Программирование микроконтроллера. Алгоритм
жүктеу/скачать 463.75 Kb.
|
| 1.1Анализ объекта измерения
Расстояние, в широком смысле, степень удалённости объектов друг от друга. Расстояние является фундаментальным понятием геометрии. Термин часто используется в других науках и дисциплинах: астрономия, география, геодезия, навигация и др. В природе живые существа способны воспринимать расстояние до объекта при помощи органов чувств. Так, к примеру, большинство млекопитающих определяют расстояние до потенциального хищника или жертвы, до опасного обрыва или до сочной травы визуально, то есть при помощи глаз.Глаза млекопитающих обладают бинокулярным зрением. Особенность такого зрения в том, что оно позволяет одновременно чётко видеть изображение предмета обоими глазами; в этом случае видно одно изображение предмета, на которое обращено внимание, то есть это зрение двумя глазами, с подсознательным соединением в зрительном анализаторе (коре головного мозга) изображений полученных каждым глазом в единый образ. Бинокулярное зрение также называют стереоскопическим. Создаёт объёмность изображения. Объёмность изображения достигается за счёт расстояния между глазами, т е различных точек зрения. Благодаря разнице в получаемых изображениях от каждого глаза, мы имеем возможность определять «на глаз» расстояние до предмета. Однако, многие виды лишены подобной привелегии. Так, к примеру, многие птицы (все птицы, кроме сов, если быть точнее) обладают монокулярным зрением.Однако, у монокулярного зрения есть и свои плюсы. Как правило, монокулярное зрение литерально (глаза находятся сбоку головы), что даёт обзор более чем на 300 градусов, а кроме этого, зрение у птиц в 4-5 раз выше, чем у людей. Насекомые имеют фасеточное зрение. Фасе́точные глаза́ (фр. facette—«грань») — основной парный орган зрения насекомых, ракообразных и некоторых других членистоногих. Характерно цветовое зрение с восприятием ультрафиолетовых лучей и направления поляризации линейно-поляризованного света, при плохом различении мелких деталей, но хорошей способностью различать мелькания (мигания) света с частотой вплоть до 250—300 Гц (для человека предельная частота около 50 Гц). Подобное зрение позволяет быстро различить мерцание в ближайших кустах, однако об определении расстояния до них не может быть и речи. Однако, такой способ получения информации о расстоянии для млекопитающих не единственный. Так, к примеру, летучие мыши используют звуковой сонар для определения положения жертвы даже в абсолютной темноте. Они посылают сигнал в ультразвуковом диапазоне и анализируют ответное эхо. Сегодня в системе СИ расстояние принято измерять в метрах, однако несколько веков назад никакой централизации единиц измерения не было, и каждое государство, страна или империя, мерили в своих единицах измерения. Это сильно усложняло взаимоинтеграцию, поскольку было сравнительно тяжело перевести версту в ярды, аршин в дюймы, а сотку в футы. Кроме того, не было и специальных приборов, дальномеров, для измерения, к примеру, земельных участков. Была даже профессия – землемер. За определённую плату он измерял участки своими шагами. Кроме того, было очень распространено измерение расстояния во времени, затраченном на путь. Так, например, была очень распространена фраза в духе «да тут не далеко, дня 2 ходу». Сейчас люди уже научились измерять расстояния даже от далёких звёзд. Делается это при помощи специальных приборов, телескопов. Телеско́п (от др.-греч.τῆλε [tele] — далеко + σκοπέω [skopeo] — смотрю) — прибор, с помощью которого можно наблюдать отдаленные объекты путём сбора электромагнитного излучения (например, видимого света). Существуют телескопы для всех диапазонов электромагнитного спектра: оптические телескопы, радиотелескопы, рентгеновские телескопы, гамма-телескопы. Кроме того, детекторы нейтрино часто называют нейтринными телескопами. Также, телескопами могут называть детекторы гравитационных волн. Оптические телескопические системы используют в астрономии (для наблюдения за небесными светилами), в оптике для различных вспомогательных целей: например, для изменения расходимости лазерного излучения. Также, телескоп может использоваться в качестве зрительной трубы, для решения задач наблюдения за удалёнными объектами. Самые первые чертежи простейшего линзового телескопа были обнаружены в записях Леонардо Да Винчи. Построил телескоп в 1608ХансЛипперсгей. Также создание телескопа приписывается его современнику Захарию Янсену. Расстояние до звёзд, а так же их взаимное расположение определяется при помощи замеров яркости звёзд и геометрических расчётов. Как правило, столь крупные расстояния измеряют в световых годах. По определению Международного астрономического союза (МАС) световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год (равный по определению 365,25 стандартных суток по 86 400 секунд СИ, или 31 557 600 секунд). Именно это определение рекомендовано для использования в научно-популярной литературе. В профессиональной литературе для выражения больших расстояний вместо светового года обычно используются парсеки и кратные единицы (кило- и мегапарсеки). Ранее (до 1984 года) световым годом называлось расстояние, проходимое светом за один тропический год, отнесённый к эпохе 1900,0. Новое определение отличается от старого примерно на 0,002 %. Так как данная единица расстояния не используется для высокоточных измерений, практического различия между старым и новым определениями нет. Световой год равен: 9 460 730 472 580 800 метрам (примерно 9,46 петаметрам); 63 241,077 астрономической единицы (а. е.); 0,306 601 парсека Детекторы гравитационных волн применяют для исследования гравитационных волн. Гравитационные волны, представляют собой огромный интерес для исследования и видятся весьма перспективным направлением развития науки. Гравитацио́нные во́лны — возмущения метрики пространства-времени, отрывающиеся от источника и распространяющиеся подобно волнам (так называемая «рябь пространства-времени»). В общей теории относительности и в большинстве других современных теорий гравитации гравитационные волны порождаются движением массивных тел с переменным ускорением. Гравитационные волны свободно распространяются в пространстве со скоростью света. Ввиду относительной слабости гравитационных сил (по сравнению с прочими) эти волны имеют весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности (ОТО), многими другими теориями гравитации. Впервые они были непосредственно обнаружены в сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами обсерватории LIGO, на которых были зарегистрированы гравитационные волны, возникшие, вероятно, в результате слияния двух чёрных дыр и образования одной более массивной вращающейся чёрной дыры. Косвенные свидетельства их существования были известны с 1970-х годов — ОТО предсказывает совпадающие с наблюдениями темпы сближения тесных систем двойных звёзд за счёт потери энергии на излучение гравитационных волн. Прямая регистрация гравитационных волн и их использование для определения параметров астрофизических процессов является важной задачей современной физики и астрономии. В рамках ОТО гравитационные волны описываются решениями уравнений Эйнштейна волнового типа, представляющими собой движущееся со скоростью света (в линейном приближении) возмущение метрики пространства-времени. Проявлением этого возмущения должно быть, в частности, периодическое изменение расстояния между двумя свободно падающими (то есть не испытывающими влияния никаких сил) пробными массами. Амплитудой h гравитационной волны является безразмерная величина — относительное изменение расстояния. Предсказываемые максимальные амплитуды гравитационных волн от астрофизических объектов (например, компактных двойных систем) и явлений (взрывов сверхновых, слияний нейтронных звёзд, захватов звёзд чёрными дырами и т. п.) при измерениях в Солнечной системе весьма малы (h=10−18—10−23). Слабая (линейная) гравитационная волна согласно общей теории относительности переносит энергию и импульс, двигается со скоростью света, является поперечной, квадрупольной и описывается двумя независимыми компонентами, расположенными под углом 45° друг к другу (имеет два направления поляризации). Рисунок 1 – Детектор гравитационных волн Детектор гравитационных волн (гравитационно-волновой телескоп) — техническое устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Согласно ОТО, гравитационные волны, образующиеся, например, в результате слияния двух чёрных дыр где-то во Вселенной, вызывают чрезвычайно слабое периодическое изменение расстояний между пробными частицами вследствие колебаний самого пространства-времени. Эти колебания пробных тел и регистрирует детектор. Кроме того, такие детекторы способны измерять гравитационные возмущения геофизической природы. Так, например, на интерферометрах LIGO и VIRGO были зарегистрированы модуляции со сидерической периодичностью. Устройство интерферометрического детектора следующее: в двух длинных (длиной в несколько сот метров или даже километров) перпендикулярных друг другу вакуумных камерах подвешиваются зеркала. Когерентный свет, например лазерный луч, расщепляется, идёт по обеим камерам, отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется. В «спокойном» состоянии длины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят друг друга (деструктивно интерферируют), и освещённость фотодетектора оказывается нулевой. Но стоит лишь какому-нибудь из зеркал сместиться на микроскопическое расстояние (причём речь идёт о расстоянии на порядки меньше световой волны — о тысячных долях размера атомного ядра), как компенсация двух лучей станет неполной и фотодетектор уловит свет. В настоящее время гравитационные телескопы такого типа работают или находятся в стадии возведения в рамках американо-австралийского проекта LIGO (наиболее чувствительный), немецко-английского GEO600, франко-итальянского VIRGO и японского KAGRA (LCGT): Описанные выше типы детекторов чувствительны к низкочастотным гравитационным волнам (до 10 кГц). Ещё более низкочастотный сигнал (10−2−10−3Гц), соответствующий периодическим источникам гравитационных волн типа тесных двойных, возможно, был зарегистрирован с помощью метода, основанного на эффекте оптико-метрического параметрического резонанса. В эксперименте используются наблюдения космических радиоисточников (мазеров) с помощью обычного радиотелескопа. Разрабатываются и высокочастотные варианты детекторов гравитационных волн, например, основанные на взаимном сдвиге частот двух разнесённых осцилляторов или на повороте плоскости поляризациимикроволнового пучка, циркулирующего по петлевому волноводу. Человек научился измерять не только сверхбольшие расстояния, но и сверхмалые. На сегодняшний день известны размеры не только атомов, но и многих их составляющих. Это достигается при помощи специальных прибоов, именуемых микроскопами. Микроско́п (греч. μικρός — маленький и σκοπέω — смотрю) — прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений, а также измерения объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом. Виды микроскопов приведены в таблице 1. Таблица 1 Виды микроскопов
жүктеу/скачать 463.75 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|