Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Особенности конструкций современных оптических датчиков 9
1.1. Оптические датчики магнитного поля на эффекте Фарадея 9
1.2. Преобразователь напряженности магнитного поля на экваториальном эффекте Керра 11
1.3. Классификация волоконно-оптических датчиков и примеры их применения 12
1.4. Двухпроходнои и однопроходной чувствительные элементы 15
1.5. Модуляторы света 17
Выводы по главе 1 22
ГЛАВА 2. Математическая модель оптических поляризационных чувствительных элементов физико-технических эффектов 20
2.1. Поляризованный свет 20
2.1.1. Типы состояний поляризованного света 21
2.1.2. Эллиптически поляризованный свет 22
2.2. Энергоинформационная модель цепей различной физической природы 25
2.3. Энергоинформационная модель оптической цепи 27
2.3.1. Описания поляризационной волны с помощью вектора Джонса 28
2.3.2. Параметры оптической цепи 33
2.3.3. Матрицы Джонса 34
Выводы по главе 2 38
ГЛАВА 3. Описание поляризационных оптических физико-технических эффектов с помощью энергоинформационной модели 39
3.1. Паспорта оптических физико-технических эффектов 39
3.2. Магнитооптические эффекты керра 39
3.2.1. Полярный эффект Керра 40
3.2.2. Меридиональный эффект Керра 41
3.2.3. Экваториальный эффект Керра 41
3.2.4. Матричный метод расчета магнитооптических систем 42
3.3. Явление двойного лучепреломления при деформации (фотоупругость) 44
3.4. ФТЭ поворота оптического элемента 46
3.5. Линейный дихроизм 47
3.6. Оптическая активность и круговой дихроизм 49
3.7. Магнитный круговой дихроизм 52
3.8. Эффект поляризации света двупреломляющими поляризаторами 53
3.9. Макроскопическая теория эффектов Фарадея и Коттона-Мутона 55
3.9.1. Эффект Фарадея 56
3.9.2. Эффект Фогта (Коттона-Мутона) 559
3.10. Эффект линейной электрогирации 64
3.11. Эффект квадратичной электрогирации 66
3.12. Линейный электрооптический эффект 66
3.13. Эффект Керра в жидких средах 71
Выводы по главе 3 84
ГЛАВА 4. Автоматизированная подсистема синтеза поляризационных оптических ФТЭ 85
4.1. Синтез вариантов фпд на основе оптических ФТЭ 86
4.2. Расчет эксплутационных характеристик 89
4.3. Особенности синтеза цепочек ФПД оптических ЧЭ СУ 92
4.4. Синтез ФПД оптического датчика на основе эффекта Фарадея
с использованием автоматизированной системы 93
4.5. Функциональная модель системы синтеза
новых технических решений 95
Выводы по главе 4 100
Заключение 101
Библиографический список
- Преобразователь напряженности магнитного поля на экваториальном эффекте Керра
- Энергоинформационная модель цепей различной физической природы
- Матричный метод расчета магнитооптических систем
- Расчет эксплутационных характеристик
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время из-за значительного роста производства датчиков, как по количеству, так и номенклатуре возникает потребность интенсификации их производства. Стремление удовлетворить требования по эксплуатационным характеристикам и разнообразию измеряемых величин приводит к необходимости использования в новых чувствительных элементах разнообразных физических явлений и эффектов. Для ускорения разработки и повышения темпов производства требуется автоматизация процессов проектирования и конструирования. Для получения наиболее эффективных новых технических решений требуется провести синтез и анализ огромного числа вариантов решений, что невозможно без применения вычислительной техники. Поэтому для сокращения времени и трудоемкости процесса поискового конструирования при синтезе новых элементов систем управления, для уменьшения их стоимости актуальной становится задача создания автоматизированных систем анализа и синтеза новых технических решений чувствительных элементов систем управления различного назначения. Решением этой задачи занимались такие учёные, как Г.С. Альтшуллер, В.М. Цуриков, В.Н. Глазунов, М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, К.В. Кумунжиев, А.И. Половинкин, В.А. Камаев, А.М. Дворянкин, С.А. Фоменков, В.А. Филин, Р. Коллер, К. Джонс и другие. Разработаны методы автоматизации поискового конструирования, лежащие в основе различных автоматизированных систем проектирования.
По данным маркетингового агентства Frost&Sullivan, ежегодные мировые продажи оптических датчиков в последние годы составляют около $2,5 млрд с ежегодным приростом 11 % по всем отраслям промышленности. Многообразие оптических явлений и эффектов в основе многочисленных технических устройств и их элементов обеспечивает возможность управления всеми физическими характеристиками светового потока: амплитудой (интенсивностью), фазой, частотой и поляризацией. Использование всех этих эффектов в едином автоматизированном банке данных физико-технических эффектов (ФТЭ), основанном на использовании энергоинформационных моделей цепей (ЭИМЦ) и аппарата параметрических структурных схем, требует разработки соответствующей модели оптической цепи. Пополнение существующей реляционной базы данных новыми оптическими поляризационными физико-техническими эффектами будет способствовать выявлению большего количества качественных технических решений, приведёт к расширению области использования, позволит существенно увеличить функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом и значительно увеличит скорость проектирования датчиковой аппаратуры.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка эффективных алгоритмов и комплекса программ для анализа и синтеза чувствительных элементов на основе математических и энергоинформационных моделей поляризационных оптических физико-технических эффектов. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
анализ и классификация оптических ФТЭ, лежащих в основе принципа действия датчиков;
выбор величин и параметров для описания оптических поляризационных явлений с помощью ЭИМЦ;
разработка элементов структурно-параметрических схем для описания оптических ФТЭ;
разработка алгоритмов синтеза цепочек физического принципа действия (ФПД) оптических чувствительных элементов и расчёта их эксплуатационных характеристик;
разработка комплекса программ для реализации автоматизированных алгоритмов синтеза ФПД оптических чувствительных элементов и интеграция его в существующую автоматизированную систему синтеза на основе реляционной модели организации данных.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались математический аппарат векторов и матриц Джонса для описания поляризационных оптических явлений, энергоинформационный метод цепей и аппарат параметрических структурных схем, технология проектирования реляционных баз данных.
Научная новизна работы.
-
Разработана энергоинформационная модель оптической цепи, основанная на поляризационных явлениях с использованием математического аппарата векторов и матриц Джонса, в которой предложено использовать векторные величины и коэффициенты физико-технических эффектов в виде матриц.
-
Разработаны новые паспорта 30 оптических эффектов, содержащие математические формулы описания ФТЭ, аналитическое выражение для коэффициента ФТЭ, числовые значения физических параметров материалов, а также эксплуатационные характеристики технических реализаций.
-
Введены понятия ФТЭ типа источник или приемник, на основе которых сформулирована система ограничений в задачах синтеза проектируемых преобразователей информации.
-
Разработаны алгоритмы синтеза цепочек ФПД оптических чувствительных элементов систем управления и комплекса компьютерных программ для расчета их эксплуатационных характеристик на основе математического аппарата – векторов и матриц Джонса.
Практическая значимость. На основе полученных теоретических результатов, создана подсистема автоматизированного синтеза оптических чувствительных элементов систем управления на поляризационных эффектах. Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему с подсистемой автоматизированного синтеза линейных ФТЭ «Интеллект», что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Результаты работы применены в учебном процессе в Астраханском государственном университете для освоения студентами технологии автоматизированного проектирования чувствительных элементов при изучении дисциплин «Проектирование измерительных преобразователей», «Законы развития техники».
Апробация работы. Отдельные материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на Ш Международной научно-технической конференции «Россия и восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие каспийского региона» (г. Астрахань, 2005 г.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета №№ 40, 41, 42 и 43 (г. Астрахань, 1996, 1997, 1998, 1999 гг.).
Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 9 печатных работах. Созданное программное обеспечение зарегистрировано в Федеральном институте промышленной собственности РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования, 3 приложений, изложена на 110 машинописных страницах, содержит 25 рисунков и 11 таблиц.
Преобразователь напряженности магнитного поля на экваториальном эффекте Керра
В последние годы стали интенсивно разрабатываться измерительные устройства на основе волоконно-оптических датчиков, содержащих магнитооптические элементы, основанные на эффектах Фарадея и Керра, что объясняется их высокой точностью и широкими потенциальными возможностями.
Принцип действия предлагаемого преобразователя (П. В. Каменский, М. А. Ураксе-ев) магнитного поля основан на экваториальном эффекте Керра (рис. 1.4).
Устройство содержит источник оптического излучения 1, отрезок световода прямоугольной формы 2, на широкую стенку которого нанесена ферромагнитная пленка 3, обладающая экваториальным эффектом Керра. Ферромагнитная пленка 3 имеет оптический контакт со световодом 2 и выполнена в форме круга. Между стенкой световода 2 и ферромагнитной пленкой 3 помещается слой диэлектрика 4 с показателем преломления меньше, чем у материала световода 2. Диэлектриком изолируется ленточный проводник 5 из неферромагнитного материала, имеющего постоянную ширину и толщину. Соосно с источником 1 и световодом 2 расположен фотоприемник 6. Выводы ленточного проводника 5 соединены с генератором тока 7 и параллельны оптической оси устройства.
Классификация волоконно-оптических датчиков и примеры их применения
Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все: например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения. В настоящее время во всем мире интенсивно ведутся работы по созданию волоконно-оптических систем сбора, обработки и передачи информации [8,11,19, 51, 54, 67, 81]. В таких системах используются волоконно-оптические датчики-преобразователи различных физических величин [8, 11, 97, 98, 100]. Бурное развитие волоконно-оптических систем сбора информации связано как с особенностями различных отраслей науки и техники, так и с замечательными свойствами этих систем. Они искро- и пожаробезопасны, устойчивы к электромагнитным помехам, малогабаритны, потребляют мало энергии. Они также позволяют создавать как локальные, так и распределённые на большом пространстве чувствительные элементы и системы непрерывного контроля. Особенно перспективны волоконно-оптические датчики и системы во взрывоопасных производствах и системах экологического мониторинга на предприятиях с вредными и пожароопасными производствами, а также на территориях больших городов [51,98,100].
Датчики преобразования давления, температуры, измерения перемещений, скоростей и ускорений разработаны довольно хорошо [11, 19, 97]. Сравнительно мало разработаны датчики-преобразователи электромагнитных полей и особенно мало разработок для области СВЧ-полей [54].
Волоконно-оптические датчики (ВОД) магнитных и электрических полей разрабатываются в основном для дистанционного контроля в сетях постоянного и переменного тока. Потребность в них возникает в связи с тем, что для прямого измерения токов и напряжений в высоковольтных сетях требуются специальные методы и средства для развязки высокого напряжения в сети и низкого напряжения измерительной аппаратуры. Особенно трудно проводить прямые измерения токов в высоковольтных сетях постоянного тока. В частности, известны волоконно-оптические датчики (ВОД) напряженности электрического поля [19, 54], в которых элемент, чувствительный к электрическому полю, создан на основе электрооптического эффекта Поккельса. Устройства такого типа позволяют проводить измерения при гальванической развязке контролируемого объекта и регистрирующей аппаратуры.
Одной из основных проблем при разработке ВОД электрических и магнитных полей является выбор электрооптического или магнитооптического материала для чувствительного элемента. Чувствительный элемент должен обладать достаточно сильным и температурно-стабильным электрооптическим или магнитооптическим эффектом. При этом требование согласования их с волоконно-оптическими линиями существенно ограничивает круг применимых материалов.
Разработки и исследования материалов для оптических датчиков измерения магнитных полей ведутся довольно давно [19, 54,100]. Наиболее перспективным признано использование в этих датчиках эффекта Фарадея (вращение плоскости поляризации электромагнитных волн в веществе под действием продольного магнитного поля). Установлено [19, 81], что этот эффект наиболее сильно проявляется для видимого диапазона длин волн у железо-иттриевого граната (ЖИГ) [81]. В последующих исследованиях [67] показано, что эффект Фарадея более сильно выражен у ЖИГ с присадкой висмута (ЖИГ+ВІ), что позволяет регистрировать поля напряженностью 0,5-10 Гс тонкопленочными чувствительными элементами с толщиной пленки ЖИГ+ВІ около 10 мкм. Особенно важным представляется то, что чувствительные элементы на основе тонких пленок могут иметь малые размеры и слабо влиять на распределение магнитного поля в волноводах. Для волоконно-оптических датчиков (ВОД) напряженности магнитного поля и силы тока важно, чтобы соблюдалась линейная зависимость выходного оптического сигнала от уровня напряженности поля или силы тока.
Конструкция чувствительной головки датчиков с волоконно-оптическими магистралями приведена на рис. 1.5. Чувствительная головка состоит из следующих элементов: 1 - диск ГГГ с пленкой ЖИГ+ВІ;, 2 - поляроидная пленка (поляризатор), 3 -поляроидная пленка (анализатор), 4 - полиамидная опорная трубка, 5 и 6 - штекеры подводящего 7 и отводящего 8 оптических волокон, 9 и 10 - штекеры для подключения к излучающему и фотоприемному блокам.
Энергоинформационная модель цепей различной физической природы
Параметры характеризуют относительную неизменность материальной среды, в которой протекают физические процессы. Две составные части энергоинформационного метода синтеза технических объектов: 1. Энергоинформационная модель цепей различной физической природы. 2. Аппарат параметрических структурных схем. Отличительные особенности метода: декомпозиция сложных процессов, проходящих в техническом объекте на процессы различной физической природы (тепловые, электрические, магнитные, оптические, механические и т.д.); -описание процессов различной физической природы однотипными уравнениями (критерии ЭИМЦ), выявленными путем применения методов неравновесной термодинамики и теории аналогии и подобия; взаимодействие процессов различной физической природы в техническом объекте отражается введением физико-технических эффектов, связывающих величины одной физической природы с величинами или параметрами другой физической природы; структурно-формализованное описание возможных вариантов физического принципа действия технического объекта в виде параметрических структурных схем, каждое звено которых отражает элементарное преобразование одной физической величины в другую, что позволяет автоматизировать процесс синтезе новых вариантов технических решений. Любая техническая система представляет собой совокупность взаимосвязанных технических или технологических реализаций физических явлений (эффектов), обеспечивающих преобразование заданных входных величин в заданные выходные величины. Поэтому основой для создания общего энергоинформационного метода анализа и синтеза технических решений должна быть наука о наиболее общих свойствах физических систем - термодинамика необратимых процессов.
Основное преимущество термодинамического метода состоит в том, что он позволяет получить закономерности различных необратимых процессов, не вскрывая их молекулярного механизма, что представляет интерес для современной техники.
В основе метода термодинамики необратимых процессов лежат уравнения и законы, описывающие необратимые процессы в форме прямо пропорциональных зависимостей например, закон Фурье - о пропорциональности теплового потока градиенту температуры, закон Фика - о пропорциональности потока компоненты смеси концентрации, закон Ома - о пропорциональности электрического тока градиенту потенциала, Закон Ньютона - о пропорциональности сил внутреннего трения градиенту скорости, закон о пропорциональности скорости химической реакции градиенту химического потенциала и др. Когда два или более таких явления протекают одновременно, они налагаются друг на друга и вызывают появления нового эффекта. Так, например, термоэлектричество возникает при наложении теплопроводности и электропроводности, а термодиффузия (эффект Сорре) - результат наложения диффузии и теплопроводности. Таким образом, необратимые явления могут быть обусловлены следующими причинами: градиентом концентрации, градиентом температуры, градиентом электрического потенциала, химическим потенциалом и т.д. В термодинамике необратимых процессов все эти причины носят название термодинамических воздействий. Эти воздействия вызывают реакцию среды, то есть известные необратимые явления: поток тепла, диффузионный поток, химические реакции и т.д. С целью использования этих методов при синтезе и анализе новых технических решений и создания единой классификации всех известных физико-технических эффектов и технических реализаций физических эффектов разработана энергоинформационная модель цепей различной физической природы. Цепью определенной физической природы называется идеализированная материальная среда, имеющая определенные геометрические размеры и характеризующаяся физическими константами, присущими явлениям данной физической природы. Энергоинформационная модель оперирует следующими величинами: Р - величина импульса, Q - величина заря да, U - величина воздействия, / - величина реакции; и параметрами: R - сопротивление, G = l/R - проводимость, L - индуктивность, D = \IL. Величины характеризуют внешнее воздействие на цепь данной физической природы и ее реакцию на это воздействие. Параметры характеризуют относительную неизменность материальной среды, в которой протекают физические процессы. Величины и параметры ЭИМЦ связаны между собой шестью критериями.
Первый критерий - энергетический - произведение величины воздействия U на величину реакции / независимо от природы цепи должно измеряться в единицах мощности Вт, U-I = N.
Второй критерий - статический - произведение величины реакции на индуктивность равна импульсу: /! = , или производный критерий: P-D = I.
Третий критерий - статический - произведение величины воздействия на емкость равно величине заряда: U-C = Q или производный критерий: Q-W = U.
Четвертый критерий - статический - произведение величины реакции на сопротивление равно величине воздействия: I-R = U, или производный критерий: Q-W = U.
Пятый критерий - динамический - первая производная от величины импульса по времени равна величине воздействия: — = U, или производный критерий \udt = Р. dt J
Шестой критерий - динамический - первая производная от величины заряда по времени равна величине реакции: — = /, или производный критерий: \ldt = Q. dt J Отличительными признаками этой модели являются: представление технического устройства в виде совокупности цепей различной физической природы, взаимодействующих между собой; описание физических процессов внутри каждой цепи однотипными уравнениями (критериями ЭИМЦ) с помощью величин-аналогов и параметров-аналогов; взаимодействие цепей различной физической природы в техническом устройстве отражается введением межцепных физико-технических эффектов. Различают следующие типы элементарных звеньев: внутрицепные и межцепные, отражающие математические операции.
Матричный метод расчета магнитооптических систем
Тела, поглощающие излучение, характеризуются коэффициентом поглощения.
Коэффициент поглощения по определению есть lg у Л, где /0 - интенсивность па дающего пучка света, а / - интенсивность прошедшего пучка [91]. Коэффициент удельного поглощения есть просто коэффициент поглощения на единицу длины пути. В общем случае поперечное сечение является эллипсом. Главные оси эллипса называются наибольшей Wp и наименьшей Up осями плоского поглощения, а длины полуосей - наибольшим «„р и наименьшим аир коэффициентами плоского удельного поглощения. Разность: Wp- «P) (3-5.1) обозначается Dp и называется плоским дихроизмом. Отношение: Rp = a% (3.5.2) называется плоским дихроичным отношением. Очевидно, что величины атр, aup,Dp и Rp не зависят от размеров тела. (3.5.3) (3.5.4).
Произведение толщины d на атр дает наибольшую главную оптическую плотность D2, произведение толщины на аир есть наименьшая главная оптическая плотность:
Матрица ФТЭ зависимости параметра пропускания поглощающей пластинки от ее толщины d = QM .
Явление линейного дихроизма широко используется в поляризаторах, предназначенных для выделения линейно поляризованного света.
Оптическая активность и круговой дихроизм
Изотропную оптически активную среду можно рассматривать как двоякопре-ломляющий кристалл, оптические свойства которого определяются диэлектрическим тензором, обладающим цилиндрической симметрией: є -jg О" (3.6.1), єи = jg є О О 0 є0 где g - проекция вектора гирации, определяемого из уравнения: D = eE+j[gE] (3.6.2) на направление распространения света. Подстановка (3.6.1) в уравнении Максвелла: ТЫН- ». dt rotE = , dt D,=ebeyEJt В = МоН позволяет определить комплексные показатели преломления для плоской монохроматической волны[69, 72,92]: соответствующие двум циркулярно поляризованным световым волнам Ех =jEyn Ex=-jEr Если показатели N+ и N_ незначительно отличаются друг от друга, то: tf±=tf0(l+f) (3.6.4), где N0 - среднее значение показателей преломления N+ и N_.
Поскольку поляризованный свет всегда может быть разложен на две волны с левой и правой круговой поляризацией с волновыми векторами: K =N = N{1+ (3-6-5) то электрическое поле волны на выходе из оптически активной среды может быть найдено из системы уравнений: !t 0-№ Е е-А + «- x2 2 2 ,-A-rf -f (3.6.6), где (3.6.7), E+ =Exl +jEyl , E_ =Exl -jEyl электрические поля, соответственно, право- и левополяризованных волн на входе оптически активной среды, a d- толщина среды. Система уравнений (3.6.6.) может быть записана в матричном виде: - 2_ "xl -И (3.6.8), или, подставив значения &± из (3.6.5), найдем: J&N0d codgN0 "х2 2с 0 -jo)N0d (3.6.9). С Е , &dgN{ "УУ 2с с or В терминах ЭИМЦ (3.6.9) запишется в виде: f?02 = ехр(по)І/( Параметр прохождения: odgN0 fi)JV0rf -; д,= (3.6.10). с 2с odgNb -jo)N0d 2с с Учитывая, что N0 = njk, можно представить в виде суммы параметров прохождения: Я0=Я, + Я2+Яз + Я4, (3.6.11), где: -J Пх = .cond 0 .and -У (3.6.12) определяет набег фаз при прохождении среды без учета оптической активности и кругового дихроизма и в большинстве случаев может быть опущен; о cokd cokd и Я2 = (3.6.13) определяет поглощения в среде без учета оптической активности и кругового дихроизма;
Расчет эксплутационных характеристик
Основной компонентой автоматизированной системы синтеза новых технических решений является хранящийся в ней запас информации, причем организованной определенным образом. База данных как совокупность предназначенных для обработки на ЭВМ хорошо структурированных данных ориентирована на интегрированные требования пользователей и является одним из основных компонентов автоматизированных систем различного типа, в том числе систем автоматизированного проектирования, систем принятия решений.
Одно из основных преимуществ использования базы данных, а не традиционной файловой организации, состоит в том, что методы программирования и соответствующие технологии изменяются, причем изменяются очень быстро, в то время как рабочие процессы и данные, определяющие аспекты каждого приложения, изменяются гораздо медленнее и потому более стабильны. Работа системы поискового конструирования ЧЭ при осуществлении линейного или разветвленного синтеза различных вариантов ФПД, анализе и отборе полученных решений по различным критериям, подборе и оптимизации конструктивных реализаций, при поиске и анализе существующих аналогов и прототипов и т.д. строится вокруг базы знаний, содержащей фактическую информацию из предметной области и, прежде всего, данные о ФТЭ [20,37].
Таким образом, практическая ценность и главное преимущество организации информации в виде системы базы данных заключается в возможности интеграции с другими средами и средствами разработки прикладного пользовательского интерфейса. При проектировании нового технического решения ЧЭ необходимо проанализировать существующие аналоги, чтобы на их основе создать более качественное, более эффективное устройство. Этот анализ невозможен без глубокого изучения патентного материала и научно-технической литературы. Следовательно, проектируемая система должна содержать информацию об изобретениях по данной тематике [30,60].
На основании вышеизложенных требований была построена функциональная модель проектируемой автоматизированной системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений, отражающая производимые системой действия и связи между ними (рис. 4.5). Для построения функциональной модели использовалась методология, разработанная Дугласом Россом [36].
В данной работе автоматизации подлежат процессы формирования информации о физико-технических эффектах и изобретениях, синтез ФПД ЧЭ и ранжирование множества возможных вариантов по совокупности эксплуатационных характеристик с целью получения подмножества наилучших технических решений, а также поиск аналогов и прототипов для возможного улучшения существующих конструкций.
Для построения логической модели в данном случае был применен подход, основанный на идеях семантического моделирования. Построение диаграммы «Сущность-Связь» предусматривает выделение трех классов объектов: сущностей, связей и атрибутов. Функциональная модель системы синтеза ФПД ЧЭ была проанализирована с целью выявления сущностей рассматриваемой предметной области. Ими являются следующие информационные объекты: величины цепи; физические природы цепи; паспорта физико-технических эффектов; изобретения; наилучшие синтезированные варианты ФПД ЧЭ.
На рис. 4.6. изображена диаграмма «Сущность-Связи», которая отражает важные для предметной области информационные объекты, их свойства и отношения друг с другом. Определения сущностей «Величины цепи», «Физические природы цепи» и «Паспорта физико-технических эффектов» вытекают из теории ЭИМЦ.
Одна и та же величина цепи может являться как величиной входа, так и величиной выхода, поэтому была выделена сущность «Величины цепи», позволяющая однозначно идентифицировать каждую величину цепи для каждого ФТЭ. Аналогичным образом была определена сущность «Физические природы цепи». Поэтому сущности «Величины цепи» и «Физические природы цепи» содержат, кроме названий и обозначений величин и природ, уникальные атрибуты «Идентификатор величины входа/выхода», «Идентификатор природы входа/выхода» и «Идентификатор величины второго входа», посредством которых установлены отношения «один-ко-многим» с соответствующими атрибутами сущностей «Паспорта ФТЭ» и «Изобретения».
