СКАНИРУЮЩИЕ ИИС

Как было сказано ранее, при исследовании однородных информационных полей применяются одноканальные ИИС, датчики которых перемещаются в пространстве и дают возможность получать информацию из различных точек исследуемого информационного поля. Такие измерительные системы получили название сканирующих.

Применение сканирующих ИИС дает возможность оп­ределять значение параметров в любой точке информаци­онного поля; координаты точки с заданным значением параметра; значения, расположение и форму экстремумов параметра информационного поля; линий и площадей с одинаковым значением параметров; расстояний до любой точки информационного поля.

Перечисленные функциональные возможности обусло­вили широкое использование сканирующих ИИС во многих сферах деятельности человека. В настоящее время это один из самых обширных классов ИИС, который по разнообра­зию конструкций превосходит любой другой.

Основным элементом, определяющим конструктивную особенность системы, является сканирующий датчик, в ко­тором реализуется один из многих способов сканирования.

Способы сканирования имеют ряд признаков, которые позволяют в общем, случае классифицировать измеритель­ные системы и оценить их возможности.

По виду взаимодействия сканирующего датчика с ин­формационным полем существуют контактные и бескон­тактные способы сканирования. Контактные способы ска­нирования предусматривают соприкосновение датчика с объектом в процессе сканирования. Например, измерение шероховатости поверхности при помощи алмазных игл, связанных с преобразователем перемещения; определение состава океанской воды, поверхностных токов утечки ди­электриков и т. д. Эти способы обладают высокой точно­стью, простотой реализации, но имеют невысокую надеж­ность и, кроме того, не всегда физически реализуемы.

Бесконтактные способы сканирования позволяют полу­чить информацию без механического соприкосновения дат­чика с объектом. Этот вид сканирования наиболее широко применяется в ИИС, и трудно представить себе область применения, где он не составил бы конкуренцию контакт­ному. Исключение составляют внутриобъемные исследова­ния некоторых объектов (глубинные исследования свойств океанской и морской воды; определение температуры и влажности внутри объема сыпучих материалов и т. д.).

В зависимости от вида обмена энергией между объектом и ИИС способы сканирования делятся на активные и пас­сивные. Активные способы предусматривают некоторое воз­действие (вносимую энергию) на объект. О состоянии объ­екта судят по его реакции на это воздействие. Например, активные способы применяются при радиолокационных из­мерениях, измерении параметров объекта при помощи вих-ретоковых преобразователей, лазерных измерениях и т.д.

Пассивные способы сканирования основаны на исполь­зовании энергии объекта. К ним относятся некоторые виды измерения температуры нагретых тел, определение поверх­ностных и объемных зарядов, поиски полезных ископае­мых, основанные на использовании магнитного поля Земли. К этому же способу сканирования относят способ, осно­ванный на использовании энергии, не создаваемой ни объ­ектом, ни ИИС (отраженный солнечный свет).

Пассивные способы сканирования значительно проще в реализации, так как при их использовании необходимо осу­ществлять сканирование лишь приемника информации — датчика. При активном сканировании в большинстве случаев следует сканировать не только датчик, но и источник вспо­могательной энергии. Однако активные способы сканирова­ния позволяют получить при измерениях более высокую точность и чувствительность. При организации сканирую­щего привода возможны два способа его реализации: элект­ромеханический и электронный. При электромеханическом сканировании используются электромеханические элемен­ты—линейные и угловые электродвигатели, управляемые электрическими сигналами, которые при помощи редукто­ров, червячных механизмов и кулис приводят в движение (электромеханическая развертка) соответствующий узел сканирующей ИИС. Примером такой ИИС является радио­локатор с механическим приводом антенны.

При электронном сканировании чисто электронными средствами осуществляется перемещение (электронная развертка) электронных, световых и электромагнитных пучков энергии в пространстве (электронно-лучевые труб­ки, лазерные измерители).

В ряде случаев (расшифровка графических и фотогра­фических изображений) вместо датчика сканирующие дви­жения осуществляет информационное поле объекта. Это объясняется тем, что значительно проще и надежнее peaлизация линейных перемещений, чем угловых. Кроме того, расстояние от датчика до любой точки информационного поля при линейном перемещении последнего остается по­стоянным, что снижает погрешности, связанные с измене­нием чувствительности и рассеяния энергии.

К приводу сканирующих ИИС, так же как и ко всем элементам системы, предъявляются жесткие требования по обеспечению минимальной погрешности, отсутствию меха­нического гистерезиса и повторяемости характеристик.

Основное достоинство электромеханической развертки — высокая точность сканирования. Недостаток — малое бы­стродействие вследствие механической инерции движущих­ся частей сканирующей системы. Основное достоинство электронной развертки — высокое быстродействие и про­стота управления. При равной стоимости приводов систе­мы электронной развертки по точности и стабильности ус­тупают электромеханическим. В зависимости от траекто­рии движения сканирующие системы можно разделить на две труппы: программные и адаптивные.

В первой группе траектория развертки жестко запро­граммирована и не меняется при изменении рельефа пара­метров информационного поля. Выбор вида траектории при отсутствии априорной информации о состоянии объекта определяется простотой аппаратурной реализации сканиру­ющего устройства. Существуют различные траектории раз­вертки на плоскости, однако наибольшее распространение получило движение по принципу строчной развертки, при­чем число строк равно отношению скоростей горизонталь­ной и вертикальной разверток. Программное сканирование осуществляется при измерении и передаче параметров ин­формационного поля, определении координат точек, соот­ветствующих тому или иному значению параметра, опре­делении (в некоторых случаях) расстояния до каждой точки информационного поля.

Примером применения ИИС с программной траекторией сканирования может служить определение картины темпе­ратурного поля объекта, расшифровка и передача фото­изображений при астрономических и физических экспери­ментах и т. д.

Адаптивное сканирование используется при поиске экст­ремумов параметров информационного поля, нахождении точки, линии или площади с заданным значением парамет­ров, а также при слежении за положением на информаци­онном поле группы параметров с заданными значениями.

Адаптивное сканирование широко применяется для считывания графиков при вводе их в ЭВМ, при обнаруже­нии и слежении за положением объекта в пространстве, для нахождения формы участков с экстремальными значе­ниями параметров при дефектоскопии и т. д.

При адаптивном способе сканирования в блоке управ­ления сканирующим устройством непрерывно изучаются текущие значения измеренных параметров с целью опреде­ления скорости и направления их изменения, а затем соот­ветственно изменяется траектория развертки.

Применение адаптивного сканирования позволяет зна­чительно уменьшить протяженность траектории развертки по сравнению с длиной траектории при программном ска­нировании, тем самым повысив быстродействие сканирую­щей ИИС.

Сканирующие ИИС могут быть выполнены точечными или матричными. В первом случае они содержат датчик, измеряющий аналоговый сигнал в пределах одной элемен­тарной площадки и перемещающийся по полю, сканируя его площадка за площадкой. Во втором случае имеется не­сколько датчиков, расположенных в виде прямоугольной матрицы, которые дают одновременно группу отсчетов. В связи с тем, что технологически трудно изготовить боль­шую матрицу параллельных датчиков, обычно сочетают параллельное измерение на небольшой площади и скани­рование всей матрицей. Матричные сканирующие ИИС об­ладают в принципе большим быстродействием, но требуют параллельной обработки информации либо коммутацион­ных элементов для последовательного опроса.

Матричные датчики обычно используются совместно с точечными и служат для наиболее быстрого обнаружения экстремальных значений параметров информационного поля. Для этой цели все датчики матрицы параллельно подключаются ко входу измерительного канала, и начина­ется сканирование матрицей. Измерительный канал на­страивается на некоторый заданный уровень измеряемых параметров. В момент попадания точки или группы точек информационного поля, значения параметров которых пре­вышают заданный уровень, в зону действия матричного датчика последний прекращает свою работу, а зону обна­ружения начинает обследовать точечный датчик.

В заключение следует отметить, что перечисленные при­знаки не являются единственными, но наиболее характер­ны для сканирующих ИИС и позволяют достаточно четко провести границу между сканирующими ИИС различного типа.

Поиск по сайту: