39. Основные метрологические характеристики измерительных преобразователей.

Согласно ГОСТ 8.009 нормировать МХ для СИ, в частности измерительных преобразователей можно в виде:

-Номинальную функцию преобразования измерительного преобразователя представляют в виде формулы, таблицы, графика

-Систематическая, случайная основные и дополнительные пределы погрешностей представляют числом или функцией (формула, таблица, график) информативного параметра входного или выходного сигнала для абсолютных (именованное число), относительных или приведенных погрешностей.

-Полные и частные динамические характеристики нормируют путем установления номинальной динамической характеристики и пределов (положительного и отрицательного) допускаемых отклонений от нее.

40. Применение лазеров в метрологии.

Лазер состоит из трех основных компонент: активной среды, в которой осуществляется инверсная населенность атомных уровней и происходит генерация, системы накачки, создающей инверсную заселенность, и оптического резонатора - устройства, создающего положительную обратную связь.

Активная среда - смесь газов, паров или растворов, кристаллы и стекла сложного состава. Компоненты активной среды подобраны так, что энергетические уровни их атомов образуют квантовую систему, в которой есть хотя бы один метастабильный уровень, обеспечивающий инверсную населенность.

Накачка - внешний источник энергии, переводящий активную среду в возбужденное состояние. В газовых лазерах накачку обычно осуществляет тлеющий электрический разряд, в твердотельных - импульсная лампа, в жидкостных - свет вспомогательного лазера, в полупроводниковых - электрический ток или поток электронов.

Оптический резонатор - пара зеркал, параллельных одно другому. Одно зеркало сделано полупрозрачным или имеет отверстие; через него из лазера выходит световой луч. Резонатор выполняет две задачи. 1. За счет отражения фотонов в зеркалах он заставляет световую волну многократно проходить по активной среде, повышая эффективность ее использования.

2. В момент начала генерации лазера в нем одновременно и независимо появляется множество волн. После отражения от зеркал резонатора усиливаются по преимуществу те, для которых выполняется условие образования стоячих волн: на длине резонатора укладывается целое число полуволн. Все остальные частоты будут подавлены, излучение станет когерентным.

Некоторые характеристики отечественных газовых лазеров приведены в таблицах

Лазер	Нестабильность мощности в полосе частот 0-0,5Гц,%	Расходимость угл.мин.	Нестабильность частоты, отн.ед.	Нестабильность мощности в полосе частот 0,5-103Гц,%	Срок службы,ч
ЛГ-106М-1 ЛГ-52-1 ЛГ-52-2 ЛГ-52-3 ЛГ-32 ЛГ-149 ЛГ-38 ЛГ-79 ЛГ-74	<10 <5 <5 5 3-4 3-4 <5 <3 <1	4 4 5 6 6 6 2 4 20	-- -- -- -- <10-6 <10-6 -- -- <10-6	20 <5 <5 <5 <3 <3 10 <1 <1	500 5000 5000 5000 500 500 1000 5000 500

Лазер	Активная среда	Длина волны,мкм	Мощность Излучения, мВт	Режим генерации
ЛГ-106М-1 ЛГ-52-1 ЛГ-52-2 ЛГ-52-3 ЛГ-32 ЛГ-149 ЛГ-38 ЛГ-79 ЛГ-74	Ar+ He-Ne He-Ne He-Ne He-Ne He-Ne He-Ne He-Ne CO2- He-Ne	0,4880; 0,5145 0,6328 0,6328 0,6328 0,6328 0,6328 0,6328 0,6328 10,6	1000 10 4 2 0,1 0,1 50 10 1000	Многомодовый Несколько аксиальных мод То же Одна аксиальная мода Одночастотный с АПЧ То же Несколько аксиальных иод То же Одночастотный с АПЧ

Одним из сфер применения лазеров (He-Ne/CH4 и He-Ne/I2), как самых стабильных средств, является эталон длины волны.

41. Явление интерференции и его применение в метрологии.

Интерферометр Майкельсона

Интерферометр Релея

Интерферометр Фабри-Перо

42. Понятие «информационно – измерительная система (ИИС)». Структурная схема ИИС.

ИИС – это СИ особого вида, как правило, автоматизированного, предназначенное для удаленного сбора измерительной информации, их обработки и представления окончательных результатов в удобном для оператора виде.

43. Технология преобразования измеряемых величин в цифровую форму.

В цифровой технике способ представления данных (чисел, слов и других) в виде комбинации двух знаков, которые можно обозначить как 0 и 1. Знаки или единицы двоичного кода называют битами. Одним из обоснований применения двоичного кода является простота и надежность накопления информации в каком-либо носителе в виде комбинации всего двух его физических состояний, например в виде изменения или постоянства магнитного потока в данной ячейке носителя магнитной записи. Для перевода аналоговых сигналов, содержащих результаты измерений, в двоичный код используются специальные приборы АЦП. Широкое применение АЦП в различных областях науки и техники явилось предпосылкой создания разных структур АЦП, каждая из которых позволяет решить определенные задачи, предъявляемые к АЦП в каждом конкретном случае. Из всего многообразия существующих методов аналого-цифрового преобразования в интегральной технологии нашли применение в основном три:

1) метод прямого (параллельного) преобразования;

2) метод последовательного приближения (поразрядного уравновешивания);

3) метод интегрирования.

В АЦП с параллельным преобразованием входной сигнал прикладывается одновременно ко входам всех компараторов. В каждом компараторе он сравнивается с опорным сигналом, значение которого эквивалентно определенной кодовой комбинации. Опорный сигнал снимается с узлов резистивного делителя, питаемого от источника опорного напряжения. Число возможных кодовых комбинаций (а следовательно, число компараторов) равно 2m—1, где m—число разрядов АЦП. АЦП прямого преобразования обладают самым высоким быстродействием среди других типов АЦП, определяемым быстродействием компараторов и задержками в логическом дешифраторе. Недостатком их является необходимость в большом количестве компараторов. Так, для 8-разрядного АЦП требуется 255 компараторов. Это затрудняет реализацию многоразрядных (свыше 6-8-го разрядов) АЦП в интегральном исполнении. Кроме того, точность преобразования ограничивается точностью и стабильностью каждого компаратора и резистивного делителя. Тем не менее на основе данного принципа строят наиболее быстродействующие АЦП со временем преобразования в пределах десятков и даже единиц наносекунд, но ограниченной разрядности (не более шести разрядов).

АЦП последовательного приближения имеет несколько меньшее быстродействие, но существенно большую разрядность (разрешающую способность). В нем используется только один компаратор, максимальное число срабатываний которого за один цикл измерения не превышает числа разрядов преобразователя. Суть такого метода преобразования заключается в последовательном сравнении входного преобразуемого напряжения Uвход с выходным напряжением образцового ЦАП, изменяющимся по закону последовательного приближения до момента наступления их равенства (с погрешностью дискретности). Входной сигнал Uвход с помощью аналогового компаратора К сравнивается с выходным сигналом образцового ЦАП, который управляется в свою очередь регистром последовательного приближения «Счетчик». При запуске схемы «Счетчик» устанавливается генератором G в исходное состояние. При этом на выходе ЦАП формируется напряжение, соответствующее половине диапазона преобразования, что обеспечивается включением его старшего разряда 100 ... 0. Если Uвход меньше выходного напряжения ЦАП, то старший разряд выключается, включается второй по старшинству разряд (на входе ЦАП код 0100...0), что соответствует формированию на выходе ЦАП напряжения, равного половине предыдущего. В случае если Uвход превышает это напряжение, то дополнительно включается третий разряд (на входе ЦАП код 0110...0), что при­водит к увеличению выходного напряжения ЦАП в 1,5 раза. При этом выходное напряжение ЦАП вновь сравнивается с напряжением Uвход и т. д. Описанная процедура повторяется m раз (где m—число разрядов АЦП). В итоге на выходе ЦАП формируется напряжение, отличающееся от входного преобразуемого напряжения Uвход не более чем на единицу младшего разряда ЦАП. Результат преобразования напряжения Uвход в его цифровой эквивалент — параллельный двоичный код снимается с выхода «Счетчик». Очевидно, погрешность преобразования и быстродействие такого устройства определяются в основном параметрами ЦАП (разрешающей способностью, линейностью, быстродействием) и компаратора (порогом чувствительности, быстродействием). Преимуществом рассмотренной схемы является возможность построения многоразрядных (до 12 разрядов и выше) преобразователей сравнительно высокого быстродействия (время преобразования порядка нескольких сот наносекунд). На основе метода последовательного приближения реализована и серийно выпускается ИМС 12-разрядного АЦП К572ПВ1 с временем преобразования 100 мкс.

Наиболее простыми по структуре среди интегрирующих преобразователей являются АЦП с преобразованием напряжения в частоту, построенные на базе интегрирующего усилителя и аналогового компаратора. Погрешность их преобразования определяется нестабильностью порога срабатывания компаратора и постоянной времени интегратора. Более высокими метрологическими характеристиками обладают АЦП, реализованные по принципу двойного интегрирования (например, ИМС, 11-раз­рядного АЦП К572ПВ2), поскольку при этом практически удается исключить влияние на погрешность преобразования нестабильности порога срабатывания компаратора и постоянной времени интегратора.

Анализ описанных методов преобразования и структурных схем АЦП позволяет сделать вывод, что наибольшим быстродействием обладают АЦП прямого преобразования, однако их разрядность невысока. АЦП поразрядного уравновешивания, обладая средним быстродействием, дают возможность получить достаточно высокую разрешающую способность. Но помехозащищенность и тех и других преобразователей невысока. АЦП интегрирующего типа, обладая наименьшим быстродействием, обеспечивают наибольшую помехозащищенность и точность преобразования.