Информационная метрология, измерительные сигналы

Тенденциями в классической метрологии, которая, в основном, была ориентирована на статические измерения, являлись повышение чувствительности измерений (за счет совершенствования метрологической элементной базы и разработки новых физико- технических принципов измерений) и повышение точности измерений [1].

Основными направлениями современной метрологии являются:

- необходимость разработки методов измерения и контроля большого числа разнородных параметров и передача результатов на единый анализатор (процессор) (рис.1);

Рис.1.Структура измерительной системы

- повышение степени автоматизации отдельных измерений, для развития этого направления средства измерений должны не только измерять величины, но преобразовывать их (с помощью измерительного первичного или промежуточного преобразователя), проводить необходимые вычисления, отображать полученные результаты в необходимом виде, передавать их по назначению или сохранять.

В настоящее время стало очевидным, что среди всех многочисленных задач метрологии наиболее важное место занимают обработка и анализ информации, именно эти процедуры позволяют определить результирующие параметры точности, погрешности. Современная метрология является «информационной метрологией», так как включает в себя процессы передачи, хранения и переработки информации. Любая информационно- измерительная система может рассматриваться как система передачи информации. Ее можно считать оптимальной, если она обрабатывает и передает максимум информации. Любое измерительное средство является средством передачи информации. Чем сложнее информационно- измерительная система, тем большее место занимают в ней информационные процессы. Основным инструментом информационной метрологии являются методы анализа и оценки точности и обработки результатов измерений, контроля, методы анализа погрешностей.

Обобщенный перечень информационных метрологических процессов может включать [2]:

- генерацию полезных измерительных сигналов средствами измерений, сигналов помех, генерацию сигналов корректировки, управления;

- формирование измерительной информации, включающее поиск, обнаружение, восприятие, распознавание, принятие решения, сбор, накопление, отбор, получение, преобразование и т.д.;

- передачу измерительной информации по каналам связи, оператору и т.п.;

- анализ измерительной информации, подразумевающий выполнение таких процедур как статистическая обработка, вычисления, сжатие, адаптация, выявление и т.д.;

- хранение измерительной информации;

- управление потоками измерительной информации, например, распределение сигналов на входе и выходе информационно- измерительной системы;

- отображение, регистрация измерительной информации,

- использование измерительной информации – воздействие сигналов на исполнительные элементы.

Обработка и анализ информации в метрологии включают:

- определение множества характеристик (параметров) сигналов, несущих полезную информацию;

- выбор наиболее информативных характеристик, связанных с измеряемыми параметрами;

- формирование описаний сигналов на основе выбранных информативных параметров;

- создание алгоритмов, зависимостей качественных параметров объектов измерения или оценки от выбранных информативных параметров сигналов.

Информация в информационно- измерительной системе передается с помощью измерительных сигналов. В рамках единой измерительной системы измерительные сигналы передают информацию о значениях измеряемой величины от одного средства измерения к другому. Наиболее часто используются измерительные сигналы постоянного уровня (постоянные ток, напряжение, световой сигнал, давление сжатого воздуха, положение измерительного наконечника, постоянные деформации и т.п.), синусоидальные сигналы (переменный электрический ток), последовательности прямоугольных импульсов (электрических или световых). Чтобы сигнал стал измерительным, необходимо, чтобы один (или несколько) из его параметров был функционально связан с измеряемой величиной. Такой параметр измерительного сигнала называют информативным. Процесс преобразования исходного сигнала в измерительный, т.е. преобразование одного из параметров в информативный называют модуляцией: по уровню для сигналов постоянного уровня; амплитудной, частотной, фазовой для пульсирующих синусоидальных сигналов; по амплитуде, частоте, фазе, ширине импульсов для сигналов в виде прямоугольных импульсов и т.д. При анализе измерительных сигналов их принято описывать либо с помощью спектральных представлений, основанных на преобразованиях Фурье и Лапласа, либо функциями времени.