Автореферат диссертации на соискание учёной степени icon

Автореферат диссертации на соискание учёной степени


Смотрите также:
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. М., 2000...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание учёной степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...



Загрузка...
скачать
На правах рукописи


КИСЕЛЁВ Александр Александрович


ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ДЛЯ СИНТЕЗА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ


Специальность: 05.13.18 – Математическое моделирование,

численные методы и комплексы программ


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук


Астрахань

2006




Работа выполнена в Астраханском государственном университете


НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор ПЕТРОВА Ирина Юрьевна


ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

АХМЕДОВ Сулейман Абдурагимович


доктор технических наук, профессор

ГРЕЧИШНИКОВ Владимир Михайлович


ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Самарский государственный технический университет


Защита диссертации состоится 23 декабря 2006 г. в 10 час.00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20А, конференц-зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять учёному секретарю диссертационного совета по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20А, АГУ, диссертационный совет.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета по адресу: ул. Татищева 20А.


Автореферат разослан 22 ноября 2006 г.


Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор И. Ю. Петрова







^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время из-за значительного роста производства датчиков, как по количеству, так и номенклатуре возникает потребность интенсификации их производства. Стремление удовлетворить требования по эксплуатационным характеристикам и разнообразию измеряемых величин приводит к необходимости использования в новых чувствительных элементах разнообразных физических явлений и эффектов. Для ускорения разработки и повышения темпов производства требуется автоматизация процессов проектирования и конструирования. Для получения наиболее эффективных новых технических решений требуется провести синтез и анализ огромного числа вариантов решений, что невозможно без применения вычислительной техники. Поэтому для сокращения времени и трудоемкости процесса поискового конструирования при синтезе новых элементов систем управления, для уменьшения их стоимости актуальной становится задача создания автоматизированных систем анализа и синтеза новых технических решений чувствительных элементов систем управления различного назначения. Решением этой задачи занимались такие учёные, как Г.С. Альтшуллер, В.М. Цуриков, В.Н. Глазунов, М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, К.В. Кумунжиев, А.И. Половинкин, В.А. Камаев, А.М. Дворянкин, С.А. Фоменков, В.А. Филин, Р. Коллер, К. Джонс и другие. Разработаны методы автоматизации поискового конструирования, лежащие в основе различных автоматизированных систем проектирования.

По данным маркетингового агентства Frost&Sullivan, ежегодные мировые продажи оптических датчиков в последние годы составляют около $2,5 млрд с ежегодным приростом 11 % по всем отраслям промышленности. Многообразие оптических явлений и эффектов в основе многочисленных технических устройств и их элементов обеспечивает возможность управления всеми физическими характеристиками светового потока: амплитудой (интенсивностью), фазой, частотой и поляризацией. Использование всех этих эффектов в едином автоматизированном банке данных физико-технических эффектов (ФТЭ), основанном на использовании энергоинформационных моделей цепей (ЭИМЦ) и аппарата параметрических структурных схем, требует разработки соответствующей модели оптической цепи. Пополнение существующей реляционной базы данных новыми оптическими поляризационными физико-техническими эффектами будет способствовать выявлению большего количества качественных технических решений, приведёт к расширению области использования, позволит существенно увеличить функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом и значительно увеличит скорость проектирования датчиковой аппаратуры.

^ Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка эффективных алгоритмов и комплекса программ для анализа и синтеза чувствительных элементов на основе математических и энергоинформационных моделей поляризационных оптических физико-технических эффектов. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

  • анализ и классификация оптических ФТЭ, лежащих в основе принципа действия датчиков;

  • выбор величин и параметров для описания оптических поляризационных явлений с помощью ЭИМЦ;

  • разработка элементов структурно-параметрических схем для описания оптических ФТЭ;

  • разработка алгоритмов синтеза цепочек физического принципа действия (ФПД) оптических чувствительных элементов и расчёта их эксплуатационных характеристик;

  • разработка комплекса программ для реализации автоматизированных алгоритмов синтеза ФПД оптических чувствительных элементов и интеграция его в существующую автоматизированную систему синтеза на основе реляционной модели организации данных.

^ Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались математический аппарат векторов и матриц Джонса для описания поляризационных оптических явлений, энергоинформационный метод цепей и аппарат параметрических структурных схем, технология проектирования реляционных баз данных.

^ Научная новизна работы.

  1. Разработана энергоинформационная модель оптической цепи, основанная на поляризационных явлениях с использованием математического аппарата векторов и матриц Джонса, в которой предложено использовать векторные величины и коэффициенты физико-технических эффектов в виде матриц.

  2. Разработаны новые паспорта 30 оптических эффектов, содержащие математические формулы описания ФТЭ, аналитическое выражение для коэффициента ФТЭ, числовые значения физических параметров материалов, а также эксплуатационные характеристики технических реализаций.

  3. Введены понятия ФТЭ типа источник или приемник, на основе которых сформулирована система ограничений в задачах синтеза проектируемых преобразователей информации.

  4. Разработаны алгоритмы синтеза цепочек ФПД оптических чувствительных элементов систем управления и комплекса компьютерных программ для расчета их эксплуатационных характеристик на основе математического аппарата – векторов и матриц Джонса.

^ Практическая значимость. На основе полученных теоретических результатов, создана подсистема автоматизированного синтеза оптических чувствительных элементов систем управления на поляризационных эффектах. Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему с подсистемой автоматизированного синтеза линейных ФТЭ «Интеллект», что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Результаты работы применены в учебном процессе в Астраханском государственном университете для освоения студентами технологии автоматизированного проектирования чувствительных элементов при изучении дисциплин «Проектирование измерительных преобразователей», «Законы развития техники».

^ Апробация работы. Отдельные материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на Ш Международной научно-технической конференции «Россия и восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие каспийского региона» (г. Астрахань, 2005 г.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета №№ 40, 41, 42 и 43 (г. Астрахань, 1996, 1997, 1998, 1999 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 9 печатных работах. Созданное программное обеспечение зарегистрировано в Федеральном институте промышленной собственности РФ.

^ Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования, 3 приложений, изложена на 110 машинописных страницах, содержит 25 рисунков и 11 таблиц.


^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе был рассмотрен физический принцип действия ряда оптических датчиков на поляризационных оптических ФТЭ, приведены несколько примеров конструкций оптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея и их принцип действия. Были выявлены общие конструктивные приемы и оптические эффекты, которые лежат в основе принципа действия данных оптических датчиков.

Классическая схема оптического датчика магнитного поля на эффекте Фарадея (рис 1.) состоит из следующих элементов: источник излучения, поляризатор, магнитооптический элемент, анализатор и фотодетектор. Элементы схемы являются основой для построения многих современных оптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея.


Р
ис. 1. Классическая функциональная схема оптического датчика магнитного поля

на эффекте Фарадея


Конструкции известных оптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея отличаются геометрией и материалом, из которого изготовлена ячейка Фарадея, наличием или отсутствием дополнительных усилительных и компенсационных схем, оптическими схемами преобразования светового сигнала. На основе анализа физического принципа действия оптических датчиков выявлены 30 оптических эффектов и классифицированы по следующим группам (табл. 1).

При прохождении через оптические среды состояние поляризации излучения может меняться, причем это изменение зависит от внешнего воздействия на оптическую среду магнитного и электрического полей, давления и т.п. Состояние поляризации может изменяться в результате индуцированного вращения эллипсоида поляризации излучения или индуцированного двулучепреломления. Указанные зависимости являются основой для построения поляризационных датчиков.


^ Таблица 1

Таблица оптических ФТЭ


Источники

Приемники

^ Физико-технические поляризационные эффекты

Магнитооптические эффекты

Электрооптические

эффекты

Механооптические

термооптические

оптические

Лазерный диод

Фототранзистор

Фарадея

Линейный

(Поккельса)

Упругооптический ФТЭ в световодной катушке

Зависимость ФТЭ Фарадея от температуры ( для парамагнетиков)

Линейного дихроизма

Светодиод

Полевой Фототранзистор

Коттона-Мутона

Квадратичный эффект Керра в жидкостях

Поворот оптического элемента

Лампа накаливания

Фотодиод

Керра

(экваториальный)

Линеаризованный эффект Керра в жидкости

Двулучепреломление в катушке световода

Явление электролюминесценции




Керра

(полярный)

Эффект Керра в жидких кристаллах

Эффект двойного лучепреломления при изгибе светового волокна

Фазовая пластинка




Электрогирация

Оптическая активность

Керра

(меридиональный)

Квадратичная электрогирация

Круговой Дихроизм

Призма Николя

Магнитный круговой дихроизм




Призма Волластона и Рошаля


^ Вторая глава посвящена разработке математической модели для описания оптических чувствительных элементов, развитию аппарата параметрических структурных схем при моделировании оптических ФТЭ и построению структурно-параметрических моделей ряда оптических ФТЭ на основе выбранной математической модели. На основе разработанной методики заполнения паспорта оптического ФТЭ составлены и добавлены в базу данных ФТЭ паспорта ряда оптических ФТЭ.

Для решения поставленной задачи необходимо разработать математическую модель оптических поляризационных эффектов на основе энергоинформационного метода.

Энергоинформационная модель цепей оперирует тремя основными величинами: воздействием, реакцией и мощностью, где – индекс характеризующий природу цепи, а также универсальными величинами времени и частоты. Интенсивность светового потока , помноженная на площадь апертуры S, дает оптическую мощность проходящую через сечение излучения. В качестве оптического воздействия удобно взять амплитуду напряженности электрического поля световой волны , т.е.. Тогда, в соответствии с первым критерием энергоинформационной модели, в качестве оптической реакции должны быть величины. Наибольшую сложность представляет учёт поляризации света. В общем случае в веществе для произвольной волновой нормали существуют две физические волны, которые проходят вещество без изменения состояния поляризации. Эти волны поляризованы эллиптически. Каждую такую волну можно представить математически в виде суперпозиции двух линейно или циркулярно поляризованных волн. Однако эти волны не являются физическими в том смысле, что их состояние поляризации будет изменяться по мере прохождения волны в веществе. Это происходит из-за интерференции двух физических волн, суперпозицией которых является произвольно выбранная (например, поляризованная) волна. В наиболее простой форме эффекты, влияющие на прохождение волны в веществе, записываются для физических волн, являющихся в общем случае эллиптически поляризованными. Для полной характеристики такой волны необходимо указать четыре величины: амплитуду, направление большой оси эллипса, его эксцентриситет, а также угол поворота вектора электрического поля в данный момент времени. Для описания эллиптической волны с максимальной алгебраической краткостью удобно использовать вектор Джонса. Вектор Джонса представляет собой столбец из двух взаимно ортогональных компонентов вектора . Если свет распространяется вдоль оси, то вектор Джонса имеет вид:=, или , где и – скалярные компоненты электрического вектора в определенный момент вдоль осей X и Y, – максимальная величина , а – максимальная величина параметр – фаза компонента в момент времени t=0 в заданной точке; – фаза компонента . Каждый элемент столбца является комплексной величиной. Мы можем привести вектор к следующей эквивалентной форме: . Так как абсолютная величина любого члена вида равна единице, то абсолютное значение множителя тоже равно единице. Следовательно, этот коэффициент вполне можно опустить при решении тех задач, в которых не существен характер изменений во времени. В большинстве задач такого типа вектор Джонса часто записывается в следующей форме, называемой полным вектором Джонса: . Очевидно, что если изменения во времени существенны, то параметр можно снова ввести на любой стадии расчета.

В качестве оптической реакции необходимо взять строку двух взаимно перпендикулярных компонентов вектора , соответствующих волнам выбранной поляризации . В соответствии с правилами алгебры матрицы, произведение дает мощность проходящего через сечение S излучения.

Выявление параметров оптической цепи наталкивается на трудности двоякого характера: во-первых, отсутствие технически реализованных сосредоточенных параметров, что объясняется малой длиной волны оптического излучения , и, во-вторых, векторным характером оптических величин, что обусловлено необходимостью учёта поляризационных эффектов.

Для оптической цепи можно рассмотреть параметр волновой проводимости , он будет иметь матричный вид и связывать векторные величины реакции и воздействия соотношением , где штрих обозначает транспонирование. В частности для световой волны в изотропной среде параметр волновой проводимости и параметр волнового сопротивления . Параметры и позволяют реализовать элементарные зависимости между величинами и . В соответствии с первым критерием ЭИМЦ, величина оптической мощности может быть найдена как скалярное произведение векторов: или . В частности, для диагонального вида мощности двух поляризованных компонент равны:, . Если в качестве используется комплексный вектор Джонса, то в предыдущих формулах необходимо брать его реальную часть. , или , . Эти формулы описывают элементарные внутрицепные зависимости между воздействием и мощностью. Аналогичные уравнения связывают реакцию и мощность. В соответствии с методом Джонса, прохождение поляризованного света через любой элемент оптической системы описывается матричным уравнением, в котором вектор Джонса выходящего света равен произведению матрицы оптического элемента на вектор Джонса входящего света. Такая форма записи отвечает принципам ЭИМЦ, в которой выходная величина определяется произведением входной величины на коэффициент ФТЭ. Следовательно, оптические ФТЭ, описываемые матрицей Джонса, можно записать в стандартной форме ЭИМЦ , где оптическое воздействие есть комплексный двухэлементный вектор Джонса, а коэффициент эффекта представляет собой комплексную четырех элементную матрицу .


Р
ис. 2. Параметрическая структурная схема оптического ФТЭ


На рис. 2 представлен пример графического изображения Параметрической структурной схемы оптического ФТЭ. Элементарное звено структурной схемы технического устройства изображается в виде прямоугольника (рис. 2) с обозначением входной и выходной величины. Внутри прямоугольника записывается коэффициент передачи звена.

^ В третьей главе на основе предложенных математических и структурно-параметрических моделей разработаны энергоинформационные модели 30 оптических эффектов, разработана новая классификация оптических ФТЭ, предложена методика составления паспорта оптических ФТЭ. Основные разработанные паспорта оптических ФТЭ приведены в табл. 2.

ФТЭ должен иметь стандартное формализованное описание – паспорт ФТЭ, удобное для машиной обработки на ЭВМ и технических приложений. Математические формулы описания ФТЭ, аналитическое выражение для коэффициента ФТЭ, числовые значения физических параметров материалов, а также эксплуатационные характеристики технических реализаций ФТЭ определяются по результатам теоретических и экспериментальных исследований в области физики и техники, имеющихся в различных источниках научно-технической информации.


Таблица 2

^ Примеры описания оптических поляризационных эффектов




Параметрическая структурная схема

Формула согласно ЭИМЦ

Физическая формула описания ФТЭ на основе матриц Джонса

Описание обозначения в формулах

1

Эффект Фарадея















– постоянная Верде

– магнитное напряжение

2

Эффект Котона-Мутона









– постоянная Коттона-Мутона

– сдвиг по фазе

– размер образца в направл. магнит. поля

– размер образца в направлении луча света

- магнитное напряжение

3

Магнитооптический эффект Керра (экваториальный)












– амплитудный керровский коэффициент отражения

– фаза коэффициента отражения

4

Магнитный круговой дихроизм









– коэф. затухания мощности волны

– постоянная Верди

– длина волны света

– показатель преломления

– длина оптического пути

5

Линейный электрооптический эффект Поккельса







– длина волны света

– полуволновое напряжение

– показатель преломления

– электрооптический коэффициент

6

Эффект Керра в жидких кристаллах










– разность показателей преломления обыкновенной и необыкновенной волны

– постоянная Керра для жидких кристаллов

– длина волны

– длина пути луча в кристалле

– длина силовой линии в кристалле

7

Эффект двойного лучепреломления при изгибе светового волокна








– материальная константа

– внешний радиус

– длина изгибаемого участка световода

– начальный изгиб световода

изменение стрелы прогиба

8

Двулучепреломление в катушке световода










– кривизна световода

– радиус катушки световода

– внешний радиус волокна световода

– материальная константа рад/м

– длина световода

9

Эффект поворота оптического элемента












– азимут ориентации оптического элемента относительно предыдущего

10

Эффект фазовой пластинки









– азимут оси наибольшей скорости фазовой пластинки

– сдвиг фаз, создаваемый фазовой пластинкой.


11

Линейный дихроизм









– главные коэффициенты пропускания

– толщина пластинки

– наименьший коэффициент плоского удельного дихроизма;

– наибольший коэффициент плоского удельного дихроизма.

12

Круговой дихроизм










– коэф. затухания мощности волны

– удельное вращение (гирация)

– длина волны света

–длина оптич. пути в дихроичной среде

– показатель преломления

13

Поляризация света (Анализатор) (Призма Николя)






– азимут оси пропускания поляризатора;

14

Квадратичный электрооптический эффект Керра в жидкостях.










– постоянная Керра

– длина пути света внутри ячейки Керра

– расстояние между электродами

– длина световой волны

15

Линейная поляризация света двухпреломляющим поляризатором (Призма Волластона и Рошона)










– электрическая и постоянные

– магнитная постоянная

– относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости

– коэффициент поглощения в призме

– мощность оптического луча на входе призмы

амплитуда вектора напряженности эл. поля

– площадь поперечного сечения луча

– оптическая проводимость

– коэффициент пропускания призмы.

При рассмотрении синтеза датчиков на основе поляризационных оптических эффектов возникает ряд особенностей, присущих данному классу явлений:

  • необходимо учитывать тип ФТЭ: источник или приемник;

  • необходимо учитывать волновой характер оптических поляризационных явлений (т.е. входные и выходные величины оптической природы являются векторными, а сам коэффициент преобразования – матрица Джонса);

  • наличие поляризационных эффектов, имеющих 2 входа, один – оптический, а второй – другой физической природы (например, эффекты Поккельса, Керра, Фарадея и т.д.).

В диссертационной работе разработаны паспорта 30 оптических физико-технических эффектов, в рамках энергоинформационной модели оптической цепи.

^ В четвёртой главе описывается процесс поискового проектирования чувствительного элемента, который делится на несколько этапов, включающих – выбор физического принципа действия в соответствии с конкретными условиями, подбор наиболее рациональных технических решений, которые могут отличаться характером связей и соединений между элементами, формой функциональных элементов, их расположением в пространстве, подбором материалов деталей.

Синтез физического принципа действия чувствительного элемента представляет подбор сочетаний элементарных звеньев таким образом, что при заданных входных и выходных величинах входная величина следующего физико-технического эффекта совпадает с выходной величиной предыдущего эффекта. Для уменьшения времени синтеза и исключения из него таких структурных схем, принцип действия которых не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к проектируемому устройству, нужно сократить пространство поиска путём ввода ограничений. Этими ограничениями могут быть: запрет на повтор эффектов и величин; ограничение длины цепочки последовательно соединенных ФТЭ; исключение цепи определенной физической природы и соответственно тех ФТЭ, которые связывают эту цепь с другими цепями; исключение из поиска части эффектов, у которых входная и выходная величины, либо одна из них, совпадает с заданным пользователем критерием поиска; исключение вариантов по признаку несовпадения диапазона изменения выходной величины предыдущего ФТЭ с диапазоном изменения входной величины последующего эффекта. В результате синтеза получаются возможные варианты физических принципов действия чувствительных элементов, каждому из которых сопоставляется совокупность эксплуатационных характеристик (чувствительность, диапазон, надёжность, вес и т.д.), которые рассчитываются по значениям соответствующих характеристик элементарных звеньев ФТЭ или параметров. Из множества решений выбирается одно или некоторое количество альтернативных вариантов физического принципа действия, эксплуатационные характеристики которых удовлетворяют требованиям конструктора.

На основе предложенных моделей описания оптических ФТЭ разработаны алгоритмы синтеза и расчета эксплуатационных характеристик вариантов ФПД, содержащих оптические ФТЭ, создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать оптические чувствительные элементы систем управления.

При синтезе цепочек физического принципа действия оптических чувствительных элементов систем управления необходимо учесть ряд особенностей.

1. Синтез разбивается на три этапа (рис. 3):

  • первый этап – синтез цепочки от заданной величины входа неоптической природы до ФТЭ с 2 входами;

  • второй этап – синтез цепочки от оптического ФТЭ с 2 выходами до источника излучения;

  • третий этап – синтез цепочки от оптического выхода ФТЭ с 2 выходами до фотоприемника.



Рис. 3. Синтез цепочки физического принципа действия

оптического чувствительного элемента


2. Вводятся ограничения синтеза:

Глобальное ограничение (все этапы):

  • эффекты с двойным входом не повторяются.

Ограничения для оптической цепи (Этап №2):

  • ограничивается длинна входной оптической цепи;

  • синтез прекращается после выбора ФТЭ «ИСТОЧНИК»;

  • запрещено использовать ФТЭ «Приемник» во входной оптической цепи.

Ограничения для оптической цепи (Этап №3):

  • ограничивается длинна выходной оптической цепи;

  • синтез прекращается после выбора ФТЭ «ПРИЁМНИК»;

  • запрещено использовать ФТЭ «ИСТОЧНИК» в выходной оптической цепи.

3. Если условиями синтеза выходная величина задаётся оптической, то синтез ФПД оптических чувствительных элементов сокращается до двух этапов. Третий этап не выполняется.


В полученном в результате синтеза наборе альтернативных вариантов физического принципа действия чувствительного элемента неообходимо выполнить расчёт эксплуатационных характеристик. Исходными данными для проведения расчетов являются числовые значения чувствительности, быстродействия, надежности, погрешности, диапозона, указанные в паспортах ФТЭ и параметров. Основной эксплуатационной характеристикой является чувствительность, единицы измерения которой зависят от физической сущности эффекта. При последовательном соединении выходная величина каждого предыдущего звена является входной для последующего. Предлагается при расчете чувствительности цепочки физического принципа действия чувствительного элемента с использованием формализма описания параметров матриц Джонса, применить новую схему расчёта. Расчёт чувствительности разбит на три этапа (рис. 4).



Рис.4. Расчёт чувствительности


На рис. 4. коэффициенты имеют матричный вид.

Чувствительность цепочки вычисляется по формуле .

На основе предложенных моделей описания оптических ФТЭ, разработанных алгоритмов синтеза и расчёта эксплуатационных характеристик вариантов физического принципа действия, содержащих оптические ФТЭ, создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать оптические чувствительные элементы систем управления.

Рис. 5. Функциональная модель системы синтеза новых технических решений


При разработке концепции информационного обеспечения системы автоматизированного синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений была построена функциональная модель, отражающая производимые системой действия и связи между ними (рис 5.).

Функциональная модель системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов была проанализирована с целью выявления сущностей рассматриваемой предметной области. Ими являются следующие информационные объекты:

  • величины цепи;

  • физическая природа цепи;

  • паспорта физико-технических эффектов;

  • наилучшие синтезированные варианты физического принципа действия чувствительных элементов.

На рис. 6. изображена диаграмма «Сущность-Связь», которая отражает важные для предметной области информационные объекты, их свойства и отношения друг с другом.





Рис. 6. Диаграмма «Сущность-Связь»


Интерфейс программного комплекса был разработан таким образом, чтобы предоставить пользователю максимальные удобства и минимальное количество работы с его стороны. Работа с программным комплексом осуществляется в диалоговом режиме. В системе реализованы следующие режимы работы:

  • введение и наполнение базы знаний ФТЭ и изобретений;

  • интерфейсная форма паспорта физико-технических эффектов;

  • определение условий синтеза физического принципа действия чувствительного элемента;

  • интерфейсная форма «Варианты физического принципа действия чувствительного элемента».

Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему синтеза оптических элементов систем управления c автоматизированной системой синтеза физического принципа действия элементов систем управления, что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Достоверность разработанного комплекса программ подтверждается совпадением результатов моделирования оптических устройств со структурами физически реальных устройств, полученных другими авторами.


^ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным итогом диссертационной работы является разработка энергоинформационной модели поляризационных оптических ФТЭ и комплекса программ, позволяющих реализовать эффективные алгоритмы синтеза оптических элементов систем управления. В результате проведенных исследований создана автоматизированная подсистема синтеза поляризационных оптических ФТЭ, интегрирование которой с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний значительно увеличила функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

^ Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

  1. Разработаны обобщённые математическая и структурно-параметрическая модели описания поляризационных оптических ФТЭ, что делает возможным использовать эти модели в процессе автоматизированного синтеза чувствительных элементов систем управления.

  2. Проведена реструктуризация существующей базы данных, в которую добавлена информация об оптических ФТЭ. Это позволяет пополнять существующую базу данных паспортами оптических ФТЭ, что существенно расширяет возможности автоматизированной системы поиска новых технических решений при проектировании элементов систем управления.

  3. Предложена усовершенствованная методика заполнения паспорта оптического ФТЭ, отличная от известной тем, что добавлены новые сущности для описания ФТЭ: векторный и скалярный вид, тип – источник или приемник, наличие двойного входа. Использование этой методики позволило модифицировать ER-модель и структуру базы данных. В результате база данных была пополнена 30 оптическими ФТЭ.

  4. Разработаны формализованные алгоритмы синтеза цепочек физического принципа действия оптических чувствительных элементов систем управления и расчета их эксплуатационных характеристик на основе формализма матриц Джонса, которые включены в комплекс программ для синтеза физического принципа действия элементов систем управления. Это существенно расширило объем используемых специалистами знаний и сделало процесс поиска новых технических решений более эффективным.

  5. Модифицирована модель автоматизированной системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений. Разработан комплекс программ, новизна которых подтверждается свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2006613931.

^ Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

  1. Киселёв, А. А. Способ оптимизации группирования строительных длин оптического волокна / А. А. Киселёв // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре : материалы научно-технической конференции. 1997 г. – Астрахань : Изд-во АГТУ, 1997. – С. 247.

  2. Киселёв, А. А. Оптимизация эксплутационных параметров волоконно-оптических линий связи / А. А. Киселёв, С. И. Никитин, А. Н. Фолионов // Телекоммуникации, новые информационные технологии и связь : Вестник АГТУ. – Астрахань : Изд-во АГТУ, 2000. – С. 88–91.

  3. Киселёв, А. А. Применение энергоинформационного метода для описания физико-технических эффектов / А. А. Киселёв // Россия и восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие каспийского региона : материалы Ш Международной научной конференции. 2005 г. – Астрахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2005. – С. 408–412.

  4. Зобов, О. О. Выбор модели для описания оптических физико-технических эффектов / О. О. Зобов, А. А. Киселёв // Россия и восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие каспийского региона: материалы Ш Международной научной конференции. 2005 г. – Астрахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2005. – С. 391–392.

  5. Петрова, И. Ю. Энергоинформационная модель оптических поляризационных явлений / И. Ю. Петрова, А. А. Киселёв // Датчики и системы. – 2005. – № 6. – С. 26.

  6. Петрова, И. Ю. Синтез параметрических структурных схем поляризационных оптических чувствительных элементов систем управления / И. Ю. Петрова, А. А. Киселёв // Датчики и системы. – 2006. – № 7. – С. 21.

  7. Киселёв, А. А. Синтез физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений / А. А. Киселёв // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. – 2006. – № 2. – С. 157–160.

  8. Петрова, И. Ю. Применение энергоинформационного метода для описания оптических физико-технических эффектов / И. Ю. Петрова, А. А. Киселёв // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. – 2006. – № 1. – С. 236–242.

  9. Автоматизированной система синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений: свидетельство на ПрЭВМ №2006613931 РФ/ А. А. Киселев (РФ) – № 2006613801; заявл. 13.11.2006.; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 16.11.06.



Подписано в печать 13.11.2006.

Уч.-изд. л. 1,5. Усл. печ. л. 1,4.

Заказ № 811. Тираж 100 экз.

______________________________________________________

Оттиражировано в издательском доме «Астраханский университет»

414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20

тел. (8512) 54-01-89, 54-01-87, факс (8512) 25-17-18,

E-mail: asupress@yandex.ru
















Скачать 290.21 Kb.
оставить комментарий
И. Ю. Петрова
Дата28.09.2011
Размер290.21 Kb.
ТипАвтореферат диссертации, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх