 |
Информационно-измерительные приборы
|
|
|
|
Рассматривая развитие информационного инструментария, следует хотя бы кратко упомянуть об еще одной его важнейшей составляющей – информационно-измерительных приборах, которые многократно усилили природные возможности органов чувств человека и позволили познать многие тайны макро- и микромира. Это, в свою очередь, сделало возможной разработку все более совершенных средств реализации информационных технологий в самых различных областях деятельности.
Научная революция XVI в. сформировала новый метод исследований, основанный на обобщении результатов экспериментов, поставленных для проверки ранее выдвинутых гипотез. Синтез результатов наблюдений и их математического описания требовал как постоянного совершенствования и создания новых измерительных приборов, повышения их точности, так и развития математического аппарата.
Первые средства и в тоже время единицы измерения, такие, например, как длина ступни (фут), длина предплечья (локоть) возникли в глубокой древности и в некоторых регионах использовались до сравнительно недавнего времени.
Но для развития науки, промышленности, торговли и пр. требовались единые универсальные измерители различных физических величин, что привело к формированию специальной области знаний метрологии – науки об измерениях физических величин и методах достижения их единства. Важнейшим ее достижением является создание современных, очень точных эталонов для различных единиц измерения.
Наряду с рассмотренными нами ранее информационными технологиями письма, расчетов, работы с графическими образами важнейшее место в жизни человека занимали информационные технологии, позволяющие ему ориентироваться во времени и пространстве.
|
|
|
Чем более дальними становились путешествия, тем сильнее ощущалась потребность в таких средствах. И если на суше можно было пользоваться естественными знаками-ориентирами, то морские перемещения требовали и специальных информационных приборов.
Для измерения глубины очень долго использовался ручной лот – трос с привязанным грузом. Эхолот – прибор, основанный на излучении звукового сигнала и приеме эха, позволяющий измерять любую глубину, был создан только в ХХ в.
Для пространственной ориентации мореплавателями также активно использовались естественные знаки. О приближение суши можно было судить по появлению птиц, плавающих веток и т.д. С давних времен человек стал использовать такое информационное устройство, как маяк, в хорошую погоду помогала ориентация по Солнцу и звездам.
В XII в. через арабских мореходов в Европу попал магнитный компас в виде плавающей в воде магнитной стрелки, который, как считается, изобрели в Китае. В 1302 г. итальянцы соединили стрелку с диском из немагнитного материала, на который были равномерно нанесены деления. Этот небольшой информационный прибор произвел революционные изменения в мореплавании, позволил совершить великие географические открытия.
Только в ХХ в. на смену магнитному компасу пришел гироскопический компас, ставший основным прибором курсоуказания на кораблях и самолетах. Принцип работы этого прибора основан на свойстве оси гироскопа ориентироваться вдоль оси вращения Земли строго по направлению север-юг, независимо от магнитного поля Земли.
Приборы, позволяющие достаточно точно измерять координаты кораблей, были изобретены только в XVIII в.: секстант – в 1751 г. и хронометр – в 1735 г.
Большую роль в пространственной ориентации сыграло изобретение радиолокации, позволившей победить туман. В 70-х гг. ХХ в. были созданы первые системы спутниковой навигации, обеспечившие точное определение координат кораблей и летательных аппаратов. Изобретение мобильных телефонов сделало реальным и определение местоположения каждого человека и любого небольшого объекта.
|
|
|
Человек давно научился определять время. Ночью – по положению звезд и Луны, днем – по длине тени, отбрасываемой предметами в различные часы дня. Солнечные часы – привычный атрибут центральных площадей многих античных городов. Для измерения небольших промежутков времени с давних пор и поныне используют песочные часы. С XI в. стали использовать механические башенные часы, на которых еще не было минутной стрелки. Их показания приходилось выверять по Солнцу. В 1505 г. были созданы первые карманные часы. С XVI в. для регулирования хода часов стали использовать маятник и анкерный механизм. Развитие науки в ХХ в. позволило наладить выпуск электронных часов.
Для ориентации на длительных временных интервалах человек уже с очень давних времен использует различные календари. Сегодня календарь и часы неотъемлемая часть современных компьютеров.
Один из древнейших оптических информационных приборов – зеркало. Свойство стеклянных линз и зеркал для увеличения изображений были известны давно. Есть описания таких приборов, относящиеся к XIII в. В начале XVII в. бурное развитие получили линзовые телескопы, подзорные трубы, бинокли для приближения отдаленных объектов. Галилей создал позорную трубу с 10-кратным, а потом и 30-кратным увеличением. В 1668 г. Ньютон изготовил первый зеркальный телескоп.
Несколько позже началось бурное развитие микроскопов – приборов, позволяющих получать сильно увеличенные изображения весьма малых объектов. Интересно, что практического применения эти приборы долго не находили. В научной литературе XVII в. о них упоминается крайне редко.
Одно из первых практических приложений оптических микроскопов связано с изучение микроорганизмов Антони ван Левенгуком. Ему удалось создать прибор, обеспечивающий увеличение до 300 раз. Развитие физики в ХХ в. позволило создать в 1930 г. электронный микроскоп, позволивший увидеть в 100 тыс. раз более мелкие предметы, чем в световой микроскоп. Созданы образцы электронных микроскопов, позволяющие видеть миллионные доли миллиметра (нанометр = 106 мм). Сегодня есть уже и растровые микроскопы еще большей разрешающей способности.
|
|
|
Открытие законов электричества позволило создать осциллографы – приборы, позволяющие получать с помощью электронного луча, «рисующего» на специальном носителе информационное отображение электрических сигналов, и вести за ними визуальное наблюдение, изучая форму сигнала, амплитуду, частоту и т.д. С помощью осциллографа и определенных дополнительных устройств удалось отобразить и неэлектрические величины: давление, температуру, скорость, ускорение, предварительно произведя их преобразование в электрическое напряжение.
На подобном принципе построены многие электросветовые и индикаторные приборы. Электрические сигналы преобразуются в световые цифры, знаки, рисунки на экранах калькуляторов, компьютеров и т.д.
В 1885 г. австрийский ботаник Ф.Рейнцигер открыл вещества, способные менять ориентацию молекул под воздействием электрических полей. Но даже после выхода в 1904 г. книги О.Леммана «Жидкие кристаллы» никто не догадался применить их в технических целях. Лишь в 1963 г. американец Дж.Фергюсон стал использовать важное свойство жидких кристаллов изменять цвет под воздействием температуры для обнаружения невидимых глазом тепловых полей. Но уже в1968 г. был создан принципиально новый индикатор для систем отображения информации, основанный на свойствах молекул жидких кристаллов поворачиваться в электрическом поле, по-разному отражая и пропуская свет. Под воздействием электрического напряжения на нем возникает изображение, состоящее из микроскопических точек. А в 1973 г. английским химикам удалось синтезировать жидкие кристаллы из доступного и дешевого сырья. После этого стали делать различные информационные приборы: первые индикаторы на электронных часах; телевизоры с экраном размером с почтовую открытку и т.п. Сегодня широкой популярностью пользуются большие информационные газоразрядные и жидкокристаллические экраны и панели для отображения изображений и текста.
|
|
|
После того как в 1887 г. был открыт фотоэффект – переход энергии света в электрическую энергию, а в 1890 г. созданы первые фотоэлементы, стали появляться всевозможные фотоэлектронные приборы и множество информационных технологий, построенных на этом принципе.
В 1898 г. ученые обратили внимание на отражение радиоволн от стен и предметов, и в 1904 г. была подана первая заявка на способ обнаружения судов с помощью радиоволн, в которой описывалось устройство для его осуществления. Первые радиолокаторы были созданы в Англии в 1936 г. (в России – в 1938 г). В 1939 г. они уже позволяли обнаруживать самолеты и надводные корабли на расстоянии до 100 км. Во время Второй мировой войны эта информационная технология сыграла важную роль в защите Лондона и других городов от налетов германской авиации. Позднее эту и близкую к ней информационную технологию стали успешно использовать в метеорологии, биологии и особенно в астрономии, там, где уже не помогали обычные телескопы. Радиотелескопы позволили сделать фундаментальные открытия в области познания тайн вселенной.
Принципиально новый этап в развитии технологии связи, записи-чтения информации на магнитные носители, увеличения точности измерений связан с появлением лазеров – оптических квантовых генераторов. Особые частицы микромира – фотоны или кванты испускают световой поток, несущий строго определенную порцию энергии. Свет составляют волны самой разной частоты, и поэтому в оптике долго не удавалось создать такие же узконаправленные пучки излучения, как в радиотехнике. Благодаря достижениям квантовой механики способ получения монохроматического (одноцветного) когерентного изучения стал в общих чертах понятен в 1918 г. Но только в 1960 г. американский физик Теодор Мейман сконструировал первый квантовый генератор оптического диапазона на твердом кристалле, позволяющий получить импульсное излучение. Позже появились лазеры на газовой смеси гелия и неона, обеспечивающие непрерывное излучение, миниатюрные полупроводниковые лазеры.
В строительстве лазерные теодолиты применяют на больших стройках, при составлении топографических карт и планов, прокладке дорог. Такими устройствами можно измерять расстояния с точностью до нескольких миллиметров.
Можно привести еще огромное множество примеров информационно-измерительных устройств, созданных гением человека. В настоящее время приборостроение является одной из ведущих отраслей экономики во всех развитых странах. Приборостроение обеспечивает реализацию широчайшего спектра информационных технологий. Но многие из них никак не связаны компьютерными технологиями и, более того, существовали уже тогда, когда компьютеров вообще не было. Это одна из причин, почему отождествлять понятия информационная технология и компьютерная технология неправомерно. Понятие информационная технология гораздо шире.
|
|
|
