Каменская М.А.

Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), Россия

Метод оценки метрологической надежности при проектировании аналоговых блоков информационно – измерительных систем и реализация его в информационно – аналитической системе

Наиболее важной характеристикой качества аналоговых блоков (АБ), входящих в измерительный канал (ИК) информационно – измерительных систем (ИИС) является метрологическая надежность (МН).

Метрологическая надежность – свойство электронных измерительных средств (ЭИС), в том числе АБ ИИС, сохранять во времени метрологические характеристики в пределах установленных норм при заданных режимах эксплуатации, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Как показывают теоретические и практические исследования, наиболее значимыми для ИИС в метрологическом отношении являются АБ, входящие в состав измерительных каналов и выполняющие различные функции преобразования измеряемой величины. Преобладание для таких блоков в общем потоке отказов постепенных метрологических отказов, определяемых только при проведении метрологических поверок и вызванных постепенным изменением, а в конечном итоге выходом за допуск метрологических характеристик (МХ), выдвигают на первый план вопрос оценки метрологической надежности АБ и ИИС в целом.

Основными этапами метода оценки и прогнозирования метрологической надежности являются: построение математической модели (ММ) функционирования АБ. В общем случае ММ функционирования выражает зависимость выходной характеристики от значений входного сигнала, параметров комплектующих элементов и внешних воздействий

где сигнал на входе АБ, – вектор параметров комплектующих элементов, – вектор внешних факторов.

Данная модель строится на основе структурной и принципиальной схем. Для изучения изменения во времени метрологических свойств АБ необходимо иметь аналитические выражения для исследуемых МХ, поэтому ММ МХ АБ имеет вид:

т.е. будет зависеть только от входного воздействия и параметров комплектующих элементов блока, при условии постоянства внешних влияющих факторов.

Математическая модель процесса изменения во времени МХ АБ представляет собой совокупность аналитических зависимостей, полученных для функций изменения во времени ее математического ожидания и функций, характеризующих изменение во времени границ отклонения возможных значений МХ от ее математического ожидания.

Экстраполяция такой математической модели на область будущих значений времени эксплуатации АБ дает решение задачи прогнозирования состояния его МХ и показателей метрологической надежности.

Для оперативной реализации всех выше перечисленных этапов была создана информационно – аналитическая система (ИАС), реализующая этот математический аппарат и позволяющая произвести математическое моделирование МХ исследуемого АБ, при этом получить базу данных для описания процесса изменения во времени исследуемой метрологической характеристики. Информационно – аналитическая система предусматривает выбор оптимального математического описания процессов изменения метрологических свойств АБ с представлением соответствующих графических зависимостей, исходя из возможного вида математической модели: экспоненциальной модели; логарифмической модели; полиномиальной модели; авторегрессионной модели; рациональной модели.

На основе проведенного моделирования производится построение графических зависимостей изменения метрологической характеристики во времени. Информационно – аналитическая система позволяет также выработать рекомендации по метрологическому обслуживанию АБ, скорректировать величину межповерочных интервалов с учетом темпа изменения метрологической характеристики во времени, а также рассчитать необходимое число измерений при проведении поверок АБ ИИС на стадии их предстоящей эксплуатации.

Процесс прогнозирования, реализованный в информационно – аналитической системе, оценивается набором показателей качества решенной задачи прогнозирования основными из которых являются: эффективность прогнозирования и достоверность прогнозирования.

Критерий эффективности прогнозирования отражает степень изменения метрологических свойств АБ ИИС в результате проведения прогнозирования выбранным методом

Оценка показателя эффективности, проведенная с помощью информационно – аналитической системы, дает возможность определить степень соответствия полученных результатов прогноза реальным данным эксплуатации и целесообразность проведенного прогнозирования в целом.

Показатель достоверности прогнозирования МН определяется с помощью метода Демпстера- Шафера. Численная оценка достоверности прогнозирования позволяет определить степень достоверности для каждой используемой математической модели и выбрать математическую модель с наиболее высоким показателем достоверности прогнозирования.

Рассмотренные выше показатели качества проведенного прогнозирования МН рассчитываются в информационно – аналитической системе на заключительном этапе ее работы по решению поставленной задачи оценки МН. Следует отметить, что преимуществом разработанной ИАС перед традиционными методами расчета показателей метрологической надежности разрабатываемых ЭИС является оперативная реализация задачи оценки МН проектируемых АБ и возможность выбора оптимальных проектных решений для ИИС в целом.