Связь теории информации с теорией измерений

 

Для понимания связи теории информации с другими науками требуется изучение различных дисциплин: высшей математики, физики, теории вероятностей и математической статистики, теории цепей и сигналов, радиотехники, вычислительной техники и других дисциплин. В свою очередь, она служит теоретическим фундаментом для изучения многих технических дисциплин, в том числе и теории измерений.

Совокупность способов преобразования одного вида энергии в другой при помощи измерительных преобразователей (ИП) является физической основой разработки измерительных устройств, а математический анализ связей между видами энергий служит математической основой разработки таких устройств. В теории информации используются обобщенные принципы анализа, пространство и время информационно коррелируют (прямые и обратные преобразования координат Галилея – Лоренца).

Научной основой информационного подхода к физическим процессам, реализуемым в устройствах получения информации, является статистический анализ, квантовый подход при объяснении физических явлений и эффектов. Физической основой получения информации является использование физических эффектов в устройствах первичных измерительных преобразователей.

К настоящему времени расширилось представление об объектах, способных генерировать, передавать и принимать информацию; исследуются физические механизмы, лежащие в основе рецепции, запоминания и передачи информации, причем не только в технических устройствах, но и биологических (физические модели мозга). Проблема получения информации в технических устройствах и живых системах требует физического подхода. 

К основным понятиям теории информации и теории измерений относятся следующие понятия.

Сообщение – некоторая информация о событиях, закодированная в форме сигнала.

Сигнал – это материальный носитель информации (звук, свет).

Канал передачи информации – совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигналов от источника к приемнику (по проводам – до 160кГц, по кабельным линия – до 60 МГц, радиосвязь – 60МГц – 15ГГц, с помощью металлических волноводов – до 80 ГГц, оптические системы связи – до 800-900ТГц).

Измерение – способ получения информации в количественном виде о величинах, характеризующих физические процессы. Это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. До появления ЭВМ потребителем измерительной информации был в основном только человек.

Датчик – это совокупность измерительных преобразователей, размещенных непосредственно у объекта измерения. Общий принцип получения и передачи информации заключается в модуляции измеряемой физической величиной параметров передаваемых сигналов.

Объект измерения – явление или процесс, предмет, характеризующийся множеством параметров.

Предметом теории измерений являются принципы измерений физической величины и закономерности, связывающие результаты измерений с состоянием объекта. Существуют взаимосвязи между физическими величинами различной размерности в форме определенных законов природы. Эта взаимосвязь выражается с помощью математических соотношений.

Для обеспечения процесса измерений нужны единицы измерений. Измерительное преобразование должно происходить с минимальной потерей полезной информации. Результат измерений без указания погрешности измерений не несет информацию.

Материальным носителем измерительной информации является измерительный сигнал. Входной измерительный сигнал, т. е. сигнал, воздействующий на вход средства измерения (преобразователь, прибор или система), отражает те или иные физические процессы, параметры которого в большинстве случаев являются функциями времени. Измеряемая же величина это определенное свойство или определенный параметр этого процесса. Поэтому различают понятия измерительного сигнала и измеряемой физической величины.

Физический процесс может обладать многими параметрами, но в каждом конкретном случае нас интересуют определенный параметр этого процесса, какая-то одна физическая величина. Активные величины (ток, напряжение, температура и т. п.) сами являются параметрами измерительных сигналов, а при измерении пассивных величин (сопротивление, емкость, индуктивность и др.) измерительный сигнал образуется путем воздействия на объект активной величины. При этом один из параметров этого сигнала содержит информацию о размере измеряемой величины. Параметр входного сигнала, который является измеряемой величиной, если функционально связан с ней, называют информативным параметром. Неинформативным называют параметр входного сигнала, который функционально с измеряемой величиной не связан. Такой параметр может оказывать воздействие на средство измерения и быть источником погрешности. Так, при измерении амплитуды гармонического сигнала неинформативным параметром является частота.

Выходным называют сигнал, возникающий на выходе средства измерения. В большинстве случаев выходным сигналом также является некоторый физический процесс, который может характеризоваться многими параметрами.

Информативный параметр выходного сигнала это параметр выходного сигнала, однозначно функционально связанный с информативным параметром входного сигнала.

Измерительное преобразование - это преобразование с заданной точностью входного измерительного сигнала в функционально связанный с ним выходной сигнал. Рассматриваемый процесс зачастую реализуется путем преобразования сигналов одной физической природы в сигнал иной физической природы. 

Физической основой измерительного преобразователя является преобразование и передача энергии. Передача и преобразование измерительных сигналов осуществляется цепями измерительного преобразования. Последние состоят из преобразовательных элементов, которые сами по себе не имеют нормированных метрологических характеристик, однако их характеристики (стабильность, погрешность, частотный диапазон и т. п.) должны соответствовать качеству тех средств измерений, в состав которых они входят.

Элемент цепи измерительного преобразования, на который воздействует преобразуемая величина, называется чувствительным элементом. Измерительный преобразователь (ИП) как средство измерений является преобразователем его входного измерительного сигнала в выходной сигнал, более удобный для дальнейшего преобразования, передачи, обработки вычислительными устройствами или хранения, но непригодный для непосредственного восприятия наблюдателем. В отличие от измерительного преобразователя измерительный прибор является средством измерений, вырабатывающим выходной сигнал в форме, позволяющей наблюдателю непосредственно воспринять значение измеряемой физической величины.

Измерительный преобразователь как средство измерений имеет нормированные метрологические характеристики и выполняется обычно в виде отдельного независимого устройства. В общем случае выходной сигнал измерительного преобразователя формируется под воздействием не только информативного параметра входного сигнала, но и многих других факторов, как измеряемых, так и дестабилизирующих измерительный процесс. В качестве последних чаще всего выступают: температура, давление, влажность окружающей среды, внешние и внутренние помехи и т. п. В условиях воздействия указанных факторов измерительный преобразователь должен быть максимально чувствительным к измеряемой величине (информативному параметру входного сигнала) и очень незначительно реагировать на влияющие факторы.

Измерительные преобразователи, включенные первыми в цепи измерительных преобразований, называются первичными (ПП). Наряду с термином «первичный измерительный преобразователь» широкое распространение в измерительной технике получил термин датчик. Иногда эти термины отождествляются, что приводит к неправильным представлениям и недоразумениям. Датчиком следует называть средство измерения, представляющее конструктивно завершенное устройство, размещаемое непосредственно в зоне исследуемого объекта. В состав датчика может входить ряд измерительных преобразователей.

Наличие датчика дает возможность реализовать важные особенности современных методов измерений, в частности преобразование одних физических величин в другие (обычно электрические) величины, хранение и использование, дистанционность измерительных преобразований.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: