6.2. Подкласс 4.2. Синтез измерительных систем

Стандарт 4.2.1. «Измерительный» веполь

Если невепольная система плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают, достраивая простой или двойной веполь с полем на выходе:

Пример 6.6. Умный скальпель

При удалении раковой опухоли хирург должен четко видеть, где кончается зона опухоли и начинаются здоровые ткани. Электрохирургический инструмент, разработанный в Лондоне, обеспечивает обратную связь, которая позволяет практически в реальном времени узнать, имеет ли разрезаемая ткань злокачественный характер. Электрохирургический скальпель iKnife режет с помощью высокочастотного электрического тока и отсасывает дым, выделяемый горящими тканями, который поступает в масс-спектрометр, определяющий наличие соответствующих специфических веществ, характерных для разных тканей. Результат выдается в течение трех секунд. Это настоящая революция, ибо при традиционной технологии проведения анализа тканей непосредственно в ходе операции ждать приходилось полчаса (рис. 6.4)75.

Рис. 6.4а. Умный скальпель76

Рис. 6.4б. Умный скальпель77

Пример 6.7. Улучшение видимости

Когда во время ливня или снегопада водитель машины включает фары (особенно дальний свет), то он видит перед собой глухую стену из дождя или снега. В Университете Карнеги-Меллон придумали остроумное решение этой проблемы. С помощью видеокамер компьютерная система отслеживает положение снежинок (или дождевых капель) и предсказывает их дальнейшую траекторию, после чего выключает на короткие промежутки времени соответствующие лучи многолучевых «интеллектуальных фар» (в прототипе был использован обычный DLP-проектор). Как показали эксперименты, с такой системой водитель даже во время метели не замечает 70—80% снежинок, при этом средняя интенсивность света фар снижается всего на 5%78.

Этот пример можно рассматривать и как стандарт 2.2.4 (динамизация).

Стандарт 4.2.2. Комплексный «измерительный» веполь

Если система (или ее часть) плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают переходом к внутреннему или внешнему комплексному веполю, вводя легко обнаруживаемые добавки:

Пример 6.8. Определение прокола

Для определения места прокола в автомобильной камере ее накачивают дымом. Струя дыма, выходящая из камеры, показывает место прокола.

Пример 6.9. Определение износа инструмента

Для определения износа сверла к нему прикрепляют пьезоэлектрический акселерометр, сигнал которого поступает на электронную систему. Кроме того, имеется частотомер. Сигнал с электронной схемы сравнивается с данными частотомера и определяют степень износа инструмента79.

Стандарт 4.2.3. «Измерительный» веполь на внешней среде

Если систему трудно обнаружить или измерить в какой-то момент времени и нет возможности ввести в объект добавки, то эти добавки, создающие легкообнаруживаемое и легкоизмеряемое поле, следует ввести во внешнюю среду, по изменению состояния которой можно судить об изменении состояния объекта:

Пример 6.10. Измерение состава пробы

Обычно для измерения состава пробы осуществляют регистрацию калибровочного и рабочего спектра пробы. Затем вычисляют концентрацию компонентов с использованием градуировочных зависимостей.

В изобретении предложено в качестве калибровочного спектра использовать спектр пропускания пробы, зарегистрированный спектрометром с входной щели. В качестве источника излучения используют один или более излучателей с гладким распределением спектра80.

Способ измерения состава пробы, включающий регистрацию калибровочного спектра, регистрацию рабочего спектра пропускания пробы и вычисление концентраций определяемых компонентов с использованием градуировочных зависимостей, отличающийся тем, что оба спектра снимают без изменения длины оптического пути света через пробу, но при этом в качестве калибровочного спектра используют спектр пропускания пробы, зарегистрированный спектрометром с входной щелью, спектральная ширина которой превышает ширину зарегистрированной линии поглощения определяемого компонента в рабочем спектре пропускания пробы, регистрацию которого производят с шириной щели, позволяющей измерить интенсивность линии поглощения определяемого компонента, при этом регистрацию указанных спектров осуществляют многоэлементным твердотельным детектором, а в качестве источника излучения используют один или более излучателей с гладким распределением спектра81.

Пример 6.11. Определение износа двигателя

Определение степени износа двигателя и разжижения моторных масел топливом выполняют путем отсоса отработанного масла, попадающего на магнит в виде капель, по измерению времени истечения масла и количественному и качественному составу частиц железа на магните82.

Стандарт 4.2.4. Получение добавок во внешней среде

Если во внешнюю среду нельзя извне ввести добавки по стандарту 4.2.3, то эти добавки могут быть получены в самой среде, например ее разложением или изменением агрегатного состояния. В частности, в качестве таких добавок нередко используют газовые или паровые пузырьки, полученные электролизом, кавитацией и другими способами.

Пример 6.12. Определение наночастиц

Для определения распределения концентрации и размеров микро- и наночастиц в жидкостях и газах пропускают через анализируемую среду лазерный луч, измеряют флуктуации мощности излучения, рассеянного на исследуемых частицах, под большими углами. Дополнительно измеряют распределение интенсивности рассеянного излучения под малыми углами рассеяния, для чего устройство снабжено матричным приемником. Решение интегрального уравнения обратной задачи рассеяния осуществляют с учетом полученных дополнительных измерений83.