Выше отмечалось, что рукотворные приборы по праву могут считаться усилителями наших органов чувств. А детище XX в. — электронные вы­числительные машины (ЭВМ или компьютеры) — называют усилителями человеческого интеллекта.

Начиная со второй половины 70-х гг., на каждой из научно-технических выставок, демонстрировавших современные средства измерений, специалисты уделяли серьезное внимание, пожалуй, только „интеллектуальным приборам со встроенными микропроцессорами или микроЭВМ. Ведь за этими приборами — будущее.

Микропроцессор — это миниатюрная ЭВМ с малой памятью и без устройств для внешней машинной обработки информации. Над этим крупнейшим достижением современной электроники трудились физики, химики, технологи, специалисты по вычислительной технике. Достижения лазерной технологии, ионной имплантации, фотолитографии и многих других отраслей техники позволили освоить серийный выпуск микропроцессоров в 70-х гг. Очень быстро, буквально в течение нескольких лет микропроцессоры стали центральной фигурой приборостроения.

Микропроцессоры и микроЭВМ встраиваются в самые сложные и точные средства измерительной техники, чтобы осуществлять черновую предварительную обработку информации, улучшать метрологические характеристики, упрощать системные связи и обслуживание прибора.

В многодиапазонных цифровых вольтметрах, например, микропроцессор обеспечивает следующие автоматические операции: выбор диапазона измерений, коррекцию нуля, калибровку измерительных цепей, самопроверку, сравнение с уставками, введение поправок, статистическую обработку результатов измерений.

Удобными и „разумными стали приборы, освободившие мозг исследователя для того, чтобы человек думал о главном: выбирал стратегию дальнейшего эксперимента. Конечно, „разум прибора заключен в алгоритме и программе работы микропроцессора, зашитой в его памяти. Алгоритм и программа составляются человеком. Но программное обеспечение разрабатывается один раз, а потом оно служит в тысячах разных экспериментов.

Вот электронный прибор, известный с начала века, — осциллограф. В него тоже встроили микропроцессор. Но масса и размеры осциллографа не увеличились, а уменьшились почти на треть за счет перехода на большие и сверхбольшие интегральные схемы, в 2 раза повысилась точность, в 3 раза возросло быстродействие, в 1,5 раза увеличилась надежность прибора. Диапазон измерений выбирается автоматически. По желанию исследователя микропроцессор выполняет множество сервисных операций. Например, он может применить „лупу времени : выделить часть рассматриваемого на экране осциллографа сигнала, увеличить ее временной масштаб и показать во весь экран. Может поменять фазу сигнала, т.е. повернуть его на 180°. В его возможностях даже сложная математическая обработка сигнала.

А если многоканальный осциллограф, регистрирующий несколько процессов одновременно, не справляется с поставленным заданием? Тогда выход осциллографа подключается ко входу ЭВМ с помощью канала связи. А возможность „разговора с ЭВМ на одном языке обеспечит микропроцессор. В получившейся системе расчетами будут заняты уже два средства вычислительной техники. Но ЭВМ возьмет на себя роль руководителя, а микропроцессор — роль техника-исполнителя.

Вдумчивый читатель обязательно спросит: как же осциллограф — аналоговый прибор — работает с цифровым микропроцессором и с ЭВМ? Действительно, на зеленоватом экране электронно-лучевой трубки осциллографа мы по-прежнему видим непрерывное, т.е. аналоговое представление исследуемого процесса как функции времени. Но, кроме аналогового выхода, в современных осциллографах предусмотрен и цифровой отсчет. Прямо на трубке высвечивается в цифрах результат измерения. Кроме того, на разъем, с помощью которого осциллограф подключается к ЭВМ или к цифропечатающему устройству, посылается код. Измеряемая физическая величина в цифровых системах представляется не плавно меняющимся током-аналогом, а серией определенным образом чередующихся стандартных импульсов. Даже осциллограф стал цифровым средством измерений.

Правда, инженерная психология предостерегает нас от чрезмерного ув­лечения цифровым отсчетом. Человеку часто удобнее пользоваться стрелоч­ным прибором, например, при регулировании параметров. И все же: цифры объявили „войну стрелкам, и стрелочное приборостроение сдает позиции. Конечно, постепенно. Но вполне реальные прогнозы говорят о том, что в 2000 г. парк средств измерений примерно на 80 % будет состоять из цифровых приборов. Цифровые методы измерения, обработки и накопления информации уже и сейчас заняли достойное место в измерительной технике.

Таким образом, препятствий для дальнейшего вторжения микропроцессоров в стан приборостроителей нет. В XI пятилетке микропроцессоры внедрились более чем в 200 тыс. различных типов приборов и устройств, в XII пятилетке это число увеличится почти в 10 раз.

Применение средств вычислительной техники резко, скачком увеличило эффективность труда измерителей. Вот, например, как обстоит сейчас дело с чрезвычайно трудоемким процессом контроля размеров деталей сложных форм, скажем, лопаток турбин. Для этой цели созданы совершенно новые измерительные устройства со встроенными микропроцессорами, называемые координатными измерительными машинами (КИМ). В них измеряется перемещение щупа относительно детали или детали относительно щупа по трем координатным осям. В одной из моделей число точек по каждой оси равно 42, а погрешность измерения не превышает 2 мкм, т.е. двух тысячных долей миллиметра

По сигналу микропроцессора КИМ обрабатывающий инструмент заменяется измерительной головкой. Специальная программа, записанная в числовой форме, диктует станку, в каком месте нужно установить измерительную головку. Фиксируются только отклонения от заданных программой размеров. Радиоустройство передает отклонения в микропроцессорный блок обработки информации. С выхода этого блока в систему управ-

ления станком идут корректирующие сигналы, устраняющие отклонения размеров от заданных. Кроме того, как только появляется необходимость коррекции, информация поступает и на печатающее устройство. Оператор станка получает подробный протокол измерений, из которого, естественно, исключены субъективные погрешности от усталости или плохой профессиональной подготовленности этого самого оператора. Таких погрешностей теперь нет, поскольку КИМ сама, без человека, прекрасно справ­ляется с измерениями.

Время на измерения в КИМ в среднем сокращается в 10—15 раз. Пространственные задачи измерений решаются, можно сказать, изящно и с большой достоверностью результатов. Обработка данных измерений производится автоматически. Обслуживать КИМ достаточно просто. Требования к подготовленности оператора по сравнению с тем случаем, когда измерения приходится делать ему, снижаются. Если нужно, количество контролируемых точек или сечений может быть легко увеличено.

Наверное, такое перечисление преимуществ КИМ все же не даст возможности прочувствовать те революционные изменения, которые произошли в метрологическом обеспечении линейных измерений. Но ведь мы даже не упомянули о возможности использования копирующих зондов с бесконтактными способами передачи информации и с использованием в качестве рабочего инструмента лучей лазера.

Вот лазерный профилограф. Он состоит из лазера, интерферометра Майкельсона и электронного блока обработки сигналов. Профилограмма регистрируется самопишущим прибором и печатается в цифровом коде. Профилограф повысил производительность контроля качества изделий сложной формы в 10—15 раз. Но главное в этом приборе — его фантастическая чувствительность: 10~1Ом. Лазерный профилограф чувствует изменение длины на десятитысячную долю микрометра!

. . .Все, кто имел дело с высокочувствительными и высокоточными измерениями, знают, что основным врагом таких измерений являются электромагнитные помехи. Эффективно подавлять их и повышать отношение полезного сигнала к шуму пока позволяет только лишь сравнительно но: вое достижение науки и техники — волоконная оптика. О ней наша следующая беседа.