РЕГИСТРАЦИЯ И ХРАНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

В зависимости от характера ее дальнейшего использова­ния измерительная информация может запоминаться на непродолжительноеили продолжительное время, может предъ­являться получателю в форме, удобной для ее восприятия, или регистрироваться в виде рабочего или официального документа.

Примером запоминания на непродолжительное время измерительной информации о быстропротекающем процес­се, представленной в аналоговой форме, является осциллог­рамма этого процесса на экране электронно-лучевой труб­ки с длительным послесвечением. В цифровой форме изме­рительная информация запоминается на непродолжительное время в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ) современных ЦЭВМ, а на продолжительное время — во внешней памяти этих машин.

В качестве цифровых запоминающих элементов ОЗУ наибольшее распространение получили триггеры и ферритовые сердечники, обладающие двумя устойчивыми состояниями, т.е. способные хранить один двоичный разряд (0 или 1) числа. Кроме того, могут использоваться различные фи­зические или химические явления.

При применении триггера в качестве запоминающего элемента одно из его состояний принимается за 1, а дру­гое — за 0. Во многих схемах при этом используется только один из выходов триггера.

Цепочку триггеров, соединенных последовательно (см. рис. 186), можно использовать как регистр для запо­минания двоичного числа с количеством разрядов, равным числу триггеров. В этом случае триггеры имеют дополнитель­ные входы (С) для подачи "сдвигающих" импульсов, такти­рующих работу триггеров.

Предположим, что в исходном состоянии со всех триг­геров снимаются нули (двоичное число 0000), и в регистр нужно ввести число 1011, заданное в виде соответствующей последовательности импульсов на основном входе тригге­ра Тг₄ старшего разряда. Последовательность работы ре­гистра в этом случае будет следующая. Первый входной им­пульс перебрасывает Тг₄, на выходе которого устанавлива­ется 1, но возникающий при этом перепад потенциалов не воздействует на Тг₃. В регистре зафиксировано число 1000. После этого поступает тактовый импульс сдвига, перебра­сывающий Тг₄ в исходное состояние (0) и за счет этого перебрасывающий Тг₃ на 1. Произошел сдвиг числа на один разряд вправо, и в регистре зафиксировано .число 0100. Далее процесс протекает аналогично. Следующий входной импульс записывает 1 в Тг₄ (на регистре число 1100), а сле­дующий импульс сдвига сдвигает это число на разряд впра­во, т.к. сбрасывает единицы с Тг₄ и Тг₃ и переносит их в Тг₃ и Тг₂ (на регистре число 0110). Так как в этом случае Тг₃ одновременно должен и сбросить единицу от импуль­са сдвига и записать единицу от Тг₄, необходимо несколь­ко задержать импульс от Тг₄, что осуществляется запечет собственных задержек Д-триггеров. Следующий входной им­пульс отсутствует и состояние регистра не меняется, а сле­дующий импульс сдвига сдвигает записанное в нем число на разряд вправо (в регистре число 0011). Последний вход­ной импульс записывает в Тг₄ единицу, и процесс ввода заканчивается (в регистре число 1011).

Записанное число можно вывести параллельно непосред­ственно с триггеров и последовательно с выхода регистра путем подачи серии импульсов сдвига в количестве, равном числу разрядов регистра; можно сдвинуть вправо на коли­чество разрядов, равное количеству поданных импульсов сдвига.

При параллельном вводе записываемого числа разрядные импульсы подаются на соответствующие триггеры одновре­менно. В этом случае импульсы сдвига используются только при необходимости последовательного вывода записанного числа, а параллельный вывод числа производится через не тактируемые установочные (S-R) входы Д-триггеров.

Возможны и другие варианты построения схем регист­ров.

Кольцевые магнитные сердечники, изготовленные из фер­рита и других специальных магнитных материалов, имеют почти прямоугольную форму гистерезисной петли и поэто­му могут находиться в двух различных устойчивых состояниях, характеризуемых остаточной индукцией +B_r (1 в дво­ичной системе) и -В_г (0 в двоичной системе), т.е. выполнять функции ферромагнитного триггера. Такие триггеры характеризуются малыми габаритами и потребляемой мощ­ностью, высоким быстродействием; поэтому их также применяют в качестве запоминающих устройств.

Отечественная промышленность выпускает триггеры в интегральном исполнении.

Последовательную цепочку триггеров можно использовать и как двоичный счетчик последовательности входныхим­пульсов с количеством разрядов, также равным числу триг­геров. В этом случае оба входа триггеров объединяются в так называемый "счетный вход", и при каждом следующем входном импульсе триггер перебрасывается в другое сос­тояние, т.е. на его выходе поочередно появляются то 1, то 0. Входные импульсы подаются на триггер самого младшего разряда.

Рассмотрим последовательность работы трехразрядного двоичного счетчика, показанного на рис. 187, предполагая, что в исходном состоянии на выходах всех триггеров нули

(в счетчике число 000). Первый входной импульс перебра­сывает Тг₁ в состояние 1 (в счетчике число 001), второй вер­нет его в состояние 0, а импульс с Тг₁ перебросит Тг₂ в сос­тояние 1 (в счетчике число 010) и т.д. до седьмого импульса (в счетчике число 111, и он заполнен). Очевидно, что восьмой импульс приведет счетчик в исходное состояние. Записанное в счетчике число можно вывести параллельно или последо­вательно через дополнительный регистр.

Внешняя память ЦЭВМ бывает в самом разнообразном исполнении: на магнитных лентах, барабанах, дисках и т.п.

Предъявление измерительной информации потребителю в форме, удобной для восприятия, осуществляется обычно с помощью цифровых индикаторов. Во многих случаях они представляют собой световое табло.

На рис. 188 показано световое табло выносного типа. Каж­дая цифра на нем образуется группой горящих ламп, выби­раемой дешифратором. Световое табло на лицевой панели цифрового измерительного прибора показано на рис. 58. Схе­ма включения одного девятиэлементного цифрового инди­катора на подобного рода табло при десятичном коде вход­ного сигнала и диодном дешифраторе приведена на, рис. 189. При всех разомкнутых контактах горят лампы, обоз­наченные номерами I, II, III, IV и VI. Если, как показано на рисунке, замкнуть контакт 2, то зашунтируется и погаснет лампа III, но загорится лампа VIII, т.е. индикатор, покажет цифру 2. Группы диодов здесь играют роль схем ИЛИ. Воз­можны и другие варианты схем включения.

Электролюминесцентные индикаторы выполняют обычно в виде стеклянной пластинки, на которую с задней стороны наносят прозрачный электропроводящий слой (передний электрод), а на него фосфорный диэлектрик (светящийся слой). Задний электрод выполняют в виде плоских отдельных металлических лепестков (по типу изображенных на рис. 189), создающих свечение прилегающего к ним диэлек­трика, если к лепесткам подводится переменное напряжение определенной частоты. От значения и частоты питающего нап­ряжения зависит цвет и яркость свечения. Преимуществами таких индикаторов являются малые габариты, незначительная потребляемая мощность и высокое быстродействие; недос­татком — необходимость в специальном источнике питания, являющемся в ряде случаев дополнительным источником внутренних помех прибора.

Газоразрядные индикаторы — это декатроны и индика­торные лампы типа ИН (рис. 190). Размеры цифр, высвечи­ваемых в декатронах, невелики, поэтому их применяют в основном в различных счетных схемах.

Конструкция наиболее распространенного газоразряд­ного индикатора типа ИН состоит из общего анода, выпол­ненного в виде металлической сетки, и десяти катодов в виде цифр от 0 до 9 из нихромовой проволоки. Цифры светятся при появлении напряжения между анодом и соот­ветствующим катодом, так как баллон лампы заполнен нео­ном. Помимо обычных выпускаются знаковые индикаторные лампы ИН ("+", "—", мВ, Ом и т.п.) и другие. Недостатком

этих ламп, затрудняющим их использование в низковольт­ных полупроводниковых схемах, является относительно вы­сокое напряжение питания (порядка 200 В). При многораз­рядной индикации для снижения потребляемой мощности иногда питание индикаторных ламп осуществляется импульс­ным напряжением.

На рис. 191 показана типовая схема включения газоразряд­ного индикатора типа ИН. При подаче на один из входов сигна­ла открывается соответствующий транзистор и высвечивается нужная цифра. Если сигналы на вход схемы подаются не в десятичной системе, то необходим промежуточный дешиф­ратор, собираемый либо в виде диодной матрицы (см., нап­ример, рис. 189), либо на логических интегральных микро­схемах. Можно также воспользоваться простой и экономичной, схемой, в которой усилительные транзисторы вместе с набо­ром резисторов образуют одновременно и дешифратор. Такая схема для входного сигнала в двоично-десятичном коде 1—2—4—8, поступающего с триггеров Tг₁—Tг₄ счетной декады, показана в исходном состоянии (входное число 0000) на рис. 192. Выход 1 триггера Тг₁ соответствует от­рицательному потенциалу, который подается на эмиттеры всех четных транзисторов. При этом на эмиттеры всех не­четных транзисторов со второго выхода Тг₁ подается ну­левой потенциал, и они закрыты. На базу транзистора Тг₀ подается нулевой потенциал, он открыт и высвечивается циф­ра 0. На базы всех остальных четных транзисторов, как

видно из схемы, подаются отрицательные потенциалы с триггеров, регулируемые резисторами R₁ так, чтобы все эти транзисторы были закрыты.

Предположим, например, что на правых выходах триг­геров Тг₁ и Тг₂ имеются единицы (число 3). В этом случае отрицательный потенциал попадает на эмиттеры всех нечет­ных транзисторов и на базы всех транзисторов, кроме Т₂ и Т₃ . Но потенциал на эмиттере Т₂ равен нулю, поэтому от­кроется только транзистор Т₃. Аналогично можно рассмотреть и другие состояния схемы. Подобные варианты существуют для любого входного кода. Они легко реализуются на ин­тегральных схемах.

Широкое распространение получили различные способы и схемы так называемой динамической цифровой индика­ции. Основная идея динамической индикации состоит в том, что импульс, высвечивающий нужную цифру индикатора, пе­риодически подается на соответствующий катод индикатора и совпадает по времени с импульсом, снимаемым со счетчика и подаваемым на анод индикатора. К основным преимущес­твам динамической индикации относятся малое потребление энергии, благодаря питанию элементов схемы импульсами большой скважности, и отсутствие необходимости в специальных дешифраторах для перевода различных систем счисле­ния в десятичную. Особенно удобна и экономична динами­ческая индикация при большом числе разрядов.

Рассмотрим прос­тейший вариант схе­мы динамической ин­дикации, показанный на рис. 193. После занесения любого де­сятичного числа в цифровой счетчик, состоящий из деся­тичных декад ЦС₁, ЦС₂, . . . , ЦС_m, пе­реключаются контак­ты переключателей Пк и схема перехо­дит в режим индика­ции. Импульсы от генератора импуль­сов ГИ через распре­делитель импульсов РИ подаются парал­лельно на катоды ифровых индикаторов ИН в обратной последовательности, т.е. первый импульс, поступает на девятый катод, второй — на восьмой и т.д. Эти циклы периодически повторяются. Импульсы от ГИ одновременно поступают на декады циф­рового счетчика, и при их переполнении они открывают вы­соковольтные ключи Кл₁, . . Кл_m , через которые к анодам ИН подается напряжение питания. Пусть в какой-либо из де­кад счетчика записано, например, число 3. Тогда импульсом переполнения будет седьмой импульс, создающий анодное напряжение на индикаторе. В этот же момент времени седьмой импульс с РИ попадает на третий катод ИН, т.е. будет высвечиваться цифра 3. Так как этот процесс перио­дически повторяется, то цифра 3 будет светиться непрерыв­но.

Применяют и другие варианты динамической индика­ции, в частности схемы, в которых процессы счета импуль­сов и индикаций результата счета могут быть совмещены во времени.

С параметрами интегральных микросхем хорошо совмес­тимы цифровые индикаторы на светоизлучающих диодах и жидких кристаллах. Цифры в них обычно образуются ком­бинацией светящихся точек и сегментов.

Светоизлучающие диоды, появившиеся в 1968 г., пред­ставляют собой разновидность полупроводниковых диодов, излучающих свет при подаче на них электрического, сигна­ла. Преимуществами таких индикаторов являются относи­-

тельно малая (доли милливатт) потребляемая мощность, малое время переключения (доли микросекунд) и большой срок непрерывной службы (десятки тысяч часов). К числу основных недостатков следует отнести существенную зави­симость яркости свечения и стабильности параметров от температуры. Для управления семи сегментными индикато­рами на светоизлучающих диодах отечественная промыш­ленность выпускает интегральные дешифраторы на микро­схемах.

Жидкие кристаллы являются одними из наиболее пер­спективных цифровых индикаторов из-за их дешевизны, малых габаритов и очень малой (до 0,01 мкВт на цифру) пот­ребляемой мощности. Время непрерывной работы— 10000 ч. Основой индикатора на жидком кристалле является органи­ческое вещество, становящееся непрозрачным под воздей­ствием электрического сигнала. Тонкая пленка такого ве­щества располагается между двумя пластинками, покрыты­ми электропроводящим слоем, из которого вытравлива­ются контуры (точки, сегменты) цифр. Возможны два типа жидкокристаллических индикаторов: с просвечиванием, тре­бующим применения дополнительных ламп накаливания (или люминесцентных) для подсветки, и с отражением, рабо­тающих только при наличии внешних источников света, что затрудняет их использование при недостаточном наружном освещении. Основным недостатком жидких кристаллов яв­ляется ограниченный диапазон рабочих температур (по­рядка 90° С) и относительно большое время переключения (20 ... 200 мс).

Для создания цифровых индикаторов используются и другие явления (химотронные, злектрохромные, электрофорезные и т.п.), однако широкого применения такие индикаторы пока не получили.

На выходе ЦЭВМ измерительная информация представля­ется на экране дисплея или регистрируется с помощью цифропечатающего устройства (ЦПУ).

В большинстве случаев в качестве ЦПУ ЦЭВМ и автома­тических цифровых измерительных приборов применяются электромеханические печатающие машинки. Основные све­дения о них приведены в табл. 53.

Скорость печати определяется способом ввода дискрет­ных сигналов. При последовательном (знак за знаком) вво­де знаки печатаются также последовательно, и скорость пе­чати характеризуете количеством знаков в секунду. При параллельном вводе сначала устанавливаются все знаки в строке, затем вся строка печатается целиком. Скорость печати при этом характеризуется количеством строк в се­кунду.

Таблица 53

Электроискровые ЦПУ отличаются значительно большим быстродействием. Вних на наборе электродов специаль­ным электронным коммутатором набирается любая цифра или знак, а затем на эту группу электродов, образующих нужную цифру, подается высокое напряжение. Возникают разряды, которые оставляют следы на быстродвижущейся под остриями электродов бумажной ленте. Конструкция таких ЦПУ отличается простотой и надежностью. В электросинтезирующих ЦПУ цифры не набираются, на электродах, а вырисовываются на быстродвижущейся ленте' благодаря 'сложной системе электронной коммутации искровых разря­дов. Скорость печати у таких ЦПУ достигает 2,4 тыс. знаков в секунду.

Регистрация измерительной информации в аналоговой форме производится с помощью светолучевых осциллогра­фов, самописцев, графопостроителей и т.п. устройств.

Записанная на бумажном носителе измерительная ин­формация первоначально представляет собой рабочий до­кумент. Для приобретения статуса официального докумен­таона должна пройтиметрологическую экспертизу.

При метрологической экспертизе устанавливается точ­ность, правильность и достоверность измерительной инфор­мации. Прошедшая метрологическую экспертизу измеритель­ная информация приобретает статус информационных данных и может включаться в отчеты или представляться для опубли­кования в печати.

Важные для народного хозяйства, данные о физических константах и свойствах материалов и веществ могут, пред­ставляться на аттестацию. Аттестация проводится в соответ­ствии с ГОСТ 8.344—79 "ГСИ. Порядок аттестации данных о физических константах и свойствах веществ и материалов".

Информационные данные, аттестованные и утвержденные ор­ганами Государственной службы стандартных справочных дан­ных (ГСССД), приобретают статус рекомендуемых справоч­ных данных (РСД). Они поступают в государственный авто­матизированный распределенный банк данных (БнД), публи­куются в изданиях ГСССД и рекомендуются для примене­ния во всех отраслях народного хозяйства.

Полученные в разных организациях (в том числе зару­бежными специалистами) информационные данные прохо­дятсогласование в органах ГСССД и после утверждения Госстандартом СССР приобретают статус стандартных спра­вочных данных (ССД) — достоверных данных о физических константах и свойствах важнейших веществ и материалов, обладающих наивысшей точностью. Они хранятся в государ­ственном автоматизированном распределенном БиД, публи­куются в официальном издании ГСССД "Таблицы стандарт­ных справочных данных" и являются обязательными для применения во всех отраслях народного хозяйства.

В Государственную службу стандартных справочных данных входят: Всесоюзный научно-исследовательский центр по материалам и веществам Госстандарта СССР (ВНИЦ MB);головные и базовые организации ГСССД, функции которых по разработке справочных данных возлагаются на научно-исследовательские организации министерств (ведомств), реа­лизующие и (или) проводящие исследования (испытания) материалов, в том числе организации АН СССР и Гособра­зования СССР; центры данных ГСССД, обеспечивающие сбор, хранение, оценку достоверности данных о физических константах и свойствах материалов и веществ, функции ко­торых могут быть возложены как на самостоятельные ор­ганизации, так и на подразделения головных и базовых организаций.

Государственный автоматизированный распределенный БнД — это объединение центрального и сети проблемно ори­ентированных БнД.

Центральный банк данных во ВНИЦ MB является автома­тизированной документально-фактографической системой ввода, обработки, накопления, актуализации, поиска и вы­дачи достоверных данных о важнейших материалах. Одной из главных его задач является формирование единой сис­темы достоверных данных о каждом из зарегистрирован­ных материалов на основе обработки и систематизации всей совокупности поступающей информации. Взаимодействие пользователей с центральным БнД осуществляется:

посредством выдачи документа (унифицированной справ­ки);

путем выдачи данных на магнитных лентах;

теледоступом с использованием видео терминальных средств;

в форме выдачи адресно-тематической справки, адресу­ющей пользователя к одному или нескольким проблем­но ориентированным банкам данных, в которых могут со­держаться сведения, отвечающие профилю запроса.

Проблемно ориентированные БнД в головных, базовых организациях и центрах данных ГСССД, в министерствах и ведомствах характеризуются закрепленной за ними но­менклатурой материалов и веществ, номенклатурой техни­ческих характеристик и свойств, диапазонов параметров и влияющих факторов, условиями применения, технологи­ческими данными о материалах. Взаимодействие пользова­телей с проблемно ориентированными БнД осуществляется по каналам связи, обеспечивающим современные вычисли­тельные комплексы, а также путем непосредственной передачи базы данных пользователю tea магнитных лентах.

Широкое использование ЦЭВМ в системе информационно­го обеспечения развивается по трем направлениям.

Во-первых, существенно повышается производитель­ность и качество оценки, сопоставления и согласования данных, полученных в разных организациях. Общепринятый подход к оценке этих данных, публикуемых в научной пе­чати, состоит в том, что сначала производят независимую оценку точности каждой совокупности данных, на основа­нии которой данным приписываются соответствующие веса. Затем производится совместная обработка данных с учетом их весовых коэффициентов, статистический анализ, после чего получают окончательную совокупность значений с указа­нием их точности. Ранее при расчетах вручную приходилось ограничиваться простейшими математическими выражениями. После внедрения вычислительной техники немыслимые преж­де расчеты стало возможным проводить по несколько раз в день. В результате появилась возможность пробовать раз­личные подходы к совместной обработке данных, добавлять или отбрасывать отдельные члены в совокупных уравне­ниях (см. гл. 10), оптимизировать вычислительные проце­дуры. В итоге окончательная совокупность стандартных спра­вочных данных становится намного более достоверной.

Важным преимуществом техники машинных расчетов является возможность интерполяции и экстраполяции в об­ластях, где отсутствуют экспериментальные данные. На ос­новании правильного статистического анализа можно пред­сказать точность интерполяции и экстраполяции. Это, с одной стороны, повышает ценность экспериментальных исследова­ний, в результате которых получаются исходные данные, а с другой стороны, позволяет правильно распределить ресурсы, выделяемые на их получение.

Во-вторых, упрощается, облегчается и ускоряется дове­дение данных до потребителей. Системы оперативного информационного обслуживания обеспечивают доступ к информационным файлам, хранящимся в удаленных ЦЭВМ. При этом отпадает необходимость в интерполяции: поль­зователь запрашивает нужные ему значения, и расчет их выполняется автоматически.

Особенно большие преимущества имеет распространение с помощью ЦЭВМ данных о сложных физических системах. Например, таблица свойств многокомпонентной смеси в зависимости от ее состава, температуры и давления по ме­ре усложнения смеси быстро становится необозримой, а гра­фики могут не обеспечивать достаточную точность. Возможным единственным решением в этом случае является исполь­зование внешней памяти машин и математическое представ­ление свойств как функции всех переменных.

В-третьих, быстрое развитие систем автоматического про­ектирования требует соответствующего информационного обеспечения. Во многих таких системах при проектировании используются данные о свойствах веществ или характерис­тиках исходных материалов и изделий, и, конечно, целесообразно привязать машинные программы конструирования к соответствующим банкам данных. Эту задачу призваны ре­шать проблемно ориентированные БнД.

Деятельность ГСССД организует и координирует ВНИЦ MB — главный научно-методический центр ГСССД, центр го­сударственной регистрации материалов и всесоюзный орган научно-технической информации по материалам. На него возложены:

научно-методическое руководство деятельностью орга­нов ГСССД, в том числе в области планирования, организа­ции и методического обеспечения разработки, оценки дос­товерности, аттестации и распространения данных о мате­риалах;

организация и осуществление государственной стандарти­зации и учета номенклатуры важнейших материалов;

информационное обеспечение достоверными данными о номенклатуре и свойствах материалов органов управле­ния и планирования, министерств (ведомств), объединений, предприятий и организаций независимо от их ведомственной принадлежности;

проведение научных исследований по использованию данных о материалах при создании новой техники, а также в целях обеспечения экономного и рационального приме­нения материалов в народном хозяйстве;

осуществление в установленном порядке международ­ного сотрудничества в области данных о материалах.

В 1966 г. Международный совет научных союзов учредил Комитет по численным данным для науки и техники (КОДАТА) с целью способствовать сбору, оценке и распро­странению данных на международной основе. КОДАТА решает множество задач — от выработки международных ре­комендуемых значений физических и химических ключевых величин — учреждения прототипа банка данных, содержа­щего информацию о гибридомах и моноклональных анти­телах. Одним из основных вопросов, которым в настоящее время занимается КОДАТА, является создание информацион­ных сетей на основе национальных банков данных. СССР активно участвует в работе этой международной организа­ции.