1) Входной измерительный сигнал. Информативный и неинформативный параметры измерительного сигнала.
Входной измерительный сигнал - определенный сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины.
Информативный параметр входного сигнала - параметр процесса, который является изменяемым или функционально связан с измеряемой величиной.
Неинформативный параметр - параметр входного сигнала, который функционально не связан с измеряемой величиной. Такой параметр, однако, может оказывать воздействие на измерительное средство и быть источником погрешностей.
[Примечание: вот вам примерчик из интернета для ясности=) Приведенные определения можно проиллюстрировать следующим
примером. Одним из параметров, значение которого определяется измерительной подсистемой мобильного робота, является давление масла в гидросистеме привода. На мембрану датчика давления, помимо давления, оказывают воздействие также температура, вибрация, радиация и т. п.,
являющиеся функциями времени. Все эти воздействия и являются входным
сигналом для рассматриваемого датчика, но информативным параметром здесь является только давление, остальные воздействия являются неинформативными параметрами. Повышенная температура может уменьшать жесткость мембраны, что приведет к снижению чувствительности датчика, т. е. к искажению результата измерения. Поэтому выходной электрический сигнал датчика содержит составляющую, определяемую воздействием повышенной температуры. Эта составляющая и определяет дополнительную температурную погрешность датчика давления.]
2) Средство измерения. Измерительное преобразование. Истинное значение.
[Примечание: почему-то нигде не фигурирует определение и цель измерения, а также измерительного прибора, поэтому я их сюда на всякий случай вбахаю.
Измерение - экспериментальное выражение значения физиологической величины с помощью специальных технических средств с нормированными метрологическими характеристиками.
Цель измерений – установление истинного значения физиологической величины в стандартных единицах измерения.
Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для преобразования измерительного сигнала в форму, позволяющую наблюдателю воспринимать значение измеряемой величины.]
Средства измерений - технические средства с нормированными метрологическими характеристиками.
[Примечание: воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. (Дополнение к этому определению из интернета)]
Измерительное преобразование - преобразование входного измерительного сигнала в функционально связанный с ним выходной сигнал.
[Примечание: хотела зафигачить хороший примерчик, но не знаю, насколько нормально он описывает это, а других нет (((
ИП - такое преобразование, при котором устанавливается взаимнооднозначное соответствие между размерами двух величин, сохраняющее для некоторого множества размеров преобразуемой величины (называемого диапазоном преобразования) все определенные для нее отношения и функции. Так, при измерении температуры в некотором интервале (диапазон преобразования) с помощью термопары (преобразователь) она преобразуется в эдс.]
Истинное значение - такое экспериментальное значение, которое так близко к абсолютному, что может его заменить с точностью до погрешности измерений.
3) Измерительный преобразователь. Чувствительный элемент. Электроды.
Измерительный преобразователь (ИП) (≈ датчик / сенсор) -
средство измерения, предназначенное для выработки информативного измерительного сигнала в форме удобной для передачи, преобразования, обработки, хранения, но не для непосредственного восприятия. Это техническое устройство, построенное на определенных физических принципах и выполняющее одно частное измерительное преобразование.
[Примечание: Существует большое разнообразие измерительных преобразователей по принципу действия и конструктивному исполнению. Повышаются требования к их точности, чувствительности, быстродействию. Точность многих средств измерений зачастую определяется точностью именно первичных преобразователей, поскольку вторичные средства измерений достаточно совершенны.]
Обычно неэлектрическая физиологическая или физическая величина преобразуется в электрическую или наоборот. Среди количественных характеристик состояния пациента есть имеющие электрическую природу (биологическое электричество в процессах клеточного и межклеточного обмена) и не имеющие электрической природы, а именно:
•акустические (тоны сердца, шумы легких);
•механические (смещение сердца, сокращение мышц, скорость движения перегородок сердца);
•термические (температура) и др.
В общем случае ИП может состоять из нескольких преобразовательных элементов, в каждом из которых происходит одно из последовательных
преобразований измерительного сигнала. Совокупность преобразовательных элементов составляет измерительную цепь средства измерений. Часть первого в цепи преобразовательного элемента, на которую непосредственно воздействует измеряемая величина, называется чувствительным элементом = первичный измерительный преобразователь.
[Примечание: не знаю, насколько это надо, но посмотрите
Схема контрольно-измерительной системы
Схема измерительного преобразователя
Преобразующий элемент - преобразует физическую величину в электрический сигнал, значение которого отображает уровень измеряемого свойства объекта.
Преобразователь подключается к источнику питания (внутреннему или его может не быть). Питание необходимо для обеспечения точной работы (за исключением пассивных преобразователей). Сопротивление преобразователя Zin по отношению к источнику питания - входное сопротивление. Сопротивление на выходных клеммах преобразователявыходное сопротивление – Zout. Сопротивление, прикладываемое к выходным клеммам преобразователя - сопротивление нагрузки – ZL. Сопротивление кабеля между преобразователем и нагрузкой - часть
сопротивления нагрузки. Согласование преобразователя с измерительной системой осуществляется путем учета рассмотренных сопротивлений.
Классификация мед. ИП по различным признакам (тут кратко): по назначению; по характеру применения; по степени точности; по связи чувствительного элемента ИП с объектом измерения; по физическим явлениям, положенным в основу преобразования энергии датчиком.
(за подробностями в лекцию=))]
Чувствительный элемент - воспринимает измеряемое свойство объекта и преобразует его в другую физическую величину.
Электроды - проводники, соединяющие измерительную аппаратуру с биологической средой. [я не стала добавлять большую картинку с видами сигналов, но просмотрите её на всякий случай]
4) Систематические погрешности. Случайные погрешности. Точность средств измерения.
Систематические погрешности - не изменяющиеся с течением времени (или являющиеся не изменяющимися во времени функциями определенных параметров), которые могут быть устранены введением поправок. [Погрешности градуировки и дополнительные]
Случайные погрешности - неопределенные или недостаточно изученные погрешности с неустановленной закономерностью. Причинами, вызывающими случайные погрешности, могут стать: изменения влияющих величин при длительных измерениях; появление в измерительной цепи
паразитных сигналов случайного характера (шумы в элементах, наводки от электромагнитных полей промышленной частоты, флуктуации напряжения источника питания, изменяющие характеристики измерительной схемы, дрейф выходного напряжения усилителя и др.).
[Примечание: Обычно случайные погрешности – стационарный случайный процесс (могут характеризоваться указанием закона распределения их вероятностей). Если случайные погрешности, сопровождающие различные серии измерений, взаимно независимы, то вероятность появления различных результатов, обычно описывается нормальным законом (законом Гаусса). {Тут ещё формулы из матстата были, я не стала их сюда впихивать}]
Точность характеризуется близостью измеренного значения физической величины к его действительному значению, оцениваемой погрешностью, то есть максимально возможной разностью между измеренным и действительным значением. Иными словами, точность – способность средства измерения выдавать результат, близкий к истинному значению измеряемой величины. Таким образом, можно сказать, что точное средство измерения выдает результаты, характеризующиеся одновременно высоким постоянством и высокой правильностью.
Точность выражается через суммарную погрешность (случайную + систематическую), которая определяет доверительный интервал вокруг измеренного значения, внутри которого с известной вероятностью находится истинное значение измеряемой величины.
Для достижения заданной точности требуется: а) выбор адекватного метода измерения; б) выбор соответствующего МИП; в) правильная разработка и реализация измерительного канала.
5) Прогрессирующие погрешности. О совокупности и связи различных видов погрешностей (знать рис.1 из лекции 2).
[Примечание: смотри также про погрешности в 4 вопросе]
Прогрессирующие погрешности - медленно изменяющиеся с течением времени величины, обусловленные: старением элементов (R, C, …); разрядом источника питания; деформацией механических деталей; усадкой в самописцах и т.п.
Прогрессирующие погрешности представляют собой нестационарные случайные процессы, поскольку при их корректировке (путем введения поправки в данный момент) через определенное время погрешность вновь будет монотонно возрастать.
ВЫВОД: систематические, случайные, прогрессирующие погрешности
– это приемы анализа. Всегда присутствует сумма этих составляющих,
которые и представляют единый нестационарный случайный процесс.
[Примечание: по поводу связи есть только это и про точность из 4 вопроса, пыталась искать в интернете, но то, что находила довольно спорно, например, то, что сист. + случ. = истинная погрешность, где-то оспаривается…]
6) Правильность измерений. Постоянство (сходимость) средства измерения (знать рис.2 из лекции 2)
Правильность – это способность средства измерения выдавать результат с малой систематической погрешностью: наиболее вероятное значение измеряемой величины, которая определяется на этой аппаратуре, оказывается очень близким к истинному значению.
Постоянство (сходимость) – такое качество средства измерения, для которого характерны малые случайные погрешности, то есть последовательность значений, полученных в серии измерений группируется вокруг среднего значения. Среднеквадратическое отклонение –
важнейший показатель разброса измерений и часто рассматривается как погрешность воспроизведения, что позволяет дать воспроизводимости количественную оценку.
[Примечание: Однако, значение измеряемой величины, полученное из серии измерений с малым среднеквадратическим отклонением может оказаться достаточно далеко отстоящим от истинного значения, если на случайные погрешности накладываются существенные систематические.]
Типы распределения плотностей вероятности результатов измерения
а) значительные систематические и случайные погрешности
(аппаратура не обеспечивает ни высокой сходимости, ни правильности);
б) значительные систематические и небольшие случайные ошибки
(аппаратура дает хорошую сходимость, но не обеспечивает правильности);
в) малые систематические, но большие случайные (аппаратура дает
удовлетворительную правильность, но плохую сходимость);
г) малые систематические и случайные ошибки (аппаратура является
точной).
7) Чувствительность ИП (статическая и динамическая)
Чувствительность ИП - отношение вариации сигнала ΔS на выходе к изменению измеряемой величины Δm, которое вызвало эту вариацию сигнала. (грубо говоря, к воздействию на стороне входа)
Статическая чувствительность ИП - отношение величины Si на выходе к соответствующему значению mi измеряемой величины.
Динамическая чувствительность - отношение скорости изменения выходного сигнала S к соответствующей скорости изменения входного сигнала m:
[Примечание: тут были ещё какие-то странные формулы, которые я не стала вставлять, а ещё почему-то нигде в вопросах не фигурирует частотная характеристика, поэтому пусть кратко хотя бы тут будет на всякий.
Частотная характеристика S(f) ИП: зависимость чувствительности ИП в динамическом режиме от частоты.
Причины изменения S(fn): механическая, тепловая, электрическая - инерция ЧЭИП; - переходные процессы в электрической измерительной цепи (наличие R, L и С) с τ=RC(L/R). Таким образом, частотная характеристика определяется совместно (ИП+ входная измерительная цепь).]
8) Порог чувствительности, полный диапазон работы ИП.
Порог чувствительности - минимальное изменение измеряемой величины (входного сигнала), вызывающее изменение выходного сигнала.
Полный диапазон работы ИП - отношение естественного предела измерения к порогу чувствительности ∆0:
где Xn - естественный предел измерения; ∆0 - порог чувствительности; Dd - определяется принципом действия и характеристиками чувствительного элемента МИП.
9. Линейность ИП, быстродействие ИП. Воспроизводимость измерений.
Линейность ИП – система линейна в определенном диапазоне измеряемых величин, если ее чувствительность не зависит от значения измеряемой величины, то есть остается постоянной. Линеаризация – введение коррекции в измерительную систему ИП с целью получения выходного сигнала, пропорционального возможным вариациям измеряемой величины.
В линейном диапазоне полезный сигнал во всех элементах измерительной цепи пропорционален значениям измеряемой величины, т.е. если все другие устройства, связанные с измерительным преобразователем также линейны.
Быстродействие ИП – интервал времени, проходящий от момента резкого (ступенчатого) изменения измеряемой величины до уровня, отличающегося на фиксированную величину ( ,%) от установившегося значения выходного сигнала ИП.
Диаграмма ступенчатого воздействия на систему и ее отклика
tdm – время задержки нарастания – сигнал S увеличивается от начального состояния до 10% полного значения;
tm – время нарастания – увеличение выходного сигнала S от 10 до 90% своего полного значения;
tdc – время задержки уменьшения – сигнал S уменьшается от начального значения до до 10% полного изменения;
tc – время убывания (спада) - уменьшения выходного сигнала S от 10 до 90% своего полного изменения.
Воспроизводимость - обеспечение постоянства выходных сигналов ИП в идентичных условиях эксплуатации.
10. Разрешающая способность ИП. Локальность ИП
Разрешающая способность - наибольшая точность, с которой осуществляется измерение; минимальное приращение первичного информативного сигнала, которое может быть зарегистрировано на выходе датчика-преобразователя (ДП). Измеряется в абсолютных значения величины первичного информативного сигнала. Разрешение ИП не может быть одинаковым во всем его рабочем диапазоне, для некоторых видов ИП оно подчиняется определенному закону. Зависимость разрешения от условий работы и воздействия внешних дестабилизирующих факторов очевидна.
Локальность ИП – минимальная область, с которой может быть воспринять первичный информативный сигнал.
11. Надежность ИП. Универсальность ИП.
Надежность ИП – вероятность сохранения ИП при его работе, вычисляется через два вероятностных параметра: вероятность несрабатывания ИП при превышении информативного сигнала его чувствительности или разрушения и вероятность ложного срабатывания (появление на выходе ИП информативного сигнала при его отсутствии на входе)
Σ~(1- н.с.)(1- л.с.)
Σ – результирующая надежность Причем численные значения ожидаемых величин н.с. и л.с. должны
находится для данного, конкретного вида ИП по результатам испытаний ИП, находящихся в одинаковых эксплуатационных условиях.
Надежность ИП, как любого технического устройства определяется вероятностью отказов материальных элементов, образующих его конструкцию. Понятно, что надежность ИП в значительной степени зависит и от условий его эксплуатации – более тяжелые условия эксплуатации всегда увеличивают вероятность отказов элементов конструкции и, особенно, преобразующего сигнала элемента.
Универсальность ИП – чисто качественная эксплуатационная характеристика ИП, в том смысле, что она показывает как применим ИП данного типа и вида для использования его в измерительных системах различного назначения.
У нее это определение идет вместо ИП с ДП, но, например, с надежностью у нее тоже самое определение в презентации с ИП, а в тексте лекции с ДП, так что я думаю это взаимозаменяемо
12. Простая градуировка (в т.ч. прямая и косвенная)
Градуировка – совокупность операций, позволяющих в графической или алгебраической форме выразить соотношения между значениями измеряемой величины и электрическими величинами на выходе с учетом всех дополнительных факторов, которые могут изменить выходной сигнал ИП. ИЛИ Совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений.
Простая градуировка – способ градуировки, когда измеряемая величина определяется единственным физическим параметром, а ИП не чувствителен к влияющим на измерения величинам. При этом измеряемая величина – статическая (постоянная во времени). В этом случае, градуировку можно определить как установление связи точно известных m с соответствующими электрическими величинами на выходе и осуществляется в один прием.
Основные способы простой градуировки:
Прямая градуировка (абсолютная) – значения измеряемой величины получаются от эталонов. В качестве эталонных средств измерения используются: эталоны-калибры, тест-фантомы и др.
Косвенная градуировка – использование образцового ИП (ОИП), градуировочная кривая которого известна и ее стабильность высока. ОИП и градуируемый преобразователь подвергаются в одинаковых условиях одновременно действию одинаковых измеряемых величин, значения которых определяются ОИП.
Таким образом, существует однозначное соответствие между измеряемой величиной и выходными электрическими величинами. Основными формами представления являются:
градуировочная кривая (графическая форма)
уравнение (алгебраическая форма)
13. Комплексная градуировка.
Можно взять начало из предыдущего вопроса Комплексная градуировка предназначена для уточнения зависимости
выходного сигнала от дополнительного параметра (например, гистерезис ИП, когда выходное напряжение Uвых, является функцией от Uвых=f(mt0 и mt0-∆t), тогда для получения точной градуировочной кривой измеряют Uвых при возрастании, а затем убывании m; для определения S=F(ω) необходимо выполнить двойную градуировку:
Uвых=f(ω), при Uвх=const Uвых=f(Uвх), при Uвх=const