Разработка концепции построения и архитектуры измерительных систем и приборов для экспресс-диагностики состояния физических и биологических объектов - Статья

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ПРИБОРОВ ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЄКТОВ СООБЩЕНИЕ 1В настоящем сообщении рассматриваются вопросы разработки концепции построения и архитектуры измерительных систем и приборов для экспресс диагностики состояния физических и биологических объектов. Показана зависимость архитектуры средств измерений от физического принципа измерений, метода измерений, решаемой измерительной или метрологической задачи, математической модели объекта измерений, системных требований к создаваемому средству измерений и существующих стандартов. Главный смысл концепции построения состоит в строгом выполнении требований технического задания на разработку измерительной системы или прибора или их составных частей (сенсоров, измерительных каналов и т.д.) с позиции системного подхода, использования максимального числа стандартизированных блоков и элементов, а также существующих стандартов. THE CONCEPT OF CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE MEASURING SYSTEMS AND DEVICES FOR EXPRESS DIAGNOSTICS OF THE CONDITION PHYSICAL AND BIOLOGICAL OBJECTS Dependence of architecture of measuring apparatuses on a physical principle of measurements, method of the measurements, solved measuring or metrological problem, mathematical model of object of measurements, system requirements to a created measuring apparatus and existing standards is shown.В нижеприведенном и последующих сообщениях рассматриваются вопросы разработки концепции построения и архитектуры измерительных систем и приборов для экспресс диагностики состояния физических и биологических объектов. В литературе эти вопросы рассмотрены не достаточно полно ввиду большого разнообразия толкования данных понятий, сложности формулирования той или иной концепции и сложности сравнения архитектур измерительных систем, приборов, их основных функциональных блоков и операционных систем. Рассмотрение концепций построения и архитектур измерительных систем и приборов начнем с определений. Под концепцией построения измерительных систем и приборов мы будем понимать генеральную точку зрения, характеризующую научную доктрину и современную стратегию действий по осуществлению проектов по экспресс-диагностики состояния биологических и физических объектов на основе общенаучной методологии системного подхода, современных методов измерений, программно-технического обеспечения проектов с использованием современных средств вычислительной техники: микропроцессоров, микроконтроллеров (МК), микроконверторов, аналого-цифровых (АЦП)_и цифроаналоговых (ЦАП) преобразователей и т.д.алгоритмы программно-технического обеспечения функционарования измерительных систем и приборов (прикладное и системное), в том числе: а) процессом измерительного преобразования физических величин, аналого-цифрового преобразования, запоминания, предварительной обработки; б) процесса обработки данных (в реальном времени или по окончании измерений); в) обеспечение сервисных задач (визуализации данный и результатов обработки, сигнализации, напряжения питания, значений входных измеряемых величин, контроль параметров измерительного канала с сенсором, его метрологической надежности и т.д.); г) управлением состояния сенсора и/или ИК (значениями параметров); д) управление работой испольнительных механизмов (актюаторами, коммутаторами и т.п.), е) режимами работы и т.п.; способы и стандарты синхронизации всех функциональных блоков во времени; способы привязки к календарному и реальному времени. Архитектура сенсоров зависит от: используемого принципа преобразования физических величин направленного и ненаправленного действия, наличия приписываемой объекту измерений математической модели, вида функции преобразования сенсора, достигаемых технических и метрологических характеристик, способов включения сенсоров, количества сенсоров для преобразования физических величин одной или разной физической природы, пространственно-временной структуры расположения сенсоров (сосредоточенной или распределенной в пространстве); конструктивного исполнения При реализации оптических методов измерений важно установить оптимальную по соотношению «цена/точность» архитектуру оптикоэлектронного преобразователя. ND = k ?h0 ?cos??x , (1) где ?0 - длина волны когерентных потоков оптического излучения, на которой осуществляется измерения; ? - угол падения потока оптического излучения, заданный с высокой точностью; h0 - толщина (прослойка) исследуемого вещества; ?x - фазовый сдвиг между двумя сведенными потоками оптического излучения; k - коэффициент пропорциональности (k = 4?).