Глава.2. Основные обозначения

В данном разделе представлены основные обозначения вепольного анализа.

Связь между элементами обозначается линией.

На схеме (2.1) изображены вещества В₁, В₂ связанные между собой каким-то образом (не всегда известным), а на схеме (2.2) показана связь П₁и В₁.

Действие (воздействие) обозначается стрелкой.

Воздействие инструмента В₁ на изделие В₂ может быть изображено схемой (2.3). Стрелка указывает направление действия В₁ на В₂

Схема (2.4) показывает действие поля П₁ на вещество В₁.

Может быть и обратное действие В₂ на В_1, показано на схеме (2.5).

или В₁ на П₁ – схема (2.6).

Взаимодействиеобозначается двухсторонней стрелкой.

Схема (2.8) описывает взаимодействие поля и вещества П₁ и В₁.

Действия могут быть неэффективными или недостаточными. Они обозначаются прерывистой линией, как показано на схеме (2.9) и (2.10).

Избыточные действия обозначаются двумя параллельными линями (стрелками). Эти действия показаны на схеме (2.11) и (2.12).

Вредные, нежелательные действия обозначаются волнистой линией. Эти действия показаны на схеме (2.13) и (2.14).

Знак перехода от исходной вепольной модели к необходимой обозначается двойной стрелкой, например как показано в (2.15).

Глава 3. Виды вепольных систем

3.1. Вепольные модели для полей

Можно представить три вида вепольных моделей:

– генерирование поля;

– преобразование поля;

– видоизменения поля.

Генерирование поля

Генерирование поля веществом представлено схемой (3.1). При помощи этой схемы могут быть описаны явления, происходящие, например, в: магните, радиоактивном веществе, радио, электрете (электрический аналог постоянного магнита), электрической батарее, веществе с запахом и т. п.

Вместо цифр у веществ и полей могут быть буквенные обозначения или смешанные, например, магнит в схеме (3.1) можно обозначить, как В_маг, П_маг или В₁, П_маг (В_маг, П₁); радиоактивное вещество – В_{р. а.}, П_{р. а}; радио – В_рад, П_рад; электрет – В_эл, П_эл и т. д.

Приведем пример из области информационных систем.

Пример 3.1. Корректирующие коды

При записи, воспроизведении или передаче данных возникают ошибки под влиянием помех. Для обнаружения и исправления ошибок используют корректирующие коды.

При записи или передаче в полезные данные добавляют избыточную информацию (контрольное число), а при чтении или приеме контрольное число используют для обнаружения и исправления ошибок. При проверке определяют контрольную сумму. Она может использоваться, например, для детектирования компьютерных вирусов.

Необходимо проверить данные В₁ – левая часть схемы (3.2). При записи добавляют контрольное число В₂. По контрольной сумме П₁ определяют правильность данных В₁ (нет ли ошибки или вируса).

Где:

В₁ —данные 1;

В₂ – данные 2 (избыточная информация – контрольное число);

П₁ – контрольная сумма.

Преобразование поля

Преобразование поля веществом представлено на схеме (3.3). Вещество преобразует один вид поля (энергии или информации) П₁ в другой П₂ вид. Это два качественно разных поля.

Примечание. Принято входное поле (в данном случае П₁) располагать над веществом В, а выходное П₂ ниже вещества В.

Преобразование энергии могут осуществлять, например: генератор, двигатель, электродвигатель, измерительный элемент (датчик) и т. п.

Пример 3.2. Генератор

Генератор электрического тока В преобразует вращательное полеП₁ (полемеханических сил), которое может быть изображено и как П_мех, в электрическое поле П₂ или П_эл. Веполь будет иметь вид (3.4).

Пример 3.3. Электродвигатель

У электродвигателя В – обратное преобразование – электрическое поле П_эл превращается в механическое П_мех поле вращения. Веполь будет иметь вид (3.5).

Преобразование информации.

Пример 3.4. Телефон

В телефоне – звуковая информация (акустическое поле П_ак) преобразуется в электрическую П_эл, и обратное преобразование – акустического поля П_акв электрическую П_эл, эти преобразования осуществляют микрофон и наушник, соответственно; радио преобразует электромагнитные волны (электромагнитное поле П_{эл. м}.) в звуковые (акустическое поле П_ак).

Видоизменение поля

Видоизменение поля веществом представлено схемой (3.6). Вещество изменяет характеристики одного и того же поля (энергии или информации) из П₁ в П₂. Вид поля качественно не меняется, поэтому поля можно изобразить как П^», П^»», тогда схему веполя (3.3) можно представить в виде (3.6).

Видоизменение энергии могут осуществлять, например, трансформатор, транзистор, усилитель, выпрямитель, преобразователь частоты, аналого-цифровой преобразователь (преобразователь аналог-код), призма, линза и т. п.

Видоизменение информации могут осуществлять, например, преобразователи кодов, преобразователь информации (например, десятичной в двоичную и обратно), компьютер и т. п.

3.2. Виды вепольных систем для измерения и обнаружения

Существует класс задач, в которых необходимо измерять какие-то параметры систем или обнаруживать какие-то объекты или их части. Условно такие системы будем называть – измерительными. Модели таких систем могут иметь вепольные структуры, рассмотренные ранее (3.2), (3.3) или (3.6).

Для измерения параметров вещества В₁ или его обнаружения к нему присоединяют вещество В₂, которое может:

– генерировать поле П₁ (3.7);

– преобразовывать поле П₁ в поле П₂ (3.9);

– видоизменять поле П^» в поле П^»» (3.10).

Генерирование поля

Необходимо измерить или обнаружить объект, который обозначим как вещество В₁.Для этого к нему присоединяют вещество В₂, которое генерирует поле П₁.

В вепольном виде генерирование поля описано схемой (3.7). Слева от двойной стрелки показано, что в системе нужно обнаружить или измерить (вещество В₁), а справа – вепольная модель генерирования поля, где В₂ – вещество-генератор, которые мы рассмотрели выше.

По выделяемому полю можно легко обнаружить В₁ или измерить его характеристики.

Пример 3.5. Обнаружение затонувшего объекта

Для обозначения места затонувшего объекта В₁ к нему прикрепляют радиобуй В₂, дающий сигнал П_рад (3.8), который является радиомаяком для спасательных средств (рис. 3.1).

Где:

В₁ – затонувший объект;

В₂ – радиобуй;

П_рад – радиосигнал (радиополе – электромагнитное поле).

Рис. 5.1. Обнаружение затонувшего объекта

Преобразование поля

Необходимо обнаружить вещество В₁. Для этого к нему присоединяют вещество В₂, на которое воздействуют полем П₁и вещество В₂ преобразует его в поле П₂. Преобразование поля описано веполем (3.9).

Примечание. Следует отметить, что если объект измерения В₁ отзывчив на имеющееся в нашем распоряжении поле П₁ и может адекватно реагировать на это поле (генерировать ответное поле П₂), то нет необходимости добавлять другое вещество В₂.

Пример 3.6. Измерение температуры

Градусник можно представить веполем (3.9).

В₁ – объект, температуру которого нужно измерить;

В₂ – градусник, «переводящий» температуру (тепловое поле П₁ или П_тем) в некоторый сигнал (поле П₂), например, электрический сигнал П_эл или оптический П_опт – столб ртути, на который мы смотрим.

Схема (3.9) в данном примере может быть уточнена. Объект, температуру которого нужно измерить В_1, генерирует поле (тепловое поле) П_1, воздействующее на вещество В₂ (градусник), показывающий температуру П_2. (3.10)

Схемой (3.9) можно представить любой датчик (сенсор), например, для измерения: давления, скорости, перемещения, положения, натяжения, расхода, влажности, уровня, радиоактивности и т. д.

Видоизменение поля

Необходимо обнаружить вещество В₁. Для этого к нему присоединяют вещество В₂, на которое воздействуют полем П^», и вещество В₂ видоизменяет его в поле П^»». Видоизменение поля описано веполем (3.11). Поля П^» и П^»» одной и той же природы, они, например, могут отличаться количественно, но могут быть и друге характеристики, например полярность, фаза, цвет и т. д.

Веполем (3.11) можно представить, например, любые электрические измерения: напряжения, тока, мощности, частоты; измеритель информации и т. д.

Пример 3.7. Обнаружение пешехода

Для того чтобы в темное время суток обнаружить и не сбить пешехода (В₁), к его одежде, обуви или сумке прикрепляют светоотражающий материал (В₂). Свет фар (П^») автомобиля отражается от этого материала (В₂), и шофер видит отраженный свет (П^»»). Это можно представить веполем (3.12).

Где:

В₁ – пешеход;

В₂ – светоотражающий материал;

П^«_опт – свет фар (оптическое поле);

П^««_опт – отраженный свет (оптическое поле).

Пример 3.8. Бактерии определяют химикат

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали устройство, определяющее конкретный химикат.

В качестве индикатора использовали конкретные бактерии, которые при прикосновении с определенным химическим веществом светятся⁴.

В качестве живого материала использовали конкретные бактерии, расположенные в воде, находящейся в гидрогеле.

Поддержание жизнедеятельности бактерий осуществляется с помощью жидкой питательной среды, расположенной в гидрогеле⁵.

Устройство выполнено в виде перчаток или бандажа (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Устройство, определяющее химикат