Информационная система проведения дистанционных измерений

под отказом ИИИС будем понимать результат измерения параметров СМ с

погрешностью выше допустимой (указанной  в паспорте на систему). Для

краткости такое измерение будем  называть ошибочным или неправильным.

     Определение 2. ИИИС, в которых реализуется идентификация ДФ,

нейтрализуется их влияние корректирующими  поправками и выдается ин-

формация о достоверности результатов  измерения, будем называть ИИИС,

устойчивыми к ошибочным измерениям (УОИ). Основная цель таких систем –  обеспечить отсутствие ошибочных измерений, либо, в крайнем случае, дать информацию пользователю о степени достоверности получаемых

результатов.

Таким образом, в отличие от обычных ИИС, определяющих конкретные значения характеристик, результат  измерения, полученный ИИИС,

выдается в виде кортежа 〈 qi1 , qi 2 , ..., qi m i ; { mk ( Z )}〉 , где { mk ( Z )} –

множество мер доверия для всех гипотез z из множества Z по k источникам

свидетельств.

Алгоритмическое обеспечение ИИИС УОИ включает:

 − математическую модель  процесса теплопереноса;

 − аппроксимирующие зависимости  результатов определения теплопроводности  исследуемых материалов от воздействующих  ДФ;

 − соотношения для расчета  мер доверия к получаемым результатам

на основе метода Демпстера-Шафера.

Вопросы влияния  ДФ достаточно подробно изложены в. С

учетом этих факторов определение  мер доверия к результатам  измерения производится следующим  образом.

    Формируется пространство  исходов (множество гипотез, или  область

анализа) Q = {Н , Ψ , S , RT } , здесь Н – измерения в нормальных условиях

(при отсутствии воздействия  ДФ); ψ – шероховатость поверхности  превышает допустимую; S – неоднородность  структуры ИМ; RT – контактное термосопротивление, зависящее от шероховатости поверхности, неоднородности структуры и теплопроводности ИМ.

       Если компоненты  множества гипотез Q являются  взаимно-

исключающими, набор гипотез –  исчерпывающим и функции доверия

m1 ( X ) , m2 (Y ) сформированы по независимым  источникам свидетельств в

пределах пространства Q , то значение функции доверия гипотезы A ∈ 2Q ,

т.е. m3 ( A) с учетом двух свидетельств определяется по формуле Демпсте-

ра-Шафера

 

                                             ∑ m1( X ) ⋅ m2 (Y )

                                            X ∩Y = Z

                             mn ( Z ) =                            .                    (2.1)

                                          1 − ∑ m1 ( X ) ⋅ m2 (Y )

                                             X ∩Y =∅

 

     В качестве примера  применения правила Демпстера-Шафера рассмот-

рим определение мер доверия  к результатам измерения теплофизических

свойств теплоизоляционных материалов при воздействии ДФ.

     Согласно правилу  Демпстера-Шафера меры доверия  m1 ( X ) и m2 (Y ) к

результатам измерения определяются на совокупности пространства гипо-

тез Q = {Н , Ψ , S, RT } в соответствии с  табл. 2.3. Значения m1 ( H ) и m1 (Q)

задаются перед началом измерений  оператором. Они отражают состояние

технологического процесса. Если в  процессе произошли изменения, на-

пример, изменилось сырье или оборудование, то мера доверия m1 ( H ) мо-

жет уменьшена. Значения m2 ( H ) , m2 ( RT ) , m2 ( S ) и т.д. могут браться из

базы знаний или задаваться специалистом в этой предметной области.

     При формировании  подхода к интеллектуализации ИИС поставлены и

решены задачи интеллектуализации, созданы математические модели ком-

понентов и процессов при  проектировании ИИИС, разработана архитектура  интеллектуальных информационно-измерительных  систем. В отличие от

существующих ИИИС предлагаемая архитектура характеризуется универ-

сальностью и многофункциональностью. Эти свойства системы реализуют-

ся применением интеллектуального  датчика, содержащего в своей  структуре набор измерительных  ячеек, которые используются в зависимости  от

функционального назначения системы и рассматриваемой предметной области. Кроме того, база знаний ИИИС выполнена на основе микроконтрол-

леров, содержащих информацию по ряду предметных областей: о методах

измерения, моделей исследуемых  материалов и изделий, алгоритмах и из-

мерительных процедурах, априорной  и текущей информации, аппроксими-

рующих зависимостях и методах  метрологического анализа результатов

измерений параметров свойств исследуемых  материалов и изделий.

В основу функционирования интеллектуальной системы положено:

представление знаний, приобретение знаний и использование полученных

знаний.

Решение задач  выбора метода контроля свойств материалов, класси-

фикации исследуемых материалов, распознавания  образов, разработанные

модели предметной области, исследуемых материалов, интеллектуальных

информационно-измерительных систем и принятия решений в ИИИС,

структура ИИИС, разработанная база знаний, интеллектуальный датчик

завершают решение задач подхода  к интеллектуализации информационно-

измерительных систем.

В данной главе  выполнен анализ ДФ, воздействующих на ИИИС НК

ТФСМ, и определены основные ДФ. Приведены  методы, позволяющие устранить влияние ДФ на достоверность результатов измерения. Рассмотрены разработанные методы НК ТФСМ, интеллектуальный измерительный зонд и интеллектуальная информационно-измерительная система. При проектировании ИИИС НК ТФСМ, проведении контроля ТФСМ в условиях производства анализ ДФ, воздействующих на процесс измерения в ИИИС, является важной проблемой, решение которой позволит обеспечить заданный метрологический уровень определения ТФСМ.

Анализ дестабилизирующих  факторов, воздействующих на ИИИС проводится с целью выявления воздействующих факторов, оказывающих влияние на работоспособность отдельных структурных блоков ИИИС. На основе анализа дестабилизирующих факторов определяются методы уменьшения составляющих общей погрешности основных блоков ИИИС [5].

ИИИС НК ТФСМ включает следующие основные блоки  и устройства: ИИЗ – интеллектуальный измерительный зонд; МК – микроконтроллер; ИВУ – интеллектуальное вычислительное устройство; БЗ – база знаний; СДК – система допускаемого контроля; БПР – блок принятия решений. Основными дестабилизирующими факторами, воздействующими на ИИЗ (термозонд), являются изменение температуры, давления и влажности окружающей среды, контактного термосопротивления в области измерения (области контакта термозонда и исследуемого материала), теплоемкости нагревателя, теплоотдачи в области измерения, изменение расположения элементов термоприемника в термозонде, влияние шероховатости поверхности объекта, а также воздействующие помехи на измерительный преобразователь.

Помехой считается  любой электрический сигнал в  цепях первичных измерительных  преобразователей (ПИП), отличный от полезного [6]. Помеха включает внутренние источники шумов, возникающие от термоэффекта и гальванического взаимодействия в местах соединений участков цепи, от теплового шума в различных элементах цепи, от собственных шумов в источниках полезных

сигналов. На работающую ИИИС действуют  также излучения от внешних источников. Указанные помехи создают электрические и магнитные поля, которые из-за наличия индуктивных, емкостных и резистивных связей способствуют возникновению на различных участках преобразования полезного сигнала паразитной разности потенциалов и протеканию токов по элементам измерительных информационных цепей.

Влияние воздействующих помех на ПИП и результаты измерения

ТФСМ можно устранить с помощью  инструментальных и алгоритмических

методов. Инструментальными методами являются: экранирование, заземление, изоляция, регулировка значения полного сопротивления схемы, выбор кабеля и др. К алгоритмическим методам относятся: линейная и нелинейная фильтрация; отбраковка аномальных измерений и др.

Дестабилизирующим фактором, воздействующим на термозонд, является влияние теплоемкости нагревателя на результаты измерения.

При контроле температуры  в области измерения термоприемник  может также нарушать первоначальное распределение температур в контролируемом объекте . Вследствие этого при неблагоприятных условиях измерения может иметь место методическая погрешность измерения температуры и температура чувствительного элемента термоприемника будет отличаться от действительной температуры поверхности тела.

Для уменьшения погрешности за счет теплоотвода  термоэлектрический термометр рекомендуется устанавливать на поверхности тела по всей длине соприкосновения термоэлектродов с поверхностью вдоль изотремы, вследствие чего теплоотвод от рабочего конца термоэлектрического термометра значительно уменьшается.

К дестабилизирующим  факторам, воздействующим на ИИЗ, относятся также контактные термические сопротивления, которые влияют на формирование температурного поля в области измерения и определения ТФСМ. Исследуемый материал отделен от среды, в которой проходят теплофизические измерения, некоторым пограничным слоем, представляющим собой определенное термическое сопротивление, ухудшающее условия теплообмена. Контактные термические сопротивления имеют место также при соприкосновении тел с одинаковыми или различными свойствами. Точность определения теплофизических характеристик во многом определяется отношением термического сопротивления исследуемого материала к контактному термическому сопротивлению. Чем выше это отношение, тем точнее при прочих равных условиях будут определены ТФСМ. При одних и тех же размерах тел и условиях контакта с окружающей средой это отношение всегда больше для материалов с низкой теплопроводностью, чем для материалов с большой теплопроводностью, например, для металлов.

Традиционный  метод уменьшения контактного термического сопротивления заключается в тщательной обработке соприкасающихся поверхностей в области измерения (термозонда и исследуемого материала) и замене газовой прослойки между ними более проводящим веществом.

Влияние влажности  окружающей среды является одним из важных

дестабилизирующих факторов, воздействующих на термозонд при теплофизических  измерениях. Поэтому необходимо определять теплофизические свойства одновременно с влажностью в процессе изготовления изделия и на основе полученных результатов прогнозировать свойства готовой продукции.

Методом уменьшения составляющей общей погрешности  результатов

измерения при воздействии температуры  окружающей среды является автоматическая коррекция результатов измерения  на основе анализа экспериментальных термограмм, снятых при низких и высоких температурах окружающей среды. Автоматическая коррекция осуществляется аппаратными и программными средствами.

При аппаратной реализации автоматической коррекции  в измерительную цепь микропроцессора включается дифференциальный усилитель, на один из входов которого поступает информационный сигнал с термозонда, а на второй – сигнал с термодатчика, регистрирующего температуру.

 

Литература

1. Гаскаров Д.В. Интеллектуальные  информационные системы. М.: Высш. школа 431с.

2. Романов, В.Н.  Интеллектуальные средства измерений  / В.Н. Рома-

нов, В.С. Соболев, Э.И. Цветков / под ред. д-ра техн. наук Э.И. Цветкова.

М. : РИЦ «Татьянин день», 1994. 280 с.

 

3. Андрейчиков,  А.В. Интеллектуальные информационные  системы

/ А.В. Андрейчиков, О.Н.  Андрейчикова М. : Финансы и статистика, 2004.

424 с.

 

4. Муромцев, Ю.Л.  Об одном классе интеллектуальных  информационно-измерительных и управляющих  систем / Ю.Л. Муромцев, З.М. Сели-

ванова, Д.Ю. Муромцев // Повышение  эффективности средств обработки

информации на базе математического  моделирования : сб. тр. VII Всерос.

науч.-техн. конф. Тамбов, 2004. С. 71–77.

 

5. Романов, В.П. Интеллектуальные  информационные системы в

экономике : учеб. пособие / В.П. Романов; под ред. Н.П. Тихомирова. М. :

Изд. «Экзамен», 2003. 496 с.

 

6. Михайлов, Е.В.  Помехозащищенность информационно-измерительных  систем / Е.В. Михайлов. М. : Энергия, 1975. 104 с.