Шабатура Юрій Васильович. Розвиток теорії та принципів побудови інформаційно-вимірювальних систем з часовим представленням вимірювальної інформації

brief description

Шабатура Юрій Васильович. Розвиток теорії та принципів побудови інформаційно-вимірювальних систем з часовим представленням вимірювальної інформації. : Дис... д-ра наук: 05.13.05 2008

Шабатура Ю.В. Розвиток теорії та принципів побудови інформаційно-вимірювальних систем з часовим представленням вимірювальної інформації. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 комп’ютерні системи та компоненти. Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2008.
У дисертації започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні і метрологічні засади та практичні рекомендації і методики проектування для створення інформаційно-вимірювальних систем (ІВС) з часовим представленням вимірювальної інформації. Запропоновано нові принципи побудови вимірювальних каналів, що дозволяють модернізувати існуючі вимірювальні засоби з суттєвим покращенням їх характеристик, які працюють на основі використання мостових та потенціометричних вимірювальних схем з резистивними сенсорами, а також нові методи та пристрої здійснення вимірювальних перетворень з часовим поданням вимірювальної інформації на основі яких можна створювати вимірювальні канали з підвищеною точністю і завадостійкістю вимірювань та з зменшеним енергоспоживанням.
Комп’ютерне моделювання, експериментальні дослідження та практичне впровадження ряду розроблених на запропонованих принципах ІВС підтвердили адекватність розроблених теоретичних засад і ефективність запропонованих методів.

На основі виконаних досліджень створені теоретичні засади та практичні положення для побудови ІВС з часовим представленням вимірювальної інформації, які базуються на розробленні: елементів теорії та методів синтезу вимірювальних каналів ІВС, функціонування яких грунтується на використанні вимірювальної інформації у формі часових інтервалів з відповідним технічним, програмним та метрологічним забезпеченням; нових методів та засобів вимірювальних перетворень значень фізичних величин у часові інтервали, що забезпечує вирішення важливої науково-прикладної проблеми підвищення точності, чутливості та завадостійкості створюваних на цій основі ІВС з одночасним зниженням їх енергоспоживання.
Отримані такі основні наукові та практичні результати:

Встановлено, що застосування часових інтервалів як універсальної вимірювальної величини для вимірювання інших фізичних величин дозволяє в комплексі вирішити проблему підвищення точності вимірювань, їх завадостійкості і зменшити енергоспоживання засобів вимірювань. На основі даної концепції розроблено теоретичні засади побудови уніфікованих ІВС з часовим представленням вимірювальної інформації.
Запропоновано два нових напрями створення вимірювальних каналів досліджуваних ІВС. Перший напрям базується на використанні класичних вимірювальних схем з резистивними сенсорами, робота яких організовується за новими принципами з використанням ІТС. Другий напрям передбачає створення і застосування нових методів та пристроїв для виконання вимірювальних перетворень значень фізичних величин у часові інтервали. Теоретичні положення, отримані в рамках першого напряму, дозволяють, крім створення нових, здійснювати модернізацію й існуючих вимірювальних каналів ІВС з суттєвим покращенням їх метрологічних та енергетичних характеристик, а теоретичні розробки в рамках другого напряму дозволяють створювати ІВС з властивостями, які у багатьох випадках неможливо реалізувати на інших засадах.
Вперше розроблено метрологічні характеристики, пов’язані з застосуванням ІТС у вимірювальних каналах з часовим представленням інформації, які базуються на: математичних моделях залежності зміни тривалості ІТС від зміни їх амплітуди та функцій чутливості даних залежностей, рівняннях перетворення та функцій чутливості для потенціометричної вимірювальної схеми у загальному випадку і з терморезистором та термістором зокрема, при використанні основних форм ІТС, що дозволило отримати аналітичні вирази для проектування вимірювальних каналів з новим принципом роботи на основі потенціометричних вимірювальних схем.
Вперше отримані рівняння перетворення та функції чутливості для мостових вимірювальних схем з резистивними сенсорами при використанні основних форм ІТС, а також рівняння перетворення та функції чутливості для мостових вимірювальних схем при їх живленні ІТС струму, що дає можливість створювати вимірювальні канали з новим принципом роботи на основі мостових вимірювальних схем, які можуть бути нечутливими до втрат у лініях зв’язку.
Розроблено математичне забезпечення для вимірювального каналу з інтегрувальним перетворенням, який працює на нових засадах, при використанні потенціометричної та мостових вимірювальних схем, для яких отримані рівняння перетворення та функції чутливості, що дозволило використовувати прямокутні ІТС і збільшити чутливість вимірювальних перетворень при застосуванні інших форм ІТС. Дані результати разом з покращенням метрологічних характеристик спрощують узгодження розроблених вимірювальних каналів з цифровими системами обробки інформації.
Запропоновано узагальнену математичну та інформаційні моделі розроблених вимірювальних каналів, на основі яких виведені аналітичні залежності для обчислення їх метрологічних та динамічних характеристик. Розроблено елементи теорії структурного синтезу інваріантних вимірювальних каналів з часовим представленням інформації, що дає можливість створювати нечутливі до дії завад вимірювальні канали.
Розроблено нові методи та пристрої для виконання вимірювального перетворення значення фізичних величин у часові інтервали, побудовані їх математичні моделі та моделі створених на їх основі вимірювальних каналів, які відрізняються підвищеною точністю вимірювань, завадостійкістю та багатофункціональністю.
Розроблено математичний тезаурус вимірювального процесу в ІВС з часовим представленням вимірювальної інформації і виконана їх метрологічна декомпозиція, на основі якої обґрунтовано зниження загальної похибки вимірювань у таких ІВС по відношенню до відомих, що дозволяє здійснювати побудову і аналіз досліджуваних ІВС з заданими метрологічними характеристиками з позицій уніфікованості їх структури, єдності математичного та метрологічного забезпечення.
Розроблено і впроваджено в практику ряд спеціалізованих ІВС, які функціонують на основі часового представлення вимірювальної інформації. Отримали подальший розвиток елементи теорії кодування і вибору функцій управління з використанням часу як опорного інформаційного каналу, що створює теоретичну основу для побудови нового інтерфейсу взаємодії людини з технічними системами.