Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9
| Вид материала | Доклад |
- Вопросы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для подготовки, 69.28kb.
- Организационной основой метрологического обеспечения ОАО «Теплоприбор» является Центр, 31.48kb.
- Совершенствование метрологического обеспечения инклинометрии нефтегазовых скважин 25., 254.4kb.
- Решение IX семинара по вопросам метрологического обеспечения топографо-геодезического, 201.85kb.
- Эталонный комплекс для метрологического обеспечения акустических измерений в твердом, 58.45kb.
- Экзаменационные вопросы по дисциплине «Измерительная техника», 40.7kb.
- Методика приемки из наладки в эксплуатацию измерительных каналов информационно-измерительных, 235.63kb.
- Отдел метрологического обеспечения измерений физико-химических величин, 18.17kb.
- Рабочая программа дисциплины мерительные устройства систем управления, 448.87kb.
- Анализ и синтез измерительных преобразователей с частотным выходным сигналом для информационно-измерительных, 675kb.
4. Новые разработки компонентов Измерительных Систем
Кондратов В.Т.
Теория избыточных измерений
На протяжении последних 25 лет ученые стран СНГ перестали создавать новые теории в области метрологии. В то же время, прогресс науки и техники обусловил бурное развитие высокочувствительных полупроводниковых сенсоров, биосенсоров и вторичных измерительных преобразователей (ИП) с нелинейной и, в общем случае, нестабильной функцией преобразования (ФП).
Развитие полупроводниковых сенсоров с нелинейной функцией преобразования (НФП) привело к тому, что уже в 90-х годах прошлого века возникла острая необходимость в пересмотре возможностей существующей стратегии измерений, путей и методов повышения точности результатов измерений, в обобщении накопленного в 80-х и 90-х годов ХХ столетия опыта и знаний в области метрологии и измерительной техники, в использовании современной общенаучной методологии системного подхода к решению измерительных задач, в построении современного фундамента и разработке на его основе новой ветви в общей теории измерений.
Все это стало предпосылкой к созданию новой стратегии избыточных измерений физических величин (ФВ) с автоматической коррекцией погрешностей при нелинейной и нестабильной ФП сенсора и/или ИП, а также при сохранении высокой чувствительности используемых сенсоров и/или ИП.
Проблемами измерений ФВ занимается, как известно, наука метрология – наука об измерениях, включающая как теоретические, так и практические аспекты измерений во всех областях науки и техники [1]. Важнейшей проблемой современной метрологии является разработка таких методов измерений и создание таких цифровых (микропроцессорных) измерительных приборов (ЦИП), информационно-измерительных и диагностических систем, которые обеспечивали бы высокую чувствительность, быстродействие и точность измерений, соизмеримую с точностью образцовых мер. Решение этой проблемы стало возможным после создания и развития теории (и методов) избыточных измерений (ИИ) [2–4].
Если теория безызбыточных измерений составляет первую ветвь, то теория избыточных измерений (ТИИ) составляет вторую ветвь в общей теории измерений. ТИИ представляет собой логическое обобщение и дальнейшее развитие накопленного опыта, знаний достоинств и недостатков существующих видов и методов прямых измерений, известных путей и методов повышения точности измерений и создания высокоточных средств измерений.
ТИИ направлена на решение задач линейного и нелинейного измерительного преобразования ФВ, метрологических задач, задач обеспечения системной метрологической надежности ИИ и преобразований ФВ и т.д.
Объект и предмет исследований
Объектом исследования является новая стратегия измерений ФВ – стратегия ИИ.
Предметом исследования является процесс избыточных измерений ФВ, представляющий собой совокупность однократных или/и многократных измерений в каждом такте одной из ряда однородных и/или сопряженных ФВ, закономерно отличающихся между собой по размерам, и направленный на достижение погрешности измерений того же порядка, что и погрешность воспроизведения ФВ используемой образцовой мерой (одной или нескольких).
Создание ТИИ стало возможным благодаря использованию накопленных научных знаний по метрологии, общенаучной методологии системного подхода, информативной избыточности и современных фундаментальных принципов.
Постановка задачи (цель работы)
Задачей настоящей статьи является ознакомление ученых и специалистов в области метрологии и измерительной техники с сущностью разработанной ТИИ.
Сущность и составные части ТИИ
1. В чем состоит сущность ТИИ?
Любая теория должна иметь своё определение, раскрывающее её сущность. ТИИ – это система законов, принципов, методов, положений и условий, характеризующая новую стратегию измерений при, в общем случае, нелинейной и нестабильной ФП сенсора и/или ИП, предлагающая новые пути измерительного преобразования величин разной физической природы и предсказывающая достижимые результаты по точности, быстродействию и системной метрологической надежности ИИ [4].
С другой стороны, ТИИ – это система научных знаний, объединенных общенаучной методологией системного подхода, и опирающаяся на ряд основополагающих законов и принципов.
Кроме задач высокоточного измерения и линейного преобразования свойств, ТИИ решает также и задачи нелинейного преобразования свойств.
Главной задачей ТИИ является обеспечение погрешности результата измерений соизмеримой с погрешностью воспроизведения ФВ используемой образцовой мерой (одной или нескольких).
Это касается всех трех категорий измерительных задач: ИИ свойств исследуемых объектов и процессов; ИИ зависимостей свойств и зависимых свойств; ИИ характеристик исследуемых объектов и процессов, а также приращений свойств.
ТИИ включает в себе изложение [2]:
– общесистемных научных принципов и методов измерения и функционального (линейного и нелинейного) измерительного преобразования ФВ при НФП сенсора и/или ИП;
– явлений структуризации и деструктуризации взаимных связей и отношений между ФВ;
– закономерных связей между входными и выходными ФВ и системой параметров ФП сенсора или/и ИП;
– путей и методов повышения быстродействия, точности и метрологической надежности ИИ;
– сущности методов и алгоритмов обработки, усреднения и фильтрации результатов промежуточных измерений;
– новых методов и подходов к созданию структурно-избыточных сенсоров, биосенсоров, сенсоров одноразового действия, ИП и т.д. с управляемыми параметрами;
– новых методов и подходов к созданию ЦИП с автоматической коррекцией погрешностей результатов измерений и т.д. и т.п.
В целом, ТИИ содержит научное изложение новой стратегии измерений, направленной на решение задач автоматической коррекцией погрешностей результатов измерений и нелинейных преобразований величин разной физической природы при нелинейной и нестабильной НФП сенсора (и/или ИП).
Автоматической коррекции подлежат постоянные или изменяющиеся во времени по неизвестному закону погрешности, прогрессирующие погрешности, погрешности, обусловленные старением и деградацией материалов чувствительных и конструктивных элементов сенсора (и/или ИП) в результате воздействия дестабилизирующих факторов внешней среды (температуры, влажности, давления, электрических и магнитных полей и т.д.) и др.
Создание ТИИ является весомым достижением отечественной метрологии вообще и академической науки Украины в частности. ТИИ – стратегическая теория XXI века.
ТИИ состоит из следующих составных частей (рис. 1): фундамента ТИИ, первооснов и начал теории, основ и основных положений, математических моделей методов избыточных измерений (МИИ), методов избыточных измерений и преобразований ФВ, принципов построения и базовых технических решений (структурных схем) сенсоров, биосенсоров и ЦИП.
Рис. 1. Структура теории избыточных измерений (начало)
Рис. 1. Структура теории избыточных измерений (окончание)
2. Методология системного подхода и фундамент ТИИ
Никакая теория не может быть создана без научно обоснованного фундамента и знаний современных общенаучных подходов к изучению физических систем.
ТИИ изложена с позиций методологии системного подхода, т.е. как система научных взглядов и подходов к изучению естественных и искусственных физических систем (технических, биотехнических, биологических и т.д.). В её основу, в свою очередь, положены принцип целостности исследуемой (статической или динамической) изменяемой совокупности элементов и структур системы, принципы неразрывности, единства и вариабельности межэлементных связей и отношений, а также вариабельности связей и отношений с окружающей средой.
Методология системного подхода – общенаучная методология, рассматривающая объекты исследований (ОИ), в частном случае сенсоры, ИП, измерительные каналы (ИК) или ЦИП, как сложные технические системы, состоящие из конечного числа структурных элементов, находящихся в определенных связях и отношениях друг с другом, служащих единой цели и выступающих как одно целое по отношению к окружающей среде [3].
К структурным элементам, например, сенсора, относятся функциональные (в том числе чувствительные) и конструктивные элементы, обеспечивающие целостность и функциональную надежность работы сенсора в заданных условиях эксплуатации.
Фундамент ТИИ составляют следующие основные принципы (рис. 1): принцип преемственности знаний, принцип системной инвариантности, принцип системной информативной избыточности, принцип системной линеаризации (или принцип системного линейного преобразования ФВ), принцип системной деформации (или принцип системного нелинейного преобразования ФВ), принцип системной управляемости измерений, принцип симметрии, принцип автоматической коррекции погрешностей, принцип системной (или избыточной) метрологической надежности (СМН или ИМН), принцип системного программно-алгоритмического обеспечения ИИ.
Данные принципы, – это те “десять заповедей”, положенные в основу методологии избыточных измерений или “десять китов” на которых построена ТИИ, и среда, т.е. общенаучная методология системного подхода, в которой они обитают.
3. Первоосновы и начала ТИИ
Первоосновы теории избыточных измерений составляют (рис.1): теория измерений, теория погрешностей, теория функциональной и метрологической надежности, существующие пути и методы повышения точности измерений, методы несистемной линеаризации НФП сенсора и/или ИП, методы повышения быстродействия, учение о преобразовании системы координат, базовые структуры сенсоров, биосенсоров, ИП и ЦИП, учение о физических величинах и т.д.
К началам ТИИ можно отнести учение об информативной избыточности и методах ее получения, учение о физических системах и типах связей между структурными элементами системы, учение о свойствах нелинейной функции преобразования, учение о наилучшем приближении ФП, учение о преобразовании системы координат и др.
В частности, например, вся ТИИ построена на создании и использовании информативной избыточности. Она является тем стержнем, который пронизывает всю теорию. Под информативной избыточностью понимают такое информативное множество измененных свойств и параметров ОИ (в частности, например, сенсора и/или ИП), получаемое в процессе нормированного и направленного воздействия на их структурные (чувствительные, функциональные и конструктивные элементы), которое формально превышает то количество, которое необходимо для суждения о свойствах ОИ.
4. Основы и основные положения ТИИ
ТИИ – это система научных знаний об эмпирических и теоретических законах восприятия, передачи и преобразования величин разной физической природы, о закономерных связях между этими величинами, о способах получения и использования разных видов информативной избыточности, о познании свойств сенсора (или ИП) через информативную избыточность сведений о нем, о способах преобразования системы координат, о многообразии математических моделей МИИ, способах построения и особенностях их решений, об уравнениях и методах ИИ при разных видах НФП сенсора и/или ИП, об основах создания бинарных приращений ФВ и способах их формирования, о коэффициентах локальной линеаризации (КЛЛ), о способах формирования и условиях выбора корректирующих ФВ (КрФВ), о путях и принципах создания ЦИП и функциональных ИП с автоматической коррекцией погрешностей, о методических погрешностях ИИ и способах их уменьшения, о метрологической надежности ИИ и путях ее обеспечения, об эффективности автоматической коррекции погрешностей, о быстродействии ИИ и т.д.
Поэтому основу ТИИ составляют: методология системного подхода, теория системной информативной избыточности, теория системной линеаризации и системной деформации, теория избыточных измерений при НФП сенсора и/или ИП, учение о закономерных связях между корректирующими ФВ, учение о бинарных приращениях, учение о КЛЛ, учение о методических погрешностях МИИ и путях их уменьшении, учение об эффективности автоматической коррекции погрешностей, учение о метрологической надежности ИИ и т.д. Основные положения ТИИ составляют приведенные выше определения принципов и другие определения, положения и условия (об алгоритмических (АЛ-) и функционально-алгоритмических (ФАЛ-) методах системной линеаризации, о МИИ, о необходимых и достаточных условиях выбора оптимальных значений бинарных приращений и КЛЛ и т.д.).
Классификация методов формирования КрФВ и методов системной линеаризации
Разработка методов формирования КрФВ и методов системной линеаризации (и деформации) является важнейшей задачей ТИИ. Для осознания всего объема полученных знаний приведем классификации.
В основу классификации методов формирования КрФВ положены следующие существенные признаки: направление действия КрФВ, однородность с КнФВ, известность размеров КрФВ, знак размера формируемой КрФВ, физическая сущность методов (методы нормированных эквивалентных воздействий, методы изменения режимов работы, методы замещения элементов схем, методы формирования КрФВ с использованием разных физических эффектов и явлений, методы обратных преобразований, методы трансформации величин разной физической природы, методы аналогий свойств ФВ и комбинированные подходы), изменяемые свойства, используемые физические эффекты, вид используемого физического явления (явления теплового расширения или сжатия тел, тепломассопереноса, поляризации, пленочной конденсации, различные поверхностные явления и др.), методы преобразования величин, преобразуемые аналоговые и цифровые величины (преобразования типа “давление-перемещение”, “давление-электриче-ское напряжение” и “напряжение-перемещение”, “напряженность магнитного поля-перемещение”, “температура-перемещение”, “ток-темпе-ратура” и “температура-ток” и т.д., а также типа “цифровой код-темпе-ратура”, “цифровой код-перемещение”, “цифровой код-давление” и др.), виды аналогий свойств, способы комбинирования.
В целом, существует реальная возможность формировать КрФВ с использованием перечисленных выше методов, а также решать задачи нормированного воздействия на параметры НФП сенсора. Причем для сенсоров величин разной физической природы реализация тех или иных методов может быть и сложной, и простой. Перспективным является формирования КрФВ путем воздействия на конструктивные элементы и на элементы электрических схем структурно-избыточных сенсоров и/или ИП ФВ.
В основу классификации методов системной линеаризации (и деформации) положены следующие классификационные признаки: вид системной линеаризации, сложность НФП, вид используемых уравнений величин, способ преобразования системы координат, способ получения избыточности, метод и способ понижения степени нелинейности разностных уравнений величин и способ получения ОФП.
Данные классификации характеризует индивидуальные (отличительные) и общие признаки существующих методов создания КрФВ и методов системной линеаризации или деформации ОФП ЦИП. Из-за ограниченного объема работы, подробно методы создания КрФВ и методы системной линеаризации (и деформации) не рассматриваются.
5. Обобщенные математические модели методов ИИ
Математическая модель МИИ – совокупность системы когерентных (связанных между собой) нелинейных уравнений величин с неизвестными, в общем случае, размерами параметров НФП сенсора и/или ИП, но известным ее видом, и результата решение данной системы, представленного в виде одного или нескольких уравнений избыточных измерений. Последние описывают взаимосвязь контролируемой ФВ с преобразованными ФВ, КЛЛ и образцовыми мерами.
Математическая модель МИИ характеризует последовательность проведения во времени и в пространстве определенного числа операций (тактов) измерений ряда КрФВ неизвестных или заданных размеров и операций обработки полученных результатов промежуточных измерений.
Все многообразие математических моделей МИИ может быть систематизировано по следующим существенным классификационным признакам: род ИИ, класс математических моделей, вид измерительного преобразования входных и выходных ФВ, вид преобразуемой ФВ, используемый метод системной линеаризации и системной деформации ОФП ЦИП, типы используемых рядов ФВ, вид привязки выбранных рядов КрФВ, способ привязки (симметричный и асимметричный), вид НФП (рис. 2).
Следует отметить, что по роду ИИ различают математические модели МИИ I-го, II-го и III-го родов (рис. 2). В математических моделях МИИ I-го рода не заложена статистическая обработка результатов измерений. В математических моделях МИИ II-го рода заложена статистическая обработка, усреднение или фильтрация результатов m1 циклов измерений контролируемой ФВ (КнФВ) и определение действительного значения и дисперсии КнФВ. В математических моделях МИИ III-го рода заложена статистическая обработка, усреднение и фильтрация результатов многократных (m2-кратных) измерений КрФВ и определение действительного значения и дисперсии КнФВ.
Рис. 2. Классификация математических моделей МИИ
Указанные математические модели МНВ делятся, в свою очередь, на математические модели, которые получены без преобразования системы координат и на математические модели, которые получены с линейным и/или нелинейным преобразованием системы координат. При этом, преобразованию подлежат как входные, так и выходные ФВ. В зависимости от используемого метода системной линеаризации и системной деформации ОФП ЦИП различают математические модели с использованием АЛ- или ФАЛ-методов системной линеаризации ОФП.
По типам используемых рядов ФВ математические модели делятся на модели с использованием арифметических и/или геометрических рядов КрФВ. Еще математические модели различаются между собой по виду и способу привязки избранных рядов КрФВ и по виду НФП сенсора и/или ВП (рис. 2).
Данные модели отражают не только последовательность выполнения измерительных операций, но и используемые закономерные связи между КрФВ неизвестных и заданных размеров, изменяемые параметры НФП, а также способ привязки ряда КрФВ к рабочей или заданной точкам графика НФП.
Математические модели МИИ дают возможность качественного семантического описания процедуры решения систем нелинейных уравнений величин и получения уравнения избыточных измерений.
6. Теоретические основы методов ИИ и преобразований свойств и их возможности
С позиции выполнения во времени и в пространстве операций восприятия, линейного и нелинейного измерительного преобразования КрФВ и обработки результатов промежуточных измерений имеет место следующее определение сущности МИИ:
“МИИ - методы многократного последовательного, параллельного, последовательно-параллельного, параллельно-последовательного или однократного параллельного во времени и в пространстве однократного или многократного восприятия и линейного или нелинейного измерительного преобразования трех и более рядов однородных и/или сопряженных КрФВ в соответствие с составленными математическими моделями процессов формирований и измерений КрФВ при заданном виде модельной ФП сенсора и/или ИП (или ИК в целом), с последующей обработкой результатов промежуточных измерений согласно уравнению избыточных измерений или по уравнению числовых значений”.
Данные методы представляют собой конечную совокупность определенных действий, условий и операций восприятия и преобразования свойств, выполняемых в заданной последовательности во времени и в пространстве, а именно: теоретически обоснованное составление математических моделей МИИ в виде систем когерентных нелинейных уравнений величин и их решение; выбор конечной совокупности физически воспроизводимых КрФВ и способов их формирования с заданной точностью; выполнение конечной совокупности прямых измерений контролируемой и ряда корректирующих величин, однородных или сопряженных с контролируемой и закономерно связанных между собой и с контролируемой величиной при неизменных и/или дискретно измененных на нормированные значения параметрах НФП сенсора и/или ИП c последующим определением действительного значения контролируемой ФВ согласно уравнению (или уравнениям) избыточных измерений или по уравнению числовых значений.
Сущность МИИ I-го рода, II-го рода и III-го рода
Избыточные измерения I-го рода (с автоматической коррекцией систематических и случайных, но медленно изменяющихся во времени, составляющих погрешности за цикл одноразовых измерений n ФВ): “Производимые при неизменных или нормированно измененных в
раза значениях параметров 
, соответственно, НФП сенсора или ИП n-тактные одноразовые прямые измерения двух и более рядов однородных и/или сопряженных КрФВ, размеры которых составляют, как правило, арифметическую и/или геометрическую прогрессии, причем одна из КрФВ имеет размер, равный размеру КнФВ 
или ее размер, измененный на нормированное значение приращения 
, равное разности арифметической прогрессии, или в kл1 раз, где kл1 знаменатель геометрической прогрессии или коэффициент локальной линеаризации, с последующим определением действительного значения КнФВ согласно уравнению избыточных измерений, полученному в явном виде:
,где
– приращение ФВ; 
– символ известной функции взаимной связи и отношений ФВ и коэффициентов, приведенных в скобках; 
– показатель степени при степенной ФП сенсора и/или ИП; 
– не равные единице коэффициенты локальной линеаризации; 
– выходные величины, полученные при прямых измерениях n КрФВ,или в неявном виде, например, в виде следующего равенства
,где
– символы разных, но известных функций взаимных связей и отношений ФВ и коэффициентов, приведенных в скобках в левой и правой частях равенства соответственно.При ИИ I-го рода решаемая относительно КнФВ
система когерентных нелинейных уравнений величин в общем случае, при заданных значениях параметров рядов КрФВ, имеет вид
Избыточные измерения IIго рода (с автоматической коррекцией систематических погрешностей в каждом цикле ИИ и случайной составляющей погрешности – по истечении
циклов измерений): ”Производимые при неизменных или нормировано измененных в 
раза значениях параметров , соответственно, НФП сенсора или ИП многократные циклы n-тактных одноразовых прямых измерений двух и более рядов однородных и/или сопряженных КрФВ, размеры которых составляют, как правило, арифметическую и/или геометрическую прогрессии, причем одна из КрФВ имеет размер, равный размеру КнФВ или ее размер, измененный на нормированное значение приращения , равное разности арифметической прогрессии, или в kл1 раз, где kл1 знаменатель геометрической прогрессии или коэффициент локальной линеаризации, с последующим определением действительного значения КнФВ согласно уравнению избыточных измерений вида (при усреднении методом статистической обработки или классическим методом)
, (1)и дисперсии результата измерений согласно уравнения величин
при 
,где
– действительное значение КнФВ, полученное МИИ 2-го рода;– приращение ФВ; – символ функции взаимосвязи величин, приведенных в скобках; – показатель степени при степенной ФП сенсора и/или ИП; – не равные единице коэффициенты локальной линеаризации; 
– j-е выходные величины, полученные при прямых измерениях n КрФВ в каждом из циклов, представленному в явном виде или представленному в неявном виде, например, в виде следующего равенства
При разных методах усреднения уравнение избыточных измерений имеет разный вид.
При усреднении классическим методом вид (1). При использовании метода текущего (цикл за циклом) усреднения результатов
измерений, вид
,где
номер текущего цикла измерений; 
действительное значение КнФВ , полученное после проведения 
-го цикла измерений; усредненное действительное значение КнФВ , полученное после истечения циклов измерений. Избыточные измерения IIIго рода (с автоматической коррекцией случайных составляющих погрешности измерений КрФВ в каждом такте их многократных измерений и систематических составляющих по истечении многократных циклов измерений, т.е. по уравнению из-быточных измерений): ”Производимые при неизменных или нормировано измененных в
раза значениях параметров, соответственно, НФП сенсора или ИП многократные прямые измерения двух и более рядов однородных и/или сопряженных КрФВ, размеры которых составляют, как правило, арифметическую и/или геометрическую прогрессии, причем одна из КрФВ имеет размер, равный размеру КнФВ или ее размер, измененный на нормированное значение приращения , равное разности арифметической прогрессии, или в kл1 раз, где kл1 знаменатель геометрической прогрессии или коэффициент локальной линеаризации, с последующим определением действительного значения КнФВ (по истечении заданного числа циклов измерений) согласно уравнению избыточных измерений вида (при усреднении методом статистической обработки или классическим методом)
(2)и дисперсий результатов промежуточных измерений согласно уравнению величин
при 
, (3)где
– действительное значение КнФВ, полученное МИИ 3-го рода; – символ известной функции взаимной связи и отношений усредненных ФВ и коэффициентов, приведенных в скобках; 
– усредненные КрФВ, 
– число измерений одной и той же КрФВ,представленному в явном виде или представленному в неявном виде, например, в виде следующего равенства (при усреднении классическим методом)
или
Дисперсия конечного результата определяется как полуразность результатов измерений (2), полученных при
и
,т.е. при двух противоположных по знаку значениях дисперсии
.При ИИ III-го рода решаемая относительно КнФВ
система когерентных нелинейных уравнений величин в общем случае, при заданных значениях параметров рядов КрФВ, имеет, например, вид
Возможности методов избыточных измерений
МИИ обеспечивают [2]:
1. Достижение главной цели метрологии – обеспечение погрешности измерений, сравнимой с погрешностью образцовых мер;
2. Инвариантность результатов измерений к разбросу характеристик сенсоров и деградации их чувствительных и конструктивных элементов (т.е. к старению и разрушению под влиянием внешних факторов). Это дает возможность замены сенсоров (или ИП) без изменения алгоритма или программы работы ЦИП;
3. Линеаризацию общей (виртуальной) функции преобразования (ОФП) ЦИП при нелинейной и нестабильной ФП сенсора и/или ИП;
4. Высокоточное нелинейное преобразование ФВ (в квадрат, в куб, в логарифм ФВ и т.д.) при использовании сенсоров с НФП;
5. Решение задач автоматической коррекции погрешностей при сложных НФП сенсоров и/или ИП путем использования уравнений замены величин и нелинейного преобразования системы координат;
6. Повышение быстродействия и точности измерений параметров гармонических сигналов с использованием образцовых и виртуальных мер;
7. Определение текущих значений параметров НФП сенсора и/или ИП, а также их отклонений от номинальных с целью прогнозирования времени их метрологической поверки или замены;
8. Определение методических погрешностей избыточных измерений;
9. Высокую эффективность автоматической коррекции погрешностей МИИ относительно прямых и других методов.
10. Решение задач по оценке метрологической надежности ЦИП и т.д.
Существует большое многообразие МИИ с автоматической коррекцией погрешностей. Это обусловлено многообразием используемых существенных признаков, используемых при составлении классификации (рис. 3). Среди них необходимо отметить следующие: разновидность измеряемых свойств, используемый вид НФП сенсора и/или ИП, наличие аппроксимации НФП, методы системной линеаризации; тип избыточности, вид преобразования КрФВ, число измерений КрФВ и число циклов измерений, вид обработки результатов промежуточных измерений, способ обработки результатов промежуточных измерений, пути повышения точности методов ИИ, способ минимизации методической погрешности, вид исключаемой погрешности, пути повышения быстродействия (минимизация времени измерений), методы повышения быстродействия ИИ и способ обработки результатов промежуточных измерений и другие.
Рис. 3. Классификация методов избыточных измерений
К числу других дополнительных классификационных признаков, можно отнести следующие: физическая природы свойств, методы пространственно-временного разделения каналов преобразования КрФВ, способы повышения чувствительности, способы обеспечения метрологической надежности ИИ и т.д. Среди МИИ можно выделить такие разновидности методов, которые отличаются только способами определения параметров
НФП.7. Принципы построения и базовые технические решения (структурные схемы) сенсоров и цифровых измерительных приборов
В ТИИ используются те же принципы построения сенсоров и ЦИП, что и для прямых методов измерений. Отличие заключается в требовании обеспечения управляемости одного или нескольких параметров НФП. Причем, в качестве классификационных признаков были выбраны такие, как: расположение структурных элементов в пространстве, тип структуры, соразмерность, внутренняя структура или конфигурация элементов или частей сенсора, наличие обратных связей (т.е. связи выхода со входом), типы связей между активными и пассивными элементами электрических цепей, типы связей между структурными элементами.
Выводы
Создана новая стратегия измерений, – ТИИ, как обобщенная система законов, принципов, методов, положений, доказательств и условий. Изложенные знания расширят представления ученых и специалистов о ТИИ.
ТИИ – это стратегическая теория ХХІ века как по фундаментальности изложения системы знаний, так и по целям, достигаемым в результате реализации её основных положений и основ. Дальнейшее развитие и совершенствование ТИИ, вместе с развитием и совершенствованием сенсорной аппаратуры (высокочувствительных структурно-избыточных сенсоров, биосенсоров и ИП с управляемыми параметрами), несомненно внесет весомый вклад в развитие приборостроения вообще и микропроцессорных ЦИП в частности.
Литература
1. Закон України про метрологію та метрологічну діяльність. Видання офіціне. – К.: Держстандарт України, 1998. – 20 с.
2. Кондратов В.Т. Стратегічна теорія XXI століття // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2001. – №2. – С. 11-16.
3. Кондратов В.Т. Основы теории автоматической коррекции систематических погрешностей измерения физических величин при нестабильной и нелинейной функции преобразования сенсора. Дисс. на соис. уч. ст. д.т.н. Киев, 2001. Т. 1. – 501 с.
4. Кондратов В.Т. Основы теории автоматической коррекции систематических погрешностей измерения физических величин при нестабильной и нелинейной функции преобразования сенсора. Дисс. на соис. уч. ст. д.т.н. Киев, 2001. Приложение, Т. 2. – 791 с.
Автор
Кондратов Владислав Тимофеевич – ведущий научный сотрудник института кибернетики им. В.М. Глушкова Национальной академии наук Украины, д.т.н., доцент
Украина, 03187, Киев-187, пр. Глушкова, 40.
Тел. +380 (044) 526-24-69, факс (841-2) 49-82-63, 49-85-00
E-mail: vlad@vladikon.kiev.ua
13 августа 2005 года исполнилось 60 лет академику Украинской технологической академии (УТА) (с 1993 года), члену Международной профессорской ассоциации (Россия, с 1991 года), члену Международной биографической ассоциации (г. Кембридж, Англия, с 1998 года), члену редколлегии Международного научно-технического журнала „Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах”, лучшему изобретателю Института кибернетики НАН Украины, одному из ведущих академических ученых страны в области метрологии и измерительной техники, ведущему научному сотруднику Института Кибернетики им. В.М.Глушкова НАН Украины, – Кондратову Владиславу Тимофеевичу.
В 1968 году В.Т.Кондратов закончил радиотехнический факультет Львовского политехнического института по специальности „Конструирование и производство радиоаппаратуры”. Его общий производственный стаж составляет 42 года, в том числе стаж научной работы – 33 года, стаж педагогической работы в вузах ІІІ-IV уровня аккредитации – 4 года.
Два года служил младшим военным представителем МО СССР на одном из почтовых ящиков в Белоруссии. Капитан запаса.
После службы в Советской армии работал инженером Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института радиоэлектронной медицинской аппаратуры (г. Львов). Позднее работал младшим, а затем старшим научным сотрудником Белорусской сельскохозяйственной академии (г. Горки).
В 1972 году поступил в аспирантуру Киевского технологического института легкой промышленности (научный руководитель – д.т.н., проф. Скрипник Ю.А.). За три года учебы в аспирантуре подготовил диссертационную работу на тему „Исследование дискретно-аналоговых методов преобразования и выделения фазовой информации в диапазоне инфранизких частот” (объемом 232 стр.) и Приложение (объемом 185 стр.). Однако данную работу защищать не пришлось.
С 1976 по 1986 году была подготовлена и успешyо защищена новая диссертационная работа на тему „Алгоритмические методы измерения мгновенных значений фазового сдвига инфранизкочастотных сигналов“.
В 1975 г., после окончания аспирантуры, Кондратов В.Т. получает направление на работу в Институт Кибернетики НАН Украины. Работает старшим инженером, руководителем группы, научным и старшим научным сотрудником. В 1989 году создал и возглавил лабораторию научного приборостроения. В 1996 году, после ликвидации в НАН Украины президентом НАН Украины академиком Патоном Б.Е. научных лабораторий, как подразделений, был переведен на должность ведущего научного сотрудника ИК НАН Украины. В этой должности работает по настоящее время.
Первые публикации и изобретения В.Т. Кондратова по проблемам инфранизкочастотной фазометрии и повышения точности измерений появились в 1973-1975 гг., т.е. в период учебы в аспирантуре.
В 2001 году в НТУУ „КПИ” Кондратов В.Т. успешно защитил докторскую диссертацию на тему „Основы теории автоматической коррекции систематических погрешностей измерения физических величин при нестабильной и нелинейной функции преобразования датчика” по специальностям 05.11.15 – „Метрология и метрологическое обеспечение” и 05.11.01 – „Приборы и методы измерения механических величин”.
Данная диссертационная работа может быть записана в „Книгу рекордов Гиннеса” как наибольшая по объему и фундаментальная по содержанию теоретическая научная работа по техническим наукам (первый том составил 501 с., а второй – 791 с.). Данная работа и составила основу созданной д.т.н. Кондратовым В.Т. теории избыточных измерений.
С октября 2001 года В.Т.Кондратов занимает должность доцента кафедры автоматизации Киевского национального института технологий и дизайна (на 0,25 ставки) и успешно осуществляет подготовку магистров и аспирантов.
С 1 октября 2003 года Кондратов В.Т. занимает должность профессора Института новейших технологий (созданного НАН и МОН Украины при Национальном авиационном университете (НАУ)), – осуществляет подготовку магистров и ведет плодотворную научную работу со студентами старших курсов Института информационно-диагностических систем НАУ.
Кондратов В.Т. является автором и соавтором 280 научных работ, в том числе 125 авторских свидетельств и патентов России и Украины. За рубежом им опубликовано более 10 научных работ.
Вместе с аспирантами и магистрами развивает новое научное направление – „Теорию и методы избыточных измерений” и его прикладные направления: избыточная пирометрия, избыточная концентратометрия, избыточная УФ-дозиметрия, избыточные измерения давления, тока, расстояния до объекта и др. Активно развивает направление, связанное с разработкой структурно-избыточных оптико-электронных сенсоров с управляемыми параметрами.
Кондратов В.Т. является одним из ведущих специалистов страны в области метрологии и измерительной техники. Им впервые за последние 25 лет развития метрологии разработана новая и стратегически важная теория избыточных измерений физических величин с автоматической коррекцией систематических погрешностей результатов измерений при нелинейной и нестабильной функции преобразования сенсора. Данная теория будет превалировать в XXI веке, поскольку направлена на решение одной из главнейших задач метрологии – достижение точности измерений, соизмеримой с точностью образцовых мер. Она обеспечит дальнейшее развитие приборостроения стран СНГ и дальнего зарубежья в части создания высокочувствительных структурно-избыточных сенсоров, высокоточных виртуальных и микропроцессорных приборов.
В 2001 году впервые за 40 лет со дня принятия Международной системы единиц Кондратов В.Т. поднял проблему технического языка общения и обмена мыслями в метрологии и измерительной технике и показал пути ее решения. Им написаны соответствующие препринты на русском и украинском языках.
В 2002 году им впервые был поднят вопрос о кризисе метрологии в Украине, о качестве государственных стандартов и Законов Украины о метрологии.
Кондратов В.Т. не имеет высоких академических наград и титулов. Он награжден нагрудным знаком „Изобретатель СССР”, нагрудным знаком Украинской технологической академии “За достижения”, медалью “В память 1500-летия Киева”, серебряными медалями Международной биографической ассоциации: “Международный человек года (1998-1999)” и “За достижения в 20-столетии” (1999 г.).
Поздравляем Владислава Тимофеевича Кондратова с юбилеем и желаем ему крепкого здоровья и новых успехов как на научном поприще, так и в подготовке молодых ученых.