- •1. Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.1. Содержание дисциплины по гос
- •1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.3. Перечень видов практических занятий и контроля по семестрам:
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (объем 300 часов)
- •Раздел 1. Получение, сохранение, представление и применение физической информации
- •1.1. Основные физические закономерности получения информации
- •1.2.Что такое информация?
- •1.3. Информация и сообщение
- •1.4. Органы чувств, воспринимающие информацию
- •Тема 1.5. Информативность информации. Измерительная информация и управляющая информация
- •1.6. Носители информации
- •1.7. Информация и обеспечение качества продукции
- •1.8. Анализ способов получения информации
- •Раздел 2. Акустический вид получения информации
- •2.1. Области применения акустических методов получения информации
- •2.2. Методы акустического вида получения информации
- •Преимущества и недостатки акустического контроля по сравнению с другими методами. Основные преимущества акустического контроля:
- •Раздел 3. Магнитный вид получения информации
- •Раздел 4. Электрический вид получения информации
- •Раздел 5. Вихретоковый вид получения информации
- •Раздел 6. Радиоволновой вид получения информации
- •Раздел 7. Тепловой вид получения информации
- •Раздел 8. Оптический вид получения информации
- •Раздел 9. Радиационный вид получения информации
- •Раздел 10. Вид контроля проникающими веществами
- •Раздел 11. Другие виды получения информации
- •Раздел 12. Интроскопия и автоматизация фопи
- •Заключение
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.1. Тематический план дисциплины
- •2.2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.3. Тематический план дисциплины
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины
- •2.4. Временной график изучения дисциплины
- •2.5. Практический блок
- •2.5.1. Практические занятия
- •2.5.1.1. Практические занятия (очная форма обучения)
- •2.5.1.2. Практические занятия (очно-заочная форма обучения)
- •2.5.1.3. Практические занятия (заочная форма обучения)
- •2.5.2. Лабораторный практикум
- •Лабораторные работы (очная форма обучения)
- •2.5.2.2. Лабораторные работы (очно-заочная форма обучения)
- •2.5.2.3. Лабораторные работы (заочная форма обучения)
- •Рейтинговая система оценки знаний
- •Информационные ресурсы дисциплины
- •Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект Введение
- •Раздел 1. Получение, сохранение, представление и применение физической информации
- •Тема 1.1. Основные физические закономерности получения информации
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.1
- •Тема 1.2. Что такое информация?
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.2
- •Тема 1.3. Информация и сообщение
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.3
- •Тема 1.4. Органы чувств
- •Передающие и воспринимающие органы человека и высших животных
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.4
- •Тема 1.5. Информативность информации. Измерительная информация и управляющая информация
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.5
- •Тема 1.6. Носители информации
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.6
- •Тема 1.7. Информация и обеспечение качества продукции
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.7
- •Тема 1.8. Анализ способов получения информации
- •2.1.2. Типы волн. Области применения
- •2.1.3. Преобразование электромагнитных волн в акустические
- •Акустические свойства сред.
- •Тема 2.2. Методы акустического вида получения информации.
- •2.2.1. Классификация методов
- •2.2.2. Методы отражения
- •2.2.3. Методы прохождения
- •2.2.4. Комбинированные методы
- •2.2.5. Методы собственных колебаний
- •2.2.6. Импедансные методы
- •2.2.7. Пассивные методы контроля
- •2.2.8. Способы создания акустического контакта
- •2.2.9. Преимущества и недостатки акустического контроля по сравнению с другими методами
- •Раздел. 3. Магнитный вид получения информации
- •Учёные установили, что магнитные материалы состоят из крохотных магнитиков, называемых магнитными доменами.
- •Метод магнитной памяти металла
- •Вопросы для самопроверки по разделу 3
- •Раздел 4 Электрические вид получения информации
- •Электропотенциальный метод
- •Электроискровой метод
- •Методы электрического сопротивления
- •Электроёмкостные методы
- •Термоэлектрические методы
- •Трибоэлектрический метод
- •Раздел 5. Вихретоковый вид получения информации
- •Классификация вихретоковых преобразователей
- •Контроль с помощью накладных вихретоковых преобразователей
- •Определение марки немагнитных электропроводящих материалов. Сортировка алюминиевых сплавов по химическому составу
- •Конструкции вихретоковых преобразователей
- •Накладные втп
- •Контроль качества металлизации отверстий печатных плат
- •Раздел 6. Радиоволновый вид получения информации
- •Раздел 7. Тепловой вид получения информации
- •Объекты и области применения инфракрасных методов получения информации
- •Перспективы развития теплового контроля
- •Раздел 8. Оптический вид получения информации
- •Фотохромные и термохромные краски
- •Эндоскопия
- •Волоконно-оптические эндоскопы
- •Перспективы использования эндоскопов. Видеоэндоскопы
- •Применение эндоскопии в таможенной практике
- •Раздел 9. Радиационный вид получения информации
- •Естественные источники радиации
- •Радиографические методы получения информации
- •Радиоскопический метод получения информации
- •Радиометрический метод получения информации
- •Радиофлюореметрический метод получения информации
- •Рентгеновская ламинография и топография
- •Масс-спектрометрический метод радиоуглеродной датировки веществ с использованием ускорителя
- •Раздел 10. Вид контроля проникающими веществами.
- •Тема 10.1. Капиллярный метод
- •10.1.1. Общие сведения о методе
- •10.1.2. Основные физические явления, используемые в капиллярной дефектоскопии
- •10.1. 3. Процессы капиллярной дефектоскопии
- •10.1.4. Чувствительность капиллярного контроля и ее проверка
- •10.1. 6. Объекты контроля
- •Тема 10.2. Методы течеискания
- •Методы контроля местной герметичности
- •Раздел 11. Другие виды получения информации
- •Раздел 12. Интроскопия и автоматизация физических основ получения информации (фопи)
- •Обобщённые структурные схемы автоматических средств получения информации
- •Список использованной литературы
- •Приложение 1
- •Классификация методов контроля герметичности
- •Современные основные приборы нк (2008 г.) для получения, обработки и применения разнообразной физической информации
- •3.3. Технические средства обеспечения дисциплины
- •4.1. Общие указания
- •1. Цель контрольной работы
- •Задача 1 Расчёт платинового термопреобразователя сопротивления
- •Задача 2 Расчёт чувствительности капиллярного контроля
- •Указания к выполнению задачи
- •Методические указания и задания на курсовую работу Цель курсовой работы
- •Пример составления реферата курсовой работы
- •Справочное Пример оформления титульного листа курсовой работы
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5, Кафедра приборов контроля и систем экологической безопасности
- •Справочное
- •Текущий контроль Блок тестов рубежного контроля
- •1. В чём основное отличие понятий «объект контроля» (ок) и «объект получения информации (опи)?
- •2. В чем разница между разрушающими и неразрушающими методами получения информации?
- •3. В каких случаях получения информации об объекте контроля не всегда необходимо подавать физическое воздействие I.
- •24. Что такое «детектор лжи»?
- •25. Какие материалы можно отнести к наноматериалам?
- •Ответы на тесты
- •Итоговый контроль
- •4.3.1.Блок итогового контроля за первый семестр
- •Вопросы к зачёту по 1 части дисциплины
- •Блок итогового контроля за второй семестр
- •Вопросы к экзамену по всему курсу дисциплины
- •191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, д.5
Вопросы для самопроверки по теме 1.4
Какие органы чувств человека вам известны?
Какие из органов чувств человека являются самыми «быстродействующими»?
Что такое «латентное» время?
Тема 1.5. Информативность информации. Измерительная информация и управляющая информация
Следует сказать и ещё об одном понятии, непосредственно связанном с процессом получения и использования информации.
Это "информативность", которая определяет степень достоверности получаемой и используемой информации [3].
Поскольку мы занимаемся вопросами получения информации техническими средствами, то степень информативности следует определять через точность и надежность средств контроля и измерений. Информативность предопределяется, таким образом, техническими возможностями средств измерений и контроля, а также используемыми методиками, поэтому количественные оценки информативности будут даны в завершающем разделе курса ФОПИ при рассмотрении конкретных задач получения информации техническими средствами.
Информация может быть представлена в дискретной и аналоговой формах. При передаче или записи информационного сигнала в дискретной форме последний может быть предварительно разбит на свои простейшие части, например на единицы измерения (вольты, амперы, миллиметры, граммы и т.п.).
Поясним это на примере звукового сигнала.
Звук — это слышимые человеком колебания, распространяющиеся в воздухе. Что же представляет собой звук в аудиоаппаратуре? В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором двоичных цифр (нулей и единиц). Аппаратура, в которой звук представляется в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой, а сам рабочий сигнал — аналоговым.
Преобразование звуковых колебаний в аналоговый сигнал можно выполнить, например, следующим образом. Мембрана из тонкого металла, расположенная в непосредственной близости с катушкой индуктивности, подключенной в электрическую цепь и находящейся в поле действия постоянного магнита, подчиняясь колебаниям воздуха и колеблясь вместе с ним, вызывает соответствующие колебания напряжения в цепи. Эти колебания как бы моделируют оригинальную звуковую волну. Так работает простейший микрофон. Полученный в результате такого преобразования аналоговый сигнал может быть записан на магнитную ленту и впоследствии воспроизведен.
Аналоговый сигнал может быть преобразован в цифровой — последовательность дискретных значений. В таком виде звуковой сигнал может быть «введен» в компьютер, обработан цифровыми методами и сохранен на цифровом носителе в виде некоторого набора описывающих его чисел.
Важно понять, что аналоговый или цифровой аудиосигнал — это лишь формы представления звуковых колебаний материи, придуманные человеком для того, чтобы иметь возможность анализировать и обрабатывать звук. Сам по себе аналоговый или цифровой сигнал в исходном виде не может быть услышан. Чтобы воссоздать закодированное в цифровых данных звучание, необходимо вызвать соответствующие колебания воздуха, потому что именно эти колебания и есть звук. Это можно сделать, лишь заставив колебаться какой -либо предмет, расположенный в воздушном пространстве (например, диффузор громкоговорителя), в соответствии с колебаниями напряжения в электрической цепи — аналоговым сигналом. Таким образом, чтобы «прослушать» цифровой сигнал, необходимо вернуться к аналоговому, а затем с его помощью заставить колебаться диффузор громкоговорителя. При передаче непрерывных сигналов обычно достаточно передавать не сам сигнал, а лишь последовательность его мгновенных значений, выделенных из исходного сигнала по определённому закону. Квантование сигнала производится по времени, уровню или по обоим параметрам одновременно. При квантовании сигнала по времени сигнал через равные промежутки времени М прерывается (импульсный сигнал) либо изменяется скачком (ступенчатый сигнал). Например, непрерывный сигнал, проходя через контакты' периодически включаемого электрического реле, преобразуется в последовательность импульсных сигналов. При бесконечно малых интервалах включения (отключения), т. е. при бесконечно большой частоте переключений контактов, получается точное представление непрерывного сигнала. При квантовании сигнала по уровню соответствующие мгновенные значения непрерывного сигнала заменяются ближайшими дискретными уровнями, которые образуют дискретную шкалу квантования. Любое значение сигнала, находящееся между уровнями, округляется до значения ближайшего уровня.
При бесконечно большом числе уровней квантованный сигнал превращается в исходный непрерывный сигнал.
Процесс разбивки информационного сигнала на элементарные его части называется квантованием, а сам элементарный сигнал - шагом квантования. Квантование — это процедура замены величины усредненного дискретного отсчета ближайшим значением из набора фиксированных величин — уровней квантования. Термин "квантование" происходит от латинского слова "quantum", что означает "сколько". Процедура оценки, или оценивания, т. е. получение ответа на вопрос "сколько", — это и есть процедура квантования.
Рис. 1.4. Квантование сигнала: а - по времени; б – по уровню;
хо(t) — исходный сигналу_x{t) — квантованный сигнал; Δt — интервал квантования; Δх — уровень квантования
Чем меньше шаг квантования, тем с большей точностью можно передать результирующий информативный сигнал, если технические средства его приема обладают соответствующей чувствительностью, т. е. если они способны зафиксировать каждый шаг квантования.
Вспомним DVD – диски с фильмами. Чем меньше шаг квантования, тем хуже изображение, но больше фильмов можно записать на один диск. Ещё несколько лет назад вполне достаточным казалось использовать 256 уровней для квантования телевизионного сигнала. Сейчас считается нормой квантовать сигнал на 1024 уровня.
Конечно, при передаче дискретных сигналов они всегда передаются с некоторой ошибкой - вне зависимости от чувствительности приемо-измерительной аппаратуры.
Эта ошибка называется шумом квантования, и считают, что она не превышает шага квантования.
Примером приборов, регистрирующих информацию по дискретному принципу, могут быть: счетчик электроэнергии с цифровой индикацией, часы с цифровым циферблатом и т. п. Заметим, что все современные ЭВМ, начиная от карманного калькулятора до стационарных, крупных вычислительных машин, работают только на дискретной информации.
При передаче и приеме информативного сигнала в аналоговой форме его квантование не производится, он передается и принимается в виде непрерывных величин - например, в виде текущих значений тока или напряжения и т. п.
Для оценки аналогового сигнала и выражения его в численном значении его обязательно приходится квантовать.
Такую процедуру квантования аналогового информационного сигнала при его регистрации выполняют соответствующие приборы или оператор (например, считывая показания со шкалы стрелочного вольтметра).
Представление информации любых сигналов в дискретной форме и в аналоговой форме удобно при проектировании и использовании технических средств, работающих соответственно по дискретному принципу и аналоговому принципу.
В действительности, т. е. физически аналоговых каких-либо величин, а следовательно, и аналоговых информационных сигналов быть не может.
Объясняется это строением живой и неживой материи. Все в природе, технике и как результат этого и при измерениях чего-либо физическими способами - дискретно. Вопрос только в том, на каком уровне осуществляется квантование и каков его шаг.
Поясним это очень важное для нас положение, означающее, что при физических методах получения информации она фактически всегда имеет дискретную форму. Начнем с того, что и природа, включая и все живые организмы и человека, хранит и передает только дискретную информацию. Так, информационную емкость любой живой клетки принято оценивать числом и характеристиками нуклеотидов, т. е. простейших или элементарных носителей информации, которые и предопределяют шаг квантования. Дискретность неживой природы и всего того, что мы называем «техникой» доказана еще в курсе физики средней школы: - строение твердого тела, жидкостей и газов - дискретно в смысле их комбинационного состава из элементарных материальных частиц.
Последнее означает, что хранимая и снимаемая с материальных тел и веществ информация также должна быть по этой причине дискретной. Физические основы получения информации – это, по сути дела технические измерения характеристик физических полей и волн, несущих от ОПИ (ОК) интересующую нас информацию.
Отметим еще один важный факт: вся информация подразделяется на два принципиально отличающиеся друг от друга вида - это измерительная информация и управляющая информация.
Измерительная информация есть результат измерений, и эта информация просто сохраняется как некая совокупность полученных знаний и сведений.
Управляющая информация может быть получена не только в результате технических измерений, главное её отличие от первого вида – она практически всегда не представляется в явном виде, удобном для непосредственного восприятия человеком, а применяется для управления различными процессами во всех возможных областях деятельности человека.
Все физические поля и волны дискретны. Так, электромагнитные поля и волны энергетически описываются квантами энергии, акустические колебания есть колебания элементарных материальных частиц; тепловая энергия также дискретна, так как теплопередача - это колебания материальных, а иногда и элементарных частиц веществ и материалов или тепловое (электромагнитное) излучение нагретых тел. Вся электротехника и электроника также «дискретны» в том смысле, что в их устройствах всегда имеются или «дискретные» заряды равные некоторой сумме зарядов одного электрона, или «дискретные» токи, образующиеся движением суммы отдельных электронов. Понятно, что значительные заряды и большие токи есть какая-то сумма соответственно неподвижных или движущихся электронов — т.е. дискретных и элементарных частиц материи.
Современная измерительная техника строится на электронной базе и с применением ЭВМ. Для нас это означает, что физические методы получения информации всегда, по существу, будут давать результат в дискретной форме. Другое дело – в целом ряде практических случаев, например, при проектировании средств измерения и при получении информации с использованием средств измерения удобно использовать аналоговую форму получения и записи сигналов.
Есть три весомые причины, заставляющие поступать так и практически не искажающие результаты измерений.
Первая причина - это современная теоретическая база и современный математический аппарат, разработанные для анализа и синтеза аналоговых сигналов, применение которого и удобно, и эффективно.
Вторая причина - чисто физическая - «шаги квантования» по элементарным частицам твердого тела, по величине элементарного электрического заряда, равного заряду одного электрона, наименьшей величины тока в виде перемещения одного электрона и т. п. - по своим абсолютным значениям настолько малы, что лежат много ниже реальной и необходимой чувствительности измерительных приборов. Действительно, не существует практических приборов, позволяющих измерить, например, вес, заряд или ток одного электрона. Даже самые чувствительные технические средства измерения способны регистрировать массы, заряды, токи и т. п., которые в тысячи, а иногда и миллионы раз превышают исходные шаги квантования этих величин.
Третья причина - это шумы, помехи и различные дестабилизирующие факторы, значительно большие, чем минимально возможные шаги квантования, затрудняющие процедуры измерений, а следовательно, и получение достоверной информации с предельно малым шагом квантования. По этим трем причинам физические способы получения информации, основанные на технических измерениях, всегда будут давать некоторый усредненный результат по величине ошибКи, во много раз превышающей возможные предельные шаги квантования.
Из вышесказанного можно сделать два основополагающих вывода:
-по существу физические источники информации, информативные сигналы, и сама информация имеет дискретную форму;
-на практике в силу несовершенства технических средств измерений и влияния различных дестабилизирующих факторов, получаемая информация имеет аналоговую форму, но при необходимости аналоговая форма получаемой информации может быть переведена в дискретную, но с шагом квантования во много, много раз превышающим шаги квантования, предопределяющиеся дискретностью твердых тел, жидкостей и газов.