматриваем!, то оказывается, что ->го чувствительность в (1+ (Б^/Б^) или (Гь^/Э^)) раз будет большей.

В струнном электрометре струна под действием электростатического поля при перемещении испытывает деформацию. У деформированной струны изменяется сопротивление. При известных начальных условиях зависимость изменения сопротивления ЛИ от перемещения б находим, используя принцип суперпозиции относительного изменения сопротивления струны и решения уравнения деформации упругих тел:

= С 1+2ц+с (1-2^)1 Ц- = 1/Щ- , ■ (17)

где ^ - коэффициент ■Пуассона; С - коэффициент Бридамена; к - коэффициент чувствительности; И - сопротивление недефор-мированной струны; I - длина струны.

В окончательном виде после преобразований имеем:

= Л. (ехп/г„)2 . ' (18)

И 3 0

где - длина недеформированной струны; Х0 - начальное рассеяние между нат.^утой струной и одной из обкладок плоскопа-раллзлъного конденсатора электрометра.

Теоретические и экспериментальные исследования рассмотренных преобразователей показали, что при основной погрешности 0,2%, погрешность от нелинейности не превышает 0,1%.

Таким образом применение комбинированных методов и устройств преобразования позволяет повысить чувствительность и снизить погрешность и нелчнойность преобразователей перемещения.

Далее, ь главе рассматривается шпрокснмэция координатно-чуьстьхтельной завиотмеюти прямоД линией в интервале иеммо-

ния координат 2АС и определяются изменения координатной чуь-ствительности на краях диапазона аппроксимации в виде их отрицательных прлргщэниа А5с. Эти прирааюния сникают потенциальную чувствительность измерительной информации п увеличивают погрешности измерений, что приводит к необходимости КОЛИЧЗСтЕЗКНОГО УЕ6ЛИЧ8ЯИЯ МйрН измерительной ИН^рмаЦКИ и сужения диапазона измерения координат. Величина ДЗс при этом составляет:

АЭ = З12- • , (19)

- О

г

где Б , Со - координаты точки касания аппроксимирующей прямой: Ср - абсцисса грашпш интервала.

При выбранном методе аппроксимации наименьшие погрешности должны наблюдаться в окрестности С0координат, в силу чего нуль шкалы измерительных систем следует выбирать в середине диапазона шкалы. В ряде случаев это приводит к определенным неудобствам и нуль шкалы устанавливают на левом краю диапазона, что снижает порог чувствительности систем. Этот прием допустил, т.к. при измерениях начальная часть шкалы прз"тически не используется из-за больших- относительных погрешностей и нелинейностей измерения. Между тем улучшения качества измерительного процесса можо достичь путем снижения потерь координатной чувствительности в ЛЗс/2 раз и увеличением в СгАЗс/2 раз ■ количественной меры измерительной информации. При этом возрастает порог чувствительности,уменьшаются погрешности и равномерность их распределения и нелинейность преобразования в диапазоне измерения и появляется возможность использования приборных шкал с правосторонним или левосторонним нулем.

Рассмотренные способы аппроксимации координатно- чувствительной зависимости позволяет такке оценить явления "краевого эффекта" при преобразовании координат измерительной информации.

В силу объективного энергетического ограничения измерительная информация всегда воспринимается с ошибками и для их снижения необходимо использовать участка измерения с максимальными - значениями координатной чувствительности' и малыми значениями координат. Достаточно хорошо эти требования могут быть освещены не примерз использования координат низких температур, сверхпроводимости и элементарных частиц.

•При конечных конструктивных размерах элементов измерительных преобразователей на их границах резко проявляется цоторя чувствитольости, и поэтому для ее восстановления и, следовательно для увеличения качества измерительной информации необходимо выбирать соответствующие конфигурации конструкций чувствительных элементов и использовать дополнительные источники энергии.

В качестве примера в работе исследуется электростатическое голе вблизи одного конца плоского конденсатора электрометра. Для рачета поля используется преобразование Шварца, . которое дает возможность конформно отобразить плоскость, ограниченную ломанной прямой на верхнюю полуплоскость комплексного переме шсго:

г=х-иу= (и+£у)+ Па1-Л1г+иг ■ ехр(taгgtg-^j- )], (£0)

где х,у- координаты плоскости комплексного переменного; 1 -половина расс?ояния между пластинами конденсатора; V - потенциалы пластин.

Решение уравнения ведется в полярных координатах в плоскости комплексного переменного и при начальных и конечных условиях получаются уравнения для эквипотенциалышх и силовых линий поля, которые доказивают отклонения направленности поля плоского конденсатора на ого краях. Для компенсации краевого эффекта необходимо форму пластин и их расположение выбирать таким образом, чтобы напряженность его поля убывала к краям. По указанному принципу в'струнном электрометре неподвижные пластины имеют форму, близкую к эквипотенциальным поверхностям.

В третьей главе проводятся теоретические исследования разрешающей способности и пути ее повышенния в КЧ ШС.

При информационном подходе разрешающую способность измерительных систем можно определить как число достоверно различимых градаций результата измерений в интервале игмеряемой величины, принятом за единицу меры.

. Н' основании проведенных исследований и анализа кос.рдинатно-чузствительной. зависимости измерительной информации установлена связь между абсолютной погрешностью Д при заданной мере информации и изменением координатной чувствительности ДБ в диапазоне изменения С2 - С4 координат измерительной информации. При равномерны,1 распределении погрешностей ь окрестности точки ( Э0,С0 )

середоны диапазона . разрешающую способность R определяем, из выражения:

(С--С ) з 4-°,) R= —= . —L_L . (21)

2Л 2 AS с0

Отсюда следуеет, что в заданном .диапазоне изменения коордшпт повышение разрешающей способности может быть достигнуто увеличо-нием абсолютного значения координатной чувствительности S0 и уменьшением ее флюктуация AS, а также абсолютного значения С0 и погрешности Д.

Информационные сигналы в КЧ ИИС поступают с активных и пассивных технических средств. Функционирование активных средств "вязано с излучением в окружающую сроду энергии поля и последующего приема отраженных или проходящих волн,параметры которых связаны с координатами измерительной информации. С помощью пассивных средств осуществляется параметрическое преобразование элементов цепей и их дальнейшая обработка как функций координат измерительной »информации.

В КЧ ИИС информационный процесс является пространственно-времештым и сопровождается наложением помехи на измерительный сигнал. Если через M(t,r) ^адать полезный измерительный сигнал, ■■ а через г- вектор координат измерительной информации в точке пространства, то можно получить обобщенную математическую модель информационного сигнала в КЧ ИИС:

Q(t,F)= comb { menM(t,r),Ç(t,f)]>, (22) '

где согЪ - оператор, описываадий закон комбинирования смеси сигнала- и помехи; п-з1 - оператор, описывающий закон смешивания сигнала и помехи.

На основании анзлиз'а информационных процессов в КЧ ИКС в главе показывается,что в зависимости от методов .формирования измерительного сигнала и действия помех,модель (22) трансформируется в ряд других моделей, в которых могут быть учтены пространственное и временное .разделеньз координат и помэх, а также количество составляющих измерительного сигнала:

- при отсутствии помехи, или когда ею можно пренебречь

Q(t,г)= соиЬ [Mit,г)], (23)

- при отсутствии временной связи в измерительном сигнале

Q(t,?)= comb { msHM;r),Ç(t,r)]), (24,

-18- при возможности разделения пространственных и временных координат

0(1)=сотЬ{ те1Ш(1;),£(г)]}; С!(г)=сотЪ{те1Ш(г),£(г)П, (25)

- при трехмерных координатах

0(г,х,у,Е)=сошЬ{ те1[М(1,х,у,г),5(г,х1у,г)]}, (26)

- при двухмерных ксорданатах

<за.х,у)= сотЬ{ше1Ш(£,х,у),?(1;,х)}5, . ■ (27)

- при одномерных координатах

0(1,х)= согпМ теКМ^.х), ?(1;.х)]>. . '.(28)

В свою очередь из этих чыракений можно получить другой ряд моделей,которые будут отличаться между собой наличием или отсутствие}.. з измерительном сигнале временной связи и помех и возмож ностью разделения пространственных и временных координат.

Если б спектре /измерительного сигнала КЧ ИИС содержатся гармонические колебания с независимыми амплитудами аь и фазами со^г-^) и огибающей А () со временем случайного запаздывания •

. то в частотно-зависимой форме измерительный сигнал представ- . ляется в форме: . '

0(1;)= 2 аь ).СОБ[<л (г-^)] . (29)

Измерительный сигнал при преобразовании и распространении в КЧ ИИС подвергается линейным Ол(г) и нелинейным ОнелШ ' ■ искажениям, ослабляется и мокет запаздывать на время а . При передаточной функции среды Щт:) имеем:

<зл(г)= / м; онел(г)= РЮ(г)]. (за)

Рассмотренные модели сигналов в общем виде не отражают физической природы формирования сигналов измерительной информации, особенностей и метог^в их преобразования, что обусловливает необходимость использования при исследованиях разрешающей способности систем конкретных моделей технических устройств.

В зтой связи в главе производятся исследования разрешающей способности в системах: "экран дисплея (ЭД) - световое перо (СП)" и "ультразвуковой (УГ;В) паншет - акустичеисий карандаш (АК)".

Система "ЗД - -гу используется в -составе интерактивных комплексов ввода к обра&тси изображений в ЭВМ. В такой системе свзт <.: поверхности фронтального стекла электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)

дисплоя, ¡'.спускаемый с-е лкмино'Еюрннм покрытием поступает через отверстие пера в фотопрнемшж, преобразуется в нем в электрический сигнал и после уоилегагя формируется в строб - сигнал, что позволяет с помощью компьютера определить координаты элементов растрового изображения.

В главе проводится анализ фотометрических характеристик системы и чувствительности СП, а такие четкости воспроизведения мелких деталей изображения на ЭД в зависимости от числа элементов и стандарта разложения изображения. Исследования оптической связи • люмкко^рного покрытия ЭД с СП позволяют определить разрешающую способность СП как функцию элементов разложения изображения ЭД, попадающих на поверхность фотоприемника СП и его конструктивных размеров.Получено выражение для разрешающей'способности системы с ЭД черно-белого изображения:

+1М1- 1°бР-с )(1- г0бр.к )]/(8^003 а) ^ ихь 7 ■ Ф Ф

отв . с

где йотв- диаметр приемного отверстия СП; 10ТВ- глубина приемного отверстия; - толщина фронтальной стеклоколбы ЭЛТ; У-число строк в телевизионном растре ; ^^ с и 1;об к -соответственно, полное время обратного хода луча ЭЛТ по строке и по кадру; Тс и Т^- соотьетствешю полное время Прямого-хода луча по строке и кадру; а- угол между осью СП и нормалью к ЭД.

Екражение характеризует квадратичные зависимости И3 от бол -шинства параметров системы. При йотв* О, Ла<1 и СП воспринимает менее одного элемента разложения, что приводит к снижению освещенности фотоприемншса СП и затрудняет установку СП на выбранный фрагмент изображения. При Н3>1,СП воспринимает более одного элемента изображения, что снижает достоверность кодирования информации. Оптимальное значение Кд находится в пределах 0,5<й£3.опт. <1,5.

В настоящее время в системах ввода и обработки изображений находят применение дисплеи цветного изображения с кинескопами масочного и щелевого типа. Поэтому в главе произведены иссле-дова"ия систем с такими кинескопами и найдены их разрешающие способности:

Кгм= ,5+(1/^3 ))+ I, + х

* <!-гоСР.с/тс5 (1 ^обр.х/тк'7 ^ 008 а >:

' »крапа ЗЛТ с нсмощь'о специально раа-• :'„тчтиск:?я координат. ¡Результата обрь

- ) элементов газлозкиош при до1*р;;тбль-1 спрод'-'лоъ'ия координат ьдоль горизентал.». (у "1 --0.96 -вдоль его вергнк .ли.

дсвания П3 и даны путл ее поБКЕвиая в

- ЛК", предназначенная для кодирования ■. гпСсрсшщи (ГИ) и ввода их я 9БМ.

: распространяясь от краев прямоугольного .лходят до АК, устанавливаемого на плаваете Распространение волн в планиете ссуществ-Е1с«еки ортогонально расяолокешшми з плос-оэлоктричоскиш лано.Чками, возбуждаемыми от

•.тот ЛК в ..моменты времени, пропорциотаиь-г1'. Внутри АК устакоплен пьегоэлектричес--Я. прообразует УЗВ деформации планшета в элек-

..^¡ьземмй далее усилителем и фер.чирователом *. шюкщим короткие импульсы для ЗЗМ. г .- ¿е!ш основано на известных уравнениях пъе-оовкастно с начальными и граничными усло--отояяие системы и характер закрепления ^'лзние этих уравнений дает выражение для я АК:

I, •Е.к(а) Епт —~—2----—С(1,х)Соз(а11-а0), (35)

ер'£г'1) гст

езопрпмника; С - его диаметр;

"-'"тствекно, МодуЛЬ гнга, напрякенность

• ::з<"ц:г.: и относительная диэлектрическая к(2) - чувствительность АК; Ест - " .л стержневого наконечника АК; 1ст - дли, '(г,х)- результирующий вектор смещения в .л наклона АК относительно плоскости зву-! резут "чрующим ЕбКТОрОМ и плоскостью

седеляется раздельно по осям X и У:

гдо Х„„ ,¥ - макоимэдьше значения координат; X Д"

Л1ах :по л г * т1.п ' шш

миекк&гькш знечоиия коордааат; Л - погрешность измерений.

В глава доказывается, что для получения высоких величин и Ш тобхотю устранять сбои в формировании строб-сигпала системы, носящге дитеришпрованный характер. Причиной, этого является йгврикснносгь госустичоской систем! и неплотность контакта /Л с повирхлозтьх» планшета, приводящих к появлению на выходе АК сачки икпульсоь со едоянутнми во времслш на постоянную величину гв амплитудами. При постоянном пороге формирования строб-сигнала уроне :ь его сигнала достигается амплитудой не первого, а одного ига гю&педахцях периодов колебаний пьезоприемника АК.что приводит к полыкншй погрешности сбоя, которая определяется по формуле:

Дс0= (п-1 )= сав. (п-1 ), (3?)

гдо X - дала нулевой симметричной волны Лэмба в планшете ;п. • номер периода колебаний сигнала АК, отсчитываемый от первого вступления волны; с - скорость распространения волны в планшете.

В этом случае Н31 и находятся из выражений:

X - х . X - X ,

И = ; Н = -(38)

оХ . ?.л+сг3(п-1) . ^ 2Д+сгв(п-1)

В главе показано, что эти сбои могут устраняться алгоритмическим путем с помощью либо автономных вычислительных устройств, лгбо непосредственно в машинной памяти ЭВМ, либо посредством аппаратных средств. На основании статистического анализа сбоев выявлены разностные признаки идентификации сбоев и разработаны алгоритмы и устройства, осуществляющие их, коррекцию, основанные на парных сравнениях предыдущих и последующих значений координат и селекции этих значений при заданном пороге.Устранение сбоев в системе "УЗВ планпет-АК" позволяет получить значения' Д- 0,1мм и Пах=ГЦу=5 точек/мм.

¡Тэхзвдопнке метод:1 и устройства позволяют повысить й систем ирг Яолыжх отношениях измерительного сигнала к помехе.Поэтому в главэ также рассмотрен;! вопросы применения теории статистических ретониК для ток&еняя КЧ ИКС для случая обнаружения детеркши-[ эвмтого оигаола на ф:лю аддитивного шума

Q(t)-U(t,x)+£(t). П9)

с икпестной плотностью . вероятности шума и начальных значениях коордшмт и информационного сигнала, на основании которых записываются функции правдоподобия Р(х), Р[0(х( )] и P[Q(xü)] и потерь I(x,v) , определяемыми по возможным комбинациям X и принимаемого решеш1я v. По найденным значениям коэффициента правдоподобия l(x)=P[Q(xt)]/Ptq(x0)] и порогового смещения ß =Р(х0)/Р(х1) при среднем риске ошибки обнаружения сигнала выносится оптимальное решение в следующем виде:

Q(t) =

Г'

I О,

1, егли l(x)> р

если Х(х)<

(40)

Отсюда следует, что для оптимального формирования строб-сигнала необходимо вычислять 1(х) и сравнивать его ср.. Однако этот путь требует больших вычислительных затрат и снижает быстродействие аппаратуры. Поэтому рассмотренные раннее алгоритмические и структурные методы повышения-R3 в КЧ ИИС более предпочтительны,при условии формирования импульсных последовательностей с равномерным законом распределения импульсов, что позволяет повысить отношение сигнала к шуму, а сбои, появляющиеся вследствие метода, корректировать аппаратно посредством селекторов импульсов. Рассмотренные метода, алгоритмы и структуры повышения разрешающей способности могут быть применены также-йри обработке информационных сигналов различных измерительных статей.

В КЧ ИИС произвольное значение бинарного сигнала ai в информационном кадре мокет быть найдено из матрицы А размером m*n:

НК,

1=1 . n j -i . m

2, 1

n, i

2 . 2

m. 2

2 , n

(41)

Если принять во внимание, что погрешности кадра Лх и Ау по взаимно перпендикулярным осям равномерно распределены и не превышают одного элемента разложения, то в '-.<.л,явлении этих осей разрешающие способности, соответственно сосГ' лявт:

Rx= n/2;

R7= m/2,

(42)

где n- количество элементов разложения информационного кадра

вдоль оси X; га- количество элементов разложения вдоль оси У.

Величины пит определяются главным образом конструктивными особенностям!, используемых в аппаратуре э. эментов, их технологией изготовл ния и имеют ограниченные значе:шя.

Использование композиционного информационного кадра, например, нп основе стандартных ПЗС-мптриц, позволяет повышать разрешающую спссоСность аппаратуры.При этом произвольный информационный сигнал в комгюзицисшюм информационном кадре может быть найден из композиции г*к отдельных информационных кадров п*т:

В = |А„ !

| I |

а=1 , г Р=1 .к

А.

(43)

опре-

(44)

Разрешающие способности вдоль осей X И* и У йу деляются из выражений:

Ех= V1" <п/2>-г : Еу = *Ук= <п/2).к .

Тагам образом, использование композиционного- информационного кадра позволяет повысить разрешающую способность аппаратуры в I раз по оси X и в к раз по оси У.

В главе четвертой проводятся исследования погр шностей КЧ КИС и методов их коррекции.В системе "ЭД-СП" погрешности зависят от конструктивных и электрических параметров дисплея,СП и электронного блока формирования строб-сигчала.Основными из них являются : погрешность , вызываемая нелинейностью развертки ■ луча ЭЛТ - Дн ¡погрешность .вызываемая изменением растра ЭД и его геометрическими искажениями - Др.- погрешность,возникающая по причине растягивания фронтов видеосигнала - Л. изменения апертуры луча ЭЛТ. - Д

ЭЛТ - Д

от

в .погрешность . , погреп юсть от старения люминофорного покрытия ЭЛТ - Дл ; погрешность от изменения коэффициента усиления электронного блока СП - Дк ; погрешность от наклона пера -

Погрешности Д. и Др являются постоянными и корректируются алгебраическими сложенная поправок к текущим значениям телевизионных координат.Погрешности ДА и Лв корректируются путем стабилизации тока луча ЭЛТ,цепей его фокусировки и коэффициента усилегая видеоусилителя дистлоя.Погрешности Дл и Д,с корректируются схемой автоматического регулирования и стабилизации усиления

электронного блока СП.Погрешность Дп возникает при наклоне пора относительно плоскости ЭД и характеризуется смолением гс относительно центра апертуры СП (ХйДп) .определяемую углом отклонения СП от нормали к ЭД:

<3=arcsln n'hV*1 ~Тобр•с/Тс) ( 1 ~Тобр• )__, (45)

(h/Y)a(1 -Тс:бр.с/Т) (1 -Тобр.к/Тк)

где п - показатель преломления фронтальной стеклоколбы ЭЛТ.

При (3 =(10-25 )° СП занимает естественное положение в руке оператора.Погрешность дд при этом не превышает величины в ± 2 элемента разложения и корректируется алгоритмическими и структурными методами,рассмотренными ранее в главе третьей.

В системе "УЗВ планшет - АК" основными - погрешностями являются: погрешность от неортогональности линейных пьезоэлектрических излучателей планшета -Дл ¡погрешность съема координат ~AC; погрешность нелинейности от промахов измзроний -Дн.Погрешность Дл приводит к постоянным аддитившм Приращениям координат и может корректироваться алгоритмически при кодировании ГИ.Погрешность Дс зависит от прижатия АК к планшету.Этг погрешность не может быть скорректирована и минимизируется путем выбора оптимального значения, усилия прижатия АК к планшету Рт и угла его наклона к плоскости планшета .Величина F__ находится из выражения:

Рпр » °о1Ф|22ст(1^ ). («)

где о0-амплитуда нормального напряжения деформации в продольной волне;|ф|-модуль напряжения в звукопроводе; DCT - диаметр стержневого элемента АК; Л. и ц - упругие постоянные Ламэ.Оптимальные значения найдены экпериментально и составили для FÎTp= (1-3)Н и для а = (60-90)°, при которых величиной &Q можно пренебречь.

Погрешность д проявляется в виде промахов измерений в процессе стабилизации системой циклического режима измерения координат..

Количество промахов II зависит от частоты измерений Гп и индивидуального для каждого оператора времени установки АК на планпет t и определяется по формуле:

N = ent(t , In). (47)

У и <

Для устранения промахов измерения и от/кония нелинейности

-26- -

кодирования ГИ используется метод пропуска числа циклог- измерения путём сравнения этого числа в смежных циклах измерения и выработки управляющего сигнала в момент стабилизации режима кодирования ГИ, что позволяет снизить погрешность от нелинейности систомы до 0,1 %.

В измерительных системах с преобразователями уровня жидкости одной из основных является температурная погрешность.Б главе проводится анализ этой погрешности для систем с чувствительными элементами емкостного .акустического . и поплавкового типа, приводятся выражения для ее определения и даются рекомендации по ее уменьшению.Далее в главе проьодится анализ комплекса погрешностей раходомера воды и указывается на то, что среди всех наибольшими являются погрешность задания градуировочной кривой сечения канала и погрешности от измерения скорости ультразвука над поверхностью контролируемой жидкости и предложен метод ее компенсации с помо'щью терморезистора,встраиваемого • в корпус акустического преобразователя расходомера.

Показано,что ввиду градиентного изменения температуры в промежутке между поверхностью падкости и акустическим преобразователем эта компенсация является неполной.Предложены алгоритмы и структуры для достижения полной . температурной компенсации от изменения скорости звука, основанные на использовании дополнительного акустического канала измерения уровня.При этом ' рассмотрены два варианта структур,дающие независимость результата измерения уровня жидкости от скорости звука - с вертикальным смещением акустических преобразователей и с горипнт^льным.Как показали экспериментальные исследования расходомера его основная погрешность с учетом температурной компенсации ке превышает 2,5%,что является достаточно высоким показателем для расходомеров воды подобного типа.

В главе рассмотрены погрешности телеизмерительных систем с временным- разделением каналов, обусловленные дрейфом и изменением общего коэффициента преобразования ее передающего тракта и нестабильностью частоты опорного генератора. Показано, что эти погрешности возникают вследствии изменения окружающих передающее устройство условий,изменения напряжения источников питания и других факторов.

Рассмотрены методы коррекции этих погрешностей на -приемной стороне ' телеизмерительной системы.Приведены алгоритмы и структурные схемы коррекции погрешностей для систем с аналоговыми

н цифровыми указывающими приборами.Разработанные структ;ры представляют собой гвтокомпенсациошше схемы автоматической коррекции погрешностей второго и третьего порядков со статической компенсацией с фильтрами постоянной составляющей, модуляторами длительности импульсоз, ждущими мультивибраторам! и частотомерами.

Проведен структурный анализ схемы регулирования третьего порядка. Исследована ее устойчивость и качество переходного процесса методами логарифмических амплитудно - частотных и фззо-частортцх характеристик, и определены параметры корректирующего звена системы. Рассмотрен метод аппроксимирующей коррекции погрешности от нестабильности частоты спорного генератора, предложены алгоритм и структурная схема коррекции, рассмотрены вопросы цифрового масштабирования показаний, основанные .на использовании умножителя частоты с переменным коэффициентом умножения. Приведены результаты испытаний систем коррекции, позволивших получить снижения погрешностей до 0,1%.

' В_П£ШЙ_ЬДаЕа приводятся результаты экспериментальных исследований разработанных КЧ.ИИС. с повышенной разрешающей способностью. В соответствии с обшей концепцией работы в главе рас-сматираваются КЧ ИИС, в которых используются методы формирования и преобразования координат измерительной, -информации, основанные на различных физических явлениях.Рассматриваемые системы обеспечивают локальную предварительную обработку сигналов, поступакг чх с оптоэлектронных .ультразвуковых,электромагнитных и гравитационных преобразователей в реальном и трансформированном масштабах времени, отображают обработанную информацию на экранах дисплеев' и передают ее в вычислительные средства верхнего уровня обработки измерительной информации. Разработанные системч обеспечивают решение измерительных задач,связанных с кодированием и анализом геометрических параметров измеряемых величин:угловых и линейных перемещений, уровней, координат ГИ и изображений,а также производных'им величин тазгах как: периметры линий и площади фигур, различной формы,мзссы и объемы тел, расход и др. Входная информация в рассматриваемые КС ИИС поступает непосредственно с датчиков технологических объектов в виде электрических оы'лалов.а также из других источников информации в виде записей -л обычных магнитофонных- и видеолентах,с кино- и фотопленок,с твердых копий диаграмм,раз.шчных карт и графиков.Выходная информация представляется на экранах дисплеев в цифровом и графическом видах, отображается в цветовых ск~

расках гистограмм, мнемосхем и других изображений,что создает наглядность и оперативность восприятия результатов обработки информации,и что особенно важно прл больших потоках и скоро"тях дан них.Специально разработанное прикладное алгоритмическое и программное обеспечение систем совместно со стандартным обеспечением используемых ЭВМ позволило создать комплексы работающие в диалоговом ре:шме.Интерактивный режим работы светового пе,а и акустического карандаша, расширяя функциональные еозмокносги комплексов ,позволил угфавлять выбором "меню" непосредственно с экрана, дисплея и с планшетного преобразователя графической информации.В главе приводятся структуры и технические характеристики разработанных систем,рассматриваются особенности их построения и фунци-окирования: телеизмерительной системы для автоковтроля геометрических параметров скважин при электробурении,диалоговой системы вво-' да,визуализации и обработки изобрпжечий,ультразвукового планшетного дигитайзера,интерактивного комлекса обработки графической инфор-' ■ мации и изображений,аппаратуры предварительной обработки инфор- . мационного кадра с ПЗС - матрицы для робототехнических систем, быстродействующей аппаратуры распознавания цифровых сигналов ви- • деоспектрометра, систем количественного учета и измерения уровней жидкостей в резеовуарах,расходомера воды для каналов открытого типа.

Лабораторные и промышленные испытания аппаратуры разработанных систем подтверждены соответствующими протоколами,актами испытания и внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена теоретическим и практическим основам построения координатно-чувствительных ИКС различного типа с повышенной разрешающей способностью.

При решении указанной проблемы получены следующие основные результаты:

1. Определен класс координатно-чувствительных ШС применительно к гзомэтричес.ким координатам измерительной информации.

2. Сформулированы требования к проектированию координатно-■чувстзительных ИКС ч повыиенной разрешающей способностью.

С. Введено понятие координатной чувствительности измерительной информации и выполнены исследования , позволившие установить взаимосвязь между координатной чувствительность» измерительной информации и ее ксопдинат^ли.как содержательной характеристики

-гэ- .

отражения материального мира.

4.Проведены оценки координатной чувствительности на основе ис-пользоьзиия логарифмической и вероятностной мер измерительной информации. Определены потенциальные, предельные и пороговое значения координатной чувствительности, как функции мер измерительной информации и интервалов координат.

5. Исслодованы связи координатной чувствителт гост*! и е избыточности с энергией и мерами игмерительно? информации. Показано,что ' для повышения точности измерения необходимо использовать волновые и квантовые явления,базирующиеся на естественных константах и шкзлах длин волн электромагнитного излучения. Показано, что для повышения координатной чувствительности цеобходимо пользоваться ксмбини-ровзгашми методам! преобразования измерительной информации.

6. Предложены математические модели информационных сигналов в КЧ ИИС г.ри различных законах комбинирования и смешивания полезного сигнала и помехи в общей, частотнозависимой и временной формах при линейных и нелинейных искажениях.

7. Проведены теоретические исследования разрешающей способности и предложены методы ее повышения в координатно-чузствителышх ИКС. Дано определение разрешающей способности как числа достоверно различимых градаций результата измерений в интервала изменения измеряемой величины принятом за единицу моры, наиболее полно характеризующее это понятие в координатно-чувствитель-ных ИИС. Получено выражение для разрешающей способности, связывающее изменение координат с. координатной чувствительностью и с ее флюктуацилми и позволяющее наметить пути повышэния разрешающей способности в измерительных системах.

8. Проведены исследования и получены выражения для разрешающей способности различных моделей координатно-чувствительных ИИС. Предложены алгоритмические и структурные методы повышения разрешавшей способности в координатно-чувствительных ИИС.основанные на коррекции погрешностей,использования композиционного информацион-кадра,числовой и временной селекц-ш информационных сшналов и на коррекции сбоев их формирования. Рассмотрено применение теории статистических решений для повышения разрешающей способности в условиях наложения аддитивной помехи на полезный измерительный сигнал. Получено оптимальное решение обнаружения при среднем риске ошибки обнаружения полезного сигнала;

9. Проведены исследования погрешностей координатно-чувств: -тельных ИИС. Предложены и исследованы алгоритмические и структур-

ше методы их коррекции. Разработаны и исследованы различные схемы автоматической коррекции погрешностей.

10.Разработаны,изготовлены и экспериментально исследованы специализированные координатно-чувствительные ИИС с повышенной разрешающей способностью, в которых используются различные принципы преобразования измерительной информации.Полученные результаты их „ысоких метрологических характеристик подтверждены соответстующими актами лабораторных и промышленных испытаний и внедрения

11. Приведенные в раббте результаты могут послужить базой для построения новых коордннатно-чувстЕИтельных ИИС с высокой разрешающей способностью и их инженерного проектирования.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Алиев P.M., Лейтман М.Б., Масленников'В.К., Пахлавуни Р.К. Приемное стройство многоканальной системы телеизмерешш с указывающими приборами аналогового типа. За технический прогресс , 1965-,JO, с.21^24.

2. Алиев P.M. К вопросу уменьшения погрешности приемных устройств аналогового типа времяимпульсной системы телеизмерения. -Известия вузов, Нефть и газ,1968,№ 5,с.89-91.

3. Алиев P.M., Ле<*тман М.Б. Многоканальное цифровое отсчетное устройство на цифровых лампах ИН-I. -Известия вузов,Нефть и газ, 1968,Л 7,С.89-93.

4. Алиев P.M., Лейтма.. М.Б. О выборе режима .питания цифровых ламп ИН-Т. За технический прогресс, 1968,Ji 10, с.25-27.

5. Алиэв P.M., Саямов Э.А. Приемное устройство телеизмерительной системы на два па^зметра.-Материалы научно-технической конференции "Радиоэлектроника в народном хозяйстве СССР",Куйбышев,1970, часть 2,с.473-476.

6. Алиев P.M.,Лейтман М.Б.Транзисторная фазометричвекая приставка к цифровым измерительным приборам.- Труда Смоленского филиала МЭИ "Электромеханика и автоматика".Смоленск,1970,с.65-68.

7. Алиев P.M..Саямов Э.А.,Малик-Шахназаров В.П.К вопросу уменьшения краевых эффектов электрометрического усилителя.-Материалы научно-технической конференции "Радиоэлектроника в народном хозяйстве СССР,Куйбышев,1971, с.353-357.

8. Алиев P.M., Лейтман М.Б., Чернавин Ю.В. Передающее устройство телеизмерительной системы для автоконтроля геометрических параметров скважин при электробурении.-Известия вузов, Нефть и

газ„1971,£ 8,с.90-92.

9. Алиев Р.К. 00 одном методе уменьшения погрелности телеизмерительных систем с еналзгошми приборам1.!.-Известия зузоп, Нефть И ГЭЗ,1972,^7, с.38-49.

10. Алиев Р.М.,Саямов Э.А." Некоторые вопросы рзсчета и выбора тенс.ометрического преобразователя для компенсационных приборов. -В сб.: Информационно-измерительная техника.Пенза,1973, с.45-50.

11., Алиев P.M. .Мирсалимов P.M. .Юзбашян В.А. Линеаризирующий-преобразователь для фотометрических измерительных устройств.-В сб.:Тезисы докладов республиканской научнс-технической конферин- • щи по структурным методам повышения точности и чувствительности измерительных преобразователей.Киет,1977,а.10-1I

12. Алиев P.M..Ахмедов А.Б. Применение метода магнитных меток для определения глубины сквакин в процессе бурения.-В сб.: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции молодых,ученых вузов .НИИ и КП.Баку,1977,с.37.

13. Алиев P.M..Константинов В.И..Мирсалимов Р.М.»Гзбаиян В.А. Фотомэтр с линеаризацией характеристики для контроля продуктов выброса в атмосферу.-Автоматизация ■ и КИП.: М. ВДИИТЗН.1979, tf7,c.Ï4-I6.

14. Алибв P.M., Мирсалимов P.M.Гасанов Т.А., Балаева Х.К. Система автоконтроля толщины, гальванических ттокрытий с микропроцессором. -В сб.: Тезисы докладов научно-технического семотарз по применению микропроцессорных вычислительных систем дм управления технологическими процессами.Смолепск51980,с.53.

15. Л.С..'5893448 (СССР).Устройство для воспроизведения функциональных зависимостей /'Авторы изобр.: В.Б.Ибрагимов, P.M.Алиев. -Опубл.в БИ. ,ХЭ82„КЗ.

16. А.С.Д1091245 'СССР).Пьезоэлектрический выключатель // Авторы изобр.:Р.М.Алиев,O.S.Кершов,P.P.Джагупов.-Опубл. в БИ., 1984,й 17.

17. Алиев Г.М..Вайсман Г.С.,Таги-Заде Н.Т.,Тагиев Э.К. Об алгоритмах коррекции погрешностей акустического устройств измерения и ввода графической информации в ЭВМ.-В сб.: Элементы автоматики и ИИС".Баку,АзИНБФТЕХИМ,19Ь4,о.15-20.

18. Алиев Т.М.,Алиев P.M..Таги-Заде К.Т. Акустический измеритель уровня с коррекцией погрешности.-В сб.:Тезшы докладов республиканской научно-технической конференции, Житомир, 1986, с.165-166.

-3219. Алиев P.M..Вайсман Г.С. ,Таги-Заде Н.Т. Дер-Хачатуров A.A. Определение погрешности измерения урсчня нефти акустическим сигнализак ром.-Нефтяная прмышленностьгСе!.Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.--М.1966,* 7,с.в-10.

20. Алиев P.M., Вайсмэн Г.С., Таги-Задв II.Т. О Разрешающей способности светового пера телевизионных диплеев.-Известия вузов, Нефть и газ, 19.46,с.81-83.

21. A.C. J(I2im2 (СССР) .Устройство считывания графической информации //Авторы изобр.:Р.М.Алиев,Г.С.Вайсшн,Т.М.Касимзр-'е, Н.Т.Таги-заде.--Опубл.в БИ.1986, Мб.

22. Алиев Т.М..Алиев P.M.,Таги-Зпда К.Г..Тер-Хачатурои A.A. Устройство для контроля уровня заполнения резервуаров.-Нефтяная промышленность.:Сер.Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.-М.1937,У 6,с.21-23.

23. Алиев Т.Н., Алиев P.M., Мамедов Р.К.. Быстродействующая система распознавания образов фигур произвольной формы на осгове матричных ПЗС,- В сб.:Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по коорданатно-чувствительным фотолриемникам.Барнаул, 1987, часть 1,0.57.

24. Алиев P.M., Мамедсв Р.К. Система распознавания геофизи-чесглх изображений.-В сб.:Тезисы докладов Всесоюзной научно-тех-ничиской конференции по координатно-чувствительным фотоприемникам.Барнаул,1987 .Часть 2,с.93-95.

25. Алиев P.M., Антонов В.П. Информационно-управляющая коор-динатно-чувевительъая система обработки изображений.-В сб.: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по координатно-чувствительным фотоприомникам.Барнаул,1987,Часть I,с.107-108.

26. Алиев F.M., Антонов В.П., Мамедов Р.К. Измерительно- информационный комплекс распознавания плоских произвольных фигур для робототехнических систем.-В сб.:Тезисы докладов Всесоюзной научно-ихиичаской конференции по информационно-измерительным системам. Ташкент,1987.Часть I.C.S9.

27. Алиез P.M..Антонов В.П..Вайсман Г.С. Блок светового пера устройства электронной графики.Техника кино и телевидения.1987,

Ю, с.55-67.

28. Алиев P.M.,'Гер-Хачатуров A.A..Касимз'где Т.М.,Ахундов Н.Ф. Диалоговый полуавтоматический преобразователь графических геологопромысловых данных.-В сб.:Тизисы докладов Всесоюзной научно-технической кокферен^да по образному представлению дашшх в управлении и научных исследованиях-ГрозныйЛ987,с.52.

29. Алиев P.M. ,Тзги-Задо Н.Т.Деликов M.A.-,Гусейнов Б.Х. Определение конструктивных размеров поплавкового преобразователя уровня для сигнализаторов наполнения резервуаров.-Нефтяная промышленность.:Сер.Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.-М.1987,Л 9,0.19-24.

30. Алиев P.M..Красикова й.Я.,Таги-Заце Н.Т. Устройство поверки чувствительных элементов поплав ового реле уровня.-Нефтяная промышленность.:Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.-МЛ988,& I,с.14-17.

31. Алиев P.M., Вайсман Г.С., Антонов В.П., Меликова С.Г., Саттарова P.A. Оценка экономической эффективности разработки быстродействующей системы автоматического ввода и визуализации телевизионной информации.-В сб.:Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по организационно- экономическому механизму развития работ по автоматизации управления производством .М,1988,С.63;

32. Алиев P.M..Антонов В.П..Вайсман Г.С..Мелик-Шахназарова Т.А. Система кодирования телевизионных изображений для обмена информацией с ЭВМ,Известия вузов,Нефть и газ,1988, iS2,c.83-87,

33. Алиев P.M., Касимзаде Т.М., Ахундов К.Ф. Специализированный комплекс обработки графической информации.-В сб.: Информатика и вычислительная техника.Баку,АзШЕЕФГЕХИМ,1988,с.I4-IS.

34. Тагиев Э.К.,Алиев P.M. Коррекция нелинейности сигнала указателя координат.-В сб.: Информатика и вычислительная тэхника. Баку, АзИБЕФТЕХИМ, 1988, с. 95-97.

35. Алиев P.M..Антонов В.П..Мамедов Р.К. Автоматизированная систма статистического распознавания изобраке.лй.-В сб.:Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по оптическим сканирующим устройствам.Барнаул,1988,с.167-168.

36. Алиев P.M., Ахундов O.A..Таги-заде Н.Т.. Вслоконно- оптический датчик уровня жидкости. -В сб.:Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции по оптическим сканирующим устройствам .Барнаул,1988,с.261.

37. Алиев P.M..Гавриш А.И..Ширинов Э.В. Селекция изображения информационного кадра.-В сб.: Тезисы докладов второй республиканской научно-технической конференции по проблемам создания систем обработки,анализа и распознавания изображений.Ташкент,1989,с.97-98.

33. Алиэв Т.М., /лиев P.M., Мамедов Р.К. Алгоритмы гавариант-:кт-> рзспоитвания двухмерных двухградациошшх изображений.-В гб..-Тезисы докладов второй республиканской научно-технической конфе-

реяцик по проблемам создания систем обрабоиси, анализа и распознавания ис-ображэни!-. Ташкент, 1989,с.101 -102.

39. Алиев P.M.,Антонов В.П..Вайсман Г.0.,Мелик-Шахназарова I.A. Устройство редактирования для системы обмена телевизионной информацией с сВМ, Известия вузов,Нефть и газ,1989,JS 3,с.76-78.

40. Алиев P.M.,Антонов В.П..Мамедов Р.К.. Быстродействующая система распознавания цифровых сигналов видеоспектромэтров.-В сб.¡Математическое и техническое обеспечение средств измерений. Баку, АзИНЕФТЕХЖ, 1909, С. 7.6-80.

41. Алиев P.M..Касимзады Т.Н.,Ахундов Н.Ф.;Интерактивная микропроцессорная система обработки графической информация.-В сб.:Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции по диагностике и коррекции погрешностей преобразователей техно логиче ской информации.Киев,I989,с.35-36.

42. Алиев P.M.,Антонов В.П.,Кузин 0.В.,Мамедов Р.К. Быстродействующая система .распознавания и обработки цифровых сигналов видеоспектроыетров.-В сб.:Сообщения НПО Космических исследования- Баку,1989, №5,с.I18-123.

43. Алиев P.M., Антонов В.П., Вайсман Г.С., Ахундов O.A.. Световое перо для редактирования и синтеза изображений в цветных видеомониторах. Техника кино и телевидения.1989, ХВ, с.Г.8 SO.

44. Алиев P.M., Антонов В.П., Вайсман Г.С., Ахундов O.A. Световое перо с повышенной разрешающей способностью для цветных телевизионных дисплеев.-Информационный листок,АзНИИНТИ,1989, 83-134, с Л-4.

45. Алиев Т.М..Алиев P.M.,Антонов В.П.,Красикова С.Я.,Эминов C.B.. Система сбора и обработки измерительной информации для робототехнических комплексов.-В c.d. ¡Системы сбора и обработки измерителыюй информации.Таганрог, 1989.

46. Алиев P.M..Антонов В.П..Вайсман Г.С.,Таги-Задв . Н.Т. Диалоговая система анализа видеоинформации с помощью микро-ЭВМ. -Известия вузов,Нефть и газ,1989, JH2.C.60-92.

4Т. А.С.M522394 (СССР). Селектор импульсов по длительности. //Авторы изобр.: 'г.М.Алиев, Р.М.Алиев, Э.К.Тагиев и др.- Опубл. б БИ, 1П9, JÉ42.

48. А.С.ЖГ529436 (СССР).Селектор пар импульсов //Авторы изобр.:Т.М.Алиев, P.M.Алиев, Э.К.Тагиев' и др.-Опубл. . в БИ.1989, №46.

49. A.C. JÉI552205 (СССР). Устройство для считывания графической

икформации //Авторы изобр.:Т.М.длиев,P.M.Алиев,Э.К.Тагкев, Т.М.Ка-скмзаде, Н.Ф.Азуидов.-Опубл з Б11,1990,йП.

50. А.С..1Я555840 (СССР). Селектор импульсной последовате ъ-иости //Авторы изобр.: P.M.Алис ,, З.К.Тагиев, Ф.К.Тагиев, 0.II.Танцоров« -Опубл.в БИ, ]990, ;яз.

51. Алиев P.M. .Гадум-задэ Д.Ю.,Мемедов Р.К. Сигнатурный игаляз щфровнх сигналов зидаоспоктрс^зтра.- В сб. :Сообщв:шя НПО Космических исследований.Епку,1990, "S.o.44-48.

52. Алзов P.M., Гздгд-задо Д.В., Касямзадо Т.Н. Автоматазиро- ■ ванпея толоштзиошая систега • контроля печатных плат.-В сб.: Тезиса докладов научпо-тохничостсой' конференции ш оптическим ска-нирувщим устройствам. Барнаул, 1990,Часть I,c.I29-I30.

53. ллхэз 'Р.Ы..Абдуллаев Д.13.,Антонов 'В.П. Исследование иогреспостой светового тора.- В сб.: Теаксы докладов нгучно-гех-шгееской яои®эрвшшя по спппоасм сжшрувзо! устройствам- Барнаул Л990.Часть г, с.181.

54. аэтоз ?."!. ,Т;зп;*оз ЭЛС., Таги-Зэдо ILT. Сш'на.ттз^то:) уровня гчдках дафгеаролуктсет.-В сб.;Тезисы докладов научно-тох-тггоской г.сг.форэпц;"! по ctrnnecmt скглируЕзпм устройстзан. Бараа-ул„15СОвЧгс?ь 2,с.139.

• 55. &ягят Т.«., Алгез P.M., дотолсв З.П., Петров Р.К. рагэлько-1ягп:с.тггзльз8Я сяимма рзсссззазалзя двукэртщ язойро-зоний для робоготехнйческпх шашнсссв.-В сб.: Пзкаркт >яьно-2я;ис-лительнка систскн и ilx a.ie>,i3im5.HoEOCHöi!pcic,I9?0Ic.I?-23.

56. A.C. 31631711 (СССР) Сзлзктор пар 72;пульсов //Авторы лзобр.: г.М.Аавез, Р.М.Аиаз, Э.Н.Тап-гэв, О.П.Танцоров. - Опубл. в Б!?. ,1991, "3. :

57. A.C. Й16Г3290 (СССР) Сигнализатор предельного уровня жидкости //Автору изобр.: Т.М.Алиев, Р.М.Алиов, Э.К.Тагиев, Н.Т.Таги-Вадэ.- Огубл; в БИ.,1991,]Э.

58. A.C. .'SIS44I86 (СССР). Устройство для счптьгаашш графхчос-кой информации '/Авторы изобр.: Т.У.Алиев, P.M.Алиев, Т.^.Касил-заде, Э.К.Тагиев.- Опубл. з БП.„ 1991,1515. .

59. A.C. M647S66 СССР) Устройство для еыдэлзгпя первого и, последнего импульса в сорта// Авторы изобр.: Т.М.Алаев, Р.И.Алиов, Э.К.Тагиев, O.A.Ахундов.-Опубл. в БИ., 1991.Ш7. ' ;

60. Алиев.P.M. ,Аль-Амайрэх М.Ф., Гадж-зяд» Д. Г. Кногспродэс-сорнзя система обработки цифровых сигналов вздеоспэктромотра.-В сб»: Новые электронные приборы и устрсГ':твз. М„1991(с.124-126.

61. Алиев P.M., Антонов В.П., Гаг~i-г.пдо Д.П., Мамедов Р.К.

-зе-

Система кластерной обработки спектральных областей пространства.-В со.-.Информатика и измерительная техника.Баку,АзИНЕ£ТЕХШ,1991, С.35-39.

62. АлиеЕ P.M..Гадхи-заде Д.П..Мамедов Р.К.Инвариантное преобразование двухмерных бинарных изобрзжений в робототехнике. -3 сб.:Тезксы докладов научно-технической конференции "ИЮШП-91", Барнаул,I9SI.Часть I.e.58-59.

63. Алиев P.M. .Касимзаде 'P.M. ,Аль-Амайрех М.Ф. Повышенно функциональней надекности ультразвукового измерителя координат

лтайзера) .-3 сб.:Тезксы до'сладов научно-технической конференции "ИКАПП-'Л",Барнаул,1991,Часть I.e.205-206.

64. /жеь P.M..Мамедов Ф.Д. Оптоэлектронный сканирующий преобразователь о акустическим включением.-В об.:Тезисы докладов научно-технической конфереш.»ш."ШШт-91",Барнаул,1991,Часть 2, с.69-70.

65. Алиев P.M..Антонов В.П..Мамедов й.Д. Световое перо для чертежно-кинструкторских работ.- В сб.:Тезисы докладов научно-мэ- ■ тодической конференции."САПР в чертежпо-конструкторских работах", Баку, АзИНЕФГЕШ, 1991, с. 41.

66. Алиев P.M..Касимзаде Т.М.,Алъ-Амайрех М.Ф. Автоматизация ввода чертежно-конструкторской документации.-Б сб.:Тезисы докладов научно-методической конференции "САПР в черте.ло-конструктор-ских работах* .Баку, АзИНЕФТЕЗМ, 1991, с. 17.

67. Алиев Т.М.,Алиев P.M..Касимзаде Т.М. и др. Интерактивный комплекс обработки графической информации.-Приборы и сгстемы управления,М. ,1991 .JbS.с.29-30.

68. АлиеЕ P.M..Антонов В.П..Гаджи-заде Д.Ю.„Мамедов Р.К. Повышение разрешающей споособнссти системы распознавания двумерных бинарных изобракений.- В сб. Сообщения НПО Космических исследований ,1991,. щ.

69. Алиев P.M. Определение длины линии связи при наноезкундных электрических сигналах.-J сб.: Тезисы докладов первой международной конференция "hHK-92".Барнаул,1992.

70. Алиев P.M.,Алиев А.Э.,Касимзаде Т.М. Дагя-Заде Н.Т. Оценка времени формирования информация? :ого сигнала в злектромаг-

. питноы дигитайзере.-В сб.: Тезисы докладов первой международной конференции "ШК-92". Барнаул, 1992.

71. Алиев P.M..Гаджи-заде Д.Ю. Применение быстродействующих элементов для формированная композиционного информационного кадра.-В сб.-.Тезисы докладов первой международной конференции