Введение

Цель курса – познакомить студентов с новыми, многообещающими направлениями развития информационно-измерительной техники и технологий, основанными на достижениях современной науки и техники. Идет речь о дополнительных главах квантовой механики, физики твердого тела, полупроводниковой электроники, оптики, биофизики, которые нужны для осознания тенденций развития элементной базы экспериментальной физики, метрологии, микроэлектроники, систем получения, обработки, передачи и хранения инфы. Принципиально то, что элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компов, определение образов и анализа изображений, опто-, радио- и акустоэлектроника, а так же оптическая и СВЧ-связь в рамках приоритетных направлений развития науки и техники относятся к критичным технологиям федерального уровня.

С развитием современных сложных автоматических систем управления появилась необходимость сотворения высокочувствительных, четких и размеренных частей, воспринимающих информацию о контролируемых процессах; быстродействующих и надежных, потребляющих малую энергию и маленьких по массе и габаритам. С расширением диапазонов и видов контролируемых характеристик, повышением требований к точности и быстродействию нужны измерительные устройства для новых контролируемых физических и физико-химических величин, построенные на новых принципах деяния.

В связи с этим можно к истинному времени в измерительной технике сформировалоси ряд главных заморочек:

• оценка предельных и возможных пределов достижимой точности и чувствительности измерений;
• увеличение эффективности процессов получения, передачи и преобразования измерительной инфы ;
• внедрение нелинейных принципов измерительного преобразования с целью расширения области внедрения и улучшения метрологических, эксплуатационных черт измерительных устройств;
• интеллектуализация процессов получения, передачи и обработки измерительной инфы.

Исследования по разработке новых типов измерительных устройств развиваются по последующим главным фронтам:

• внедрение нелинейных физических параметров проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов для построения измерительных частей, служащих для получения инфы;
• внедрение в процессе измерения и контроля разных вспомогательных физических процессов и хим реакций (посреди физических процессов более важную роль играют излучения акустические, оптические, электрические и радиоактивные);
• создание частей и устройств, использующих радиоспектроскопические, нейтронно-скопические и массо-спектроскопические способы;
• внедрение в устройствах и элементах вспомогательных реакций, под воздействием которых меняются характеристики анализируемой среды, изменение обозначенных физических параметров употребляется для предстоящего многофункционального преобразования и формирования сигнала.

В текущее время в измерительную технику обширно внедряются заслуги из области разработки искусственного ума. В базу сотворения таких устройств положены принципы перехода от точной программируемости их поведения в направлении приближения к принципам функционирования живых систем. Основное свойство таких «интеллектуальных» измерительных устройств состоит в возможности адаптации их черт, структур, режимов работы к изменяющимся характеристикам объекта измерения и условиям работы. Разработка таких умственных систем просит отхода от обычных способов проектирования измерительных устройств. Подобно естественному отбору в природе, в технике также происходит постепенное развитие конструкций, усложнение механизмов работы устройств.

Можно с уверенностью прийти к выводу о том, что предстоящее улучшение измерительной техники пойдет по пути широкого внедрения нейросетевых технологий, которые будут употребляться для получения, передачи и обработки измерительной инфы. Такие измерительные устройства будут нелинейными, управляемыми, с оборотными связями. Это позволит не только лишь сделать лучше их метрологические свойства, да и повысить информативность процессов получения, передачи и обработки измерительной инфы.

Разработка последнего поколения измерительных устройств должна быть базирована на широком использовании нелинейных физических эффектов в материалах, применяемых для сотворения чувствительных частей датчиков, реализации нелинейных режимов работы первичных измерительных преобразователей и систем обработки измерительной инфы. Теоретической базой для развития такового направления совершенствования измерительных устройств могут явиться, а именно, успехи в развитии нелинейной динамики. Внедрение сложных нелинейных динамических систем для сотворения устройств получения и обработки измерительной инфы открывает новые способности для метрологии и технических измерений.

К одному их главных направлений предстоящего совершенствования средств измерений относится технологический подход, заключающийся:

• в поиске и использовании для построения устройств более действенных физических явлений;
• в оптимизации проектирования, расчете, отработке конструкций;
• в подборе современных материалов; в отладке и совершенствовании технологии их производства;
• внедрение современных информационных технологий для увеличения эффективности получения, передачи и обработки измерительной инфы.

Метрологический подход содержит в себе поиск путей, направленных:

• на увеличение чувствительности измерительных устройств;
• на увеличение точности измерений;
• расширение рабочего спектра средств измерений.

В текущее время для расширения рабочего спектра устройств употребляют припас чувствительности, переключение диапазонов высокочувствительных устройств. С целью увеличения точности измерений употребляют заслуги кибернетики и теории инфы в области автоматических вычислений при проведении статистической обработки результатов измерений.
Принципиальным направлением совершенствования средств измерений остается рвение к увеличению точности и быстродействия измерительных преобразователей, также обеспечение их работоспособности в критериях широкого конфигурации дестабилизирующих воздействий.

Решению перечисленных задач может послужить разработка последнего поколения измерительных устройств, основанных на широком использовании достижений науки и техники в самых разных областях: в физике, химии, биологии, информатике и т.д. В связи с этим представляется принципиальным разглядеть вопросы использования в измерительной технике достижений современных технологий. К их числу могут быть отнесены: зондовая микроскопия, нанотехнологии и наноматериалы, микро- и наноэлектромеханические устройства, разработка биопреобразователей, нейрокомпьютеринг. В базе работы огромного числа современных средств измерений лежит внедрение физических эффектов и явлений взаимодействия электрического поля с веществом.