Для получения новых технических решений перечислим основные количественные признаки имеющегося устройства:

время измерения;

изменение температуры;

габариты устройства;

количество составных частей;

погрешность измерения.

Попытаемся сократить количество составных частей.

Исходное устройство в своем составе имеет достаточно много элементов (резисторы, конденсаторы, усилители), параметры которых в реальных условиях гарантированы с некоторой погрешностью (10%,5%,1%). Для того, чтобы компенсировать отклонение параметров от идеальных, вводятся подстроечные элементы (потенциометры), которые необходимо выставлять каждый раз при измерениях. Однако, это позволяет получить на выходе легко измеряемый сигнал, пропорциональный оцениваемым величинам.

В ином случае, если сократить число элементов (как, предположительно, было до данного изобретения), на выходе будет наблюдаться сигнал с частотой задающего генератора, но отличающийся по фазе и амплитуде. Для измерения параметров сигнала и приведения к исследуемым величинам требуется вольтметр переменного тока и фазометр. Однако число элементов сокращается при этом до минимума (усилитель, катушка, два резистора), что позволяет сократить всю настройку до учета температуры среды и уменьшает конечный разброс параметров. Возникает противоречие. Решим задачу по АРИЗ.

1. Анализ задачи

1.1 Мини-задача

Есть генератор сигналов, усилитель со схемой сложения, четырехплечий мост с катушкой и двумя потенциометрами, измеритель сигналов с двумя фильтрами нижних частот и схемой сложения, а также еще двумя потенциометрами.

Техническое противоречие: когда элементов много, то точность ниже (требуется подстройка), но выходной сигнал снимать проще. Когда элементов мало, то точность выше (подстройка не требуется), но выходной сигнал имеет сложную форму.

1.2 Конфликтующая пара

Инструмент - схема преобразования сигнала. Рабочее тело - выходной сигнал.

1.3 Граф-схемы технических противоречий

1.4 Выбор главного производственного процесса.

Выберем в качестве такового ТП-2, так как при нем уменьшается количество факторов расплаты.

1.5 Усиление конфликта.

Из-за высших гармонических составляющих, которые ранее отфильтровывались ФНЧ, результаты измерений требуют значительной математической обработки.

1.6 Модель мини-задачи

Необходимо ввести Х-элемент, который бы позволял упростить измерения и расчеты, при этом не требующий введения дополнительных элементов, вносящих погрешность или требующих предварительной настройки.

2. Анализ ресурсов модели

2.1 Определение оперативной зоны.

В ОЗ будет входить система преобразования сигнала, система приема и обработки сигнала.

2.2 Определение оперативного времени.

В ОВ будет входить все время с момента включения установки до моменты окончания измерения.

ОВ = Т1+Т2

Где Т1 - время до конфликта (до начала измерения), Т2 - время в процессе измерения и после него (конфликт).

2.3 Определение вещественно-полевых ресурсов (ВПР)

Анализ ВПР приведен в виде таблицы (таб.3.1)

Таблица 3.1

Проанализируем таблицу. Дешевые ВПР На систему влияния никак не окажут, или окажут вредное воздействие - вода может привести к коротким замыканиям, а также изменит параметры образца. Песок может изменить параметры образца. Воздух и пустота никаким образом влияния не оказывают.

Из надсистемных можно рассмотреть выбор в качестве элементов усилителя и измерителя 20 элементов СС максимально доступной точностью и минимальным температурным дрейфом. Это, возможно, избавило бы от лишних перенастроек (однократная настройка у изготовителя), однако такие компоненты дороже обычных, и их влияние на результат может быть несущественным.

Можно было бы минимизировать моменты инерции катушки и зонда, чтобы они не оказывали влияния на измерения, однако это не соответствует цели минимизации числа компонентов, а повышение точности может быть незначительным.

3. Формирование идеального конечного результата и физического противоречия.

3.1 ИКР.

Необходимо ввести такой Х-элемент в ОВ в ОЗ, чтобы число элементов с варьирующимися параметрами было минимально, но при этом точность и удобство измерений было максимальным.

3.2 Усиленный ИКР.

В систему нельзя вводить новые вещества или поля, Х-элемент должен быть реализован за счет существующих ВПР.

3.3 Физическое противоречие на макроуровне

Х-элемент уже должен быть в системе, при этом новое вносить в систему нельзя.

3.4 Физическое противоречие на микроуровне

Требуется произведение манипуляции с электрическими полями таким образом, чтобы параметры элементов не оказывали влияния на эти поля.

Отсюда можно сделать следующий вывод: требуется использовать информационные поля, то есть производить все манипуляции с измеряемыми величинами не на внешних схемах, а в цифровом виде. Х-элемент - измерительное и расчетное оборудование.

НТР5: Использовать в качестве измерительного и регистрационного оборудования ЭВМ, в котором буду реализовываться алгоритмы цифровой обработки сигналов. Практически все элементы преобразования, за исключением катушки, можно реализовать в цифровом виде, что обеспечивает 100% повторяемость системы. Таким образом, будет устранена погрешность, а точность определения параметров будет определяться исключительно точностью измерения.

3.5 Закон повышения динамичности и управляемости ТС

Закон заключается в том, что в процессе развития ТС повышается способность ее к целенаправленным изменениям, обеспечивающим наилучшее приспособление к изменяющейся внешней среде. Система как бы "встраивается" в окружающую среду с наименьшими затратами, "притирается" к ней.

Главное проявление этого закона и разрешение противоречий, возникающих при встраивании развивающейся системы в среду ее функционирования, заключается в превращении неизменных прежде параметра, свойства, характеристики, части системы в изменяющиеся согласно нашим требованиям. Тем самым повышается и идеальность системы.

В этом плане было бы эффективно использовать объединение НТР2 и НТР3, используя при этом в качестве контроллера ЭВМ.

НТР6: использование для управления всей системой с помощью ЭВМ. Запуск тестирования, время тестирования, расчет параметров может быть автоматизирован. Получается произведение теста по нажатия одной кнопки.

НТР7: для всего измерения можно использовать лишь один период сигнала генератора, что сократит время единичного теста.

3.6 Закон развертывания и свертывания ТС

Согласно закону развертывания/свертывания повышение идеальности ТС осуществляется путем развертывания - увеличения количества и качества выполняемых функций, приносящих пользу, но за счет увеличения сложности системы, и свертывания - упрощения системы при сохранении или увеличении количества и качества полезных функций. На всех этапах развития эти два процесса могут чередоваться, перекрываться, но обычно на начальных этапах преобладают процессы развертывания, а на более поздних - свертывания.

В НТР 1, 2, 3 производилось развертывание системы - добавление ЭВМ и дополнительных информационных и энергетических связей, что усложняло и удорожало систему, однако упрощало эксплуатацию и увеличивало быстродействие всей системы в целом.

В НТР 4 производится свертывание: упрощение настройки, уменьшение количества изменяемых элементов (потенциометров).

В НТР 5,6 производится принципиальная смена принципа работы устройства, с одновременным уменьшением числа используемых компонентов.

Дальнейшие пути развития - развертывание в сторону автоматизированной лабораторной установки по поиску жидкости с подходящими физическими свойствами. Свертывание может проводиться по пути избавления от большого количества аналоговых электрических элементов с разбросом параметров (конденсаторы, резисторы, электронные ключи, усилители) и переходу к математической обработке в ЭВМ оцифрованного сигнала.

НТР8: оставить в системе управляемый генератор, мост с катушкой, и АЦП, подключенный к ЭВМ. Генератор будет управляться от ЭВМ, и задача будет сводиться к прохождению генератором некоторого числа частот и последующей математической обработки реакции системы "мост с катушкой - зонд в жидкости" на задающую частоту (в памяти ЭВМ могут заранее храниться данные для случаев, когда зонд вообще не движется, зонд движется абсолютно свободно и зонд движется в некоторой жидкости).

НТР9: так как используется ЭВМ и алгоритмы математической обработки сигналов, то можно изменить схему следующим образом: генератор подключить через параллельный резонансный LC-контур к входу АЦП. Так как импеданс катушки прямопропорционален вязкости и модулю упругости, то резонансная частота такого контура будет также пропорционально меняться. Для нахождения искомых величин потребуется прохождение некоторого диапазона частот и нахождение резонансной частоты, по которой при известной емкости и индуктивности можно вычислить интересующие величины.

3.7 Закон перехода ТС на микроуровень и использования полей

Переход на микроуровень - это основной путь свертывания ТС, вообще развитие техники в целом идет в направлении все большего использования глубинных уровней строения материи.

В рассматриваемом изобретении переход на микроуровень произведен не был, так как отличия от исходных данных (предыдущий вариант системы) заключаются лишь в изменении выходного сигнала (упрощение измерения) и повышение точностных характеристик самой установки. Переход на микроуровень можно осуществить путем, предложенным в НТР5 - математическая обработка сигнала вместо использования аналоговых элементов. Таким образом, будет произведено превращение электрического поля в информационное с использованием в качестве носителя и обработчика данных полупроводниковых приборов (магнитные домены на жестком диске в качестве хранителя данных, интегральные схемы на транзисторах - вычислитель).

4. Вепольный анализ.