Интеллектуальный интерфейс для измерителя параметров цепей переменного тока

П.В. Сапронов,
инженер-электроник,
г. Москва

1.    Введение

 

При создании приборов и измерительных систем разработчики должны учесть все возможные ситуации, которые могут возникнуть при работе с прибором. Для сложных и многофункциональных приборов это довольно объемная и длительная работа. К тому же очень трудно предусмотреть реакцию измерительной системы на все случаи взаимодействия человека с прибором в решении конкретной измерительной задачи. Указанная проблема может быть решена с помощью создания интеллектуального интерфейса (ИнИ), наличие которого является признаком интеллектуального средства измерения [9].

Интеллектуальный интерфейс – это механизм самообучения системы при взаимодействии с пользователем и внешней средой для решения измерительной задачи. Механизм, который способен контролировать состояние системы при различных действиях пользователя, включая неадекватные действия и возможные аварийные ситуации. Наличие такого интерфейса позволит сократить время на разработку интерфейса человек-прибор, а значит и время на разработку прибора в целом, на адаптацию к прибору и упростить взаимодействие с измерительной системой. Реализованный в приборе такой интерфейс поможет оператору провести процесс измерения в целом, указать последовательность действий: задания режимов, алгоритмов и обработки результатов измерения, предотвратить некорректные действия оператора, подсказать в случае неисправности прибора оператору причину и место сбоя, рекомендовать некоторую последовательность действий. Интерфейс должен выявить уровень подготовки и знаний пользователя в данной измерительной задаче и помочь в случае необходимости [7].

 

2.    Определение интеллектуального интерфейса

 

Напомним принятые в информационных технологиях определения интерфейса пользователя.

Интерфейс пользователя (User interface) - элементы и компоненты программы, которые способны оказывать влияние на взаимодействие пользователя с программным обеспечением. В том числе:

-      средства отображения информации, отображаемая информация, форматы и коды;

-      командные режимы, язык пользователь-интерфейс;

-      устройства и технологии ввода данных;

-      диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером;

-      обратная связь с пользователем;

-      поддержка принятия решений в конкретной предметной области;

-      порядок использования программы и документация на нее [1].

Графический интерфейс пользователя (Graphical user interface) - графическая среда организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой. Графический интерфейс позволяет управлять поведением вычислительной системы через визуальные элементы управления: окна, списки, кнопки, гиперссылки и т.д. [1]

Несмотря на множество работ, например [2,4-6], посвященных вопросу организации ИнИ, сегодня отсутствует достаточно ясное определение данного понятия.

Интеллектуальный интерфейс (Intelligent interface) - интерфейс пользователя, дополнительно снабженный программным обеспечением, способным выполнять элементарные функции анализа, синтеза, сравнения, обобщения, накопления, обучения всех составных элементов, участвующих в процессе взаимодействия с пользователем, делая обычный интерфейс пользователя разумным, т.е. интеллектуальным.

В ИнИ должны быть реализованы следующие функции:

-      анализ выполняемых действий пользователя. Для этого реализуются функции распознавания действий человека и текущего состояния информационной системы, определение класса пользователя и в зависимости от этого проведения непрерывного его обучения в соответствии со степенью образования [5];

-      оптимизация выполнения технических операций. Формируется четкая последовательность действий интерфейса: опрос пользователя – формирование (при необходимости возврат к диалогу с пользователем) и выполнение команд для аппаратной части прибора – вывод результатов измерений;

-      синтез формируемых сообщений для пользователя. Реализация механизма формирования различных диалоговых форм и сообщений;

-      обоснование алгоритма измерения или результата измерений при выполнении нестандартной задачи или аварийном режиме работы.

В структуре ИнИ (рис. 1) должна быть реализована база данных (базовых понятий, определений, единиц измерений, типовых словосочетаний, фраз, сообщений, ситуаций, возникающих в процессе измерения, задач измерения и пр.) и правил (формирования сообщений пользователя, пополнения базы данных и пр.).

рис. 1  Структура прибора с интеллектуальным интерфейсом

3.    Характеристика задачи измерения параметров цепей переменного тока

 

Любая задача измерения параметров цепей переменного тока (ПЦПТ) в конкретной области применения характеризуется набором определенных требований к средствам измерения ПЦПТ. Поэтому при построении ИнИ необходимо учитывать характерные признаки задачи измерения ПЦПТ [7, 8], представленные в таблице, и примеры приведенных ниже рекомендаций.

Рекомендация 1. При измерении высокоимпедансных объектов особенно в условиях помех необходимо экранировать объект измерения, соединив экран с клеммой «земля» прибора, расположенной на его корпусе. При этом расстояние от объекта измерения до стенок экрана должно быть не менее 4 см.

Рекомендация 2. Компенсация входной емкости производится в режиме измерения при параллельной схеме замещения объекта на частоте 100кГц в отсутствие объекта при разомкнутых входных зажимах, а индуктивности подводящих проводов – при последовательной схеме замещения объекта  и  «замкнутых на коротко» входных зажимах. (Если данная функция реализована в приборе).

Рекомендация 3. Увеличение времени измерения позволяет повысить подавление помех и точность  измерения.

Рекомендация 4. Для достижения более низкой погрешности измерения, малые значения индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует измерять на более высоких частотах, а большие значения индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует измерять на более низких частотах.

Рекомендация 5. При больших значениях индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует выбрать параллельную схему замещения. При малых значениях индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует выбирать последовательную схему замещения.

Таблица

Характеристика задач измерения ПЦПТ

          Задачи измерения ПЦПТ

 


Параметры задачи

измерения ПЦПТ

 

Задача 1

 

…

 

Задача N

Диапазоны измеряемых величин:

сопротивление

проводимость

емкость

индуктивность и др.

 

Rmin1…Rmax1

 

…

 

RminN…RmaxN

Ymin1…Ymax1

…

YminN…YmaxN

Cmin1…Cmax1

…

CminN…CmaxN

Lmin1…Lmax1

…

LminN…LmaxN

Диапазон рабочих частот

fmin1…fmax1

…

fminN…fmaxN

Рабочая частота

f01

…

f0N

Напряжение на измеряемом объекте

Uo1

…

UoN

Максимальное постоянное напряжение смещения на объекте измерения

 

Uo1

 

…

 

UoN

Схема замещения

n-элементная

…

n-элементная

Диапазоны  измеряемых величин в зависимости от частоты (макс. разреш. способность – макс. значение измеряемой величины):

R,¦Z¦,ReZ,ImZ, при f< X Гц

G,¦Y¦,ReY,ImY, при f< X Гц

 

 

 

Amin1…Amax1

 

 

 

…

 

 

 

AminN…AmaxN

Bmin1…Bmax1

…

BminN…BmaxN

Время измерения

t1

…

tN

Относительная погрешность измерения

D1

…

DN

 

4.    Заключение

        

Достаточно просто ИнИ может быть реализован на основе виртуальных приборов [3], в которых по определению управление и взаимодействие с пользователем осуществляется с помощью программного обеспечения, работающего на персональном компьютере. Программное обеспечение современных виртуальных приборов должно содержать следующие необходимые элементы:

-      наличие детализированной справочной системы с примерами практического применения;

-      различные типы режимов визуализации (графический – различные виды графиков или диаграмм, текстовый – форматы представления, включая аналитический вывод);

-      возможность экспорта данных в различные форматы для последующей обработки измерительной информации. Наиболее распространенными являются DBF, MDB, XLS, ASCII;

-      возможность сохранения и последующего использования протоколов измерений (начальных параметров настроек прибора);

-      самонастройка («plug-and-play»);

-      самодиагностика (готовность к работе, измерению, оценка точности).

Литература

1.     http://www.glossary.ru/

2.     Maybury M. Intelligent User Interfaces: An Introduction // www.mitre.org/work/tech_papers/tech_papers_00/intelligent_user/introduction.pdf

3.     Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Виртуальные измерители-анализаторы параметров импеданса // Датчики и системы. 2004. №5.

4.     Блувштейн Д. В. К вопросу о создании интеллектуального интерфейса с организацией обработки запроса на естественном языке // Материалы международной конференции «Диалог'2004». http://www.dialog-21.ru/

5.     Лебедев В.Г., Чесноков А.М. Основы построения интеллектуальных интерфейсов пользователя с помощью инструментальных сред нового поколения. // Материалы международной конференции и выставки CAD/CAM/PDM-2001, М., 2001, стр.22-24.

6.     Поспелов Д.А. Интеллектуальные интерфейсы для ЭВМ новых поколений //Электронная вычислительная техника. Сборник статей. Вып.3, М.: Радио и связь, 1989, с.4-20

7.     Сапронов П.В. Интеллектуализация средств измерения параметров цепей переменного тока // Труды международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии». – Пенза: Пензенская государственная технологическая академия, 2004 (осенняя сессия).

8.     Сапронов П.В. Средства измерения параметров цепей переменного тока (приборы) // Электронные компоненты. 2005. №5. – С. 138-141.

9.     Сапронов П.В. Эволюция определения интеллектуальных средств измерения // Автоматизация в промышленности. 2005. №4. – С. 67-68.