ИИТ. Информационно-измерительная техника (иит). Общие сведения Информационноизмерительная техника (иит)
 Скачать 6.71 Mb.
|
|
Информационно-измерительные системы Общие сведения Информационно-измерительная техника (ИИТ) – предназначена для получения опытным путем количественно определенной информации об объектах. Основными процессами, позволяющими получить такую информацию, являются обнаружение событий, процессы счета, измерения, контроля, диагностики. Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. В процессе измерения получается численное отношение между измеряемой величиной и некоторым значением, принятым за единицу сравнения. Под контролем понимается установление соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой, определяющей качественно различные области его состояния. В результате контроля выдается суждение о состоянии объекта контроля. Во многих случаях для восстановления нормальной работы объекта необходимо выявить элементы, послужившие причиной его неправильного функционирования. Такое направление развития методов и средств контроля работы технических устройств называется технической диагностикой. Счет, т.е. определение количества каких-либо событий или предметов, в ИИТ относительно редко имеет самостоятельное значение и чаще входит составляющей в процессы измерения, контроля и т.д. Все перечисленные процессы включают восприятие техническими средствами исследуемых (измеряемых, контролируемых) величин, часто с преобразованием в некоторые промежуточные величины, сравнение их опытным путем с известными величинами, с описаниями состояний или свойств объектов, формирование и выдачу результатов в виде именованных чисел, их отношений, суждений, основанных на количественных соотношениях. В ИИТ наиболее важную роль играет процесс измерения, являющийся основным путем получения количественной информации. Измерительные системы (ИС) – совокупность функционально объединенных средств измерений, средств вычислительной техники и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах, свойственных данному объекту, в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Примерами могут служить системы, развернутые на крупных предприятиях и предназначенные для контроля технологического процесса производства какого-либо изделия. В зависимости от назначения ИС разделяют на измерительные, контролирующие, управляющие. По числу измерительных каналов системы подразделяют на одно-, двух-, трех- и многоканальные. Важной их разновидностью являются информационно-измерительные системы. Под информационно-измерительными системами (ИИС) понимаются системы, предназначенные для автоматического получения количественной информации непосредственно от изучаемого объекта путем процедур измерения и контроля, обработки этой информации и выдачи ее в виде совокупности именованных чисел, высказываний, графиков и т.д., отражающих состояние данного объекта. ИИС должны воспринимать изучаемые величины непосредственно от объекта, а на их выходе должна получаться количественная информация об исследуемом объекте. В ИИС объединяются технические средства, начиная от датчиков и кончая устройствами выдачи информации, а также все программы, как необходимые для управления работой собственно системы, так и позволяющие решать в ИИС измерительные и вычислительные задачи, а также управлять конкретным экспериментом. Таким образом, существует несколько разновидностей ИИС: Собственно информационно-измерительные системы – получение количественной информации о значениях контролируемых физических величин путем их прямых совокупных измерений с последующей ее обработкой, предоставлением оператору и передачей другим потребителям. Информационно-измерительные системы автоматического контроля – установление соответствия между состоянием объекта и заданной нормой и выработка суждения о данном и (или) будущем состоянии объекта. Информационно-измерительные системы технической диагностики – контроль состояния различных технических устройств, обнаружение их отказов и определение неисправных элементов. Информационно-измерительные системы распознавания образов – определение соответствия между исследуемым объектом и заданным образом, в качестве которого может быть «человек», «символ», «нормальное состояние объекта» и т.п. Телеизмерительные системы – информация о значениях измеряемых величин передается от объекта контроля, расположенного на значительном расстоянии. Обобщенная структурная схема ИИС Для описания ИИС, объяснения состава функциональных частей и элементов, их назначения и взаимосвязи в системе применяются структурные схемы. Описание ИИ и входящих в них функциональных элементов может производиться с помощью функциональных схем, разъясняющих протекающие в них процессы. Обобщенная структурная схема показана на рис.1.  Рис. 1. Обобщенная структурная схема ИИС Измерительная информация, сигналы и помехи Без получения измерительной информации, т.е. количественных сведений о значениях разнообразных физических величин, невозможно управление подвижными объектами, технологическими процессами и т.д. Измерительная информация – количественная оценка состояния объекта, полученная экспериментально, путем сравнения параметров объекта с овеществленной единицей измерения – мерой. В количественном аспекте измерительная информация – это сообщения о значениях измеряемых физических величин. Эти сообщения выражаются и передаются от одних устройств к другим в виде сигналов. Сигналы, являющиеся физическими носителями измерительной информации, называются измерительными. К измерительным сигналам относятся: полезные сигналы, получаемые от исследуемых, контролируемых или управляемых объектов; вредные сигналы или помехи, поступающие в измерительную систему вместе с полезными сигналами или независимо от них; специально генерируемые в измерительной системе или вне ее сигналы, улучшающие работу системы (модуляция, дискретизация и др.). На рис. 2 приведена одна из возможных классификаций измерительных сигналов.  Рис. 2. Классификация измерительных сигналов Измерительные сигналы, получаемые от источника информации, образуются путем изменения параметров (модуляции) носителя информации. Как правило, носителями измерительной информации являются электрические сигналы. Носителями информации для электрических сигналов могут служить постоянный ток, переменный (синусоидальный) ток или напряжение, импульсный ток. Постоянный ток (напряжение) имеет только один параметр – ток (или напряжение). Обычно значение измеряемой величины х изменяется во времени и представляет собой некоторую функцию времени х(t). Как правило, значение напряжения при изменении контролируемых параметров (при модуляции) изменяется по линейному закону в функции х(t), т.е. модулированный электрический сигнал выражается соотношением:  где U0 – значение несущего напряжения до модуляции; k – коэффициент. Переменное синусоидальное напряжение  характеризуется тремя параметрами: амплитудой Um0, частотой ω0 и фазой φ0, которые могут быть носителями измерительной информации об измеряемой величине х(t). При этом носителем информации при изменении измеряемой величины (модуляции носителя информации) может быть любой из трех параметров, а также два или три параметра одновременно. При этом принято выделять модуляцию амплитудную, частотную и фазовую. При амплитудной модуляции измерительный сигнал имеет вид:  При этом коэффициент k выбирается таким образом, чтобы при всех возможных отрицательных значениях х соблюдалось условие Um0≥0. При частотной модуляции частота становится функцией времени:  При фазовой модуляции изменяется начальная фаза колебаний по закону  при этом модулированный сигнал описывается выражением  При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов изменяется по линейному закону в функции измеряемой величины х. При этом берутся значения х в моменты, совпадающие с началом каждого очередного импульса. Следовательно, имеет место дискретизация функции х(t) по времени и модулированный сигнал имеет вид  где хi=x(iT0), i = 0,1,2,… При частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) изменяется частота импульсов в функции х(t), но в отличие от частотной модуляции синусоидального несущего колебания частота здесь не является непрерывной величиной. Если х за период Т существенно не изменяется и можно считать, что х = const, то частота fследования импульсов будет равна  При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительность импульсов tи изменяется по линейному закону в функции значений дискретных ординат хi и измеряемого сигнала х(t):  при этом период Т0 и амплитуда Um0 сохраняются постоянными. Классификация ИИС По организации алгоритма функционирования различают системы: с заранее заданным алгоритмом работы, правила функционирования которых не меняются, поэтому они могут использоваться только для исследования объектов, работающих в постоянном режиме; программируемые, алгоритм работы которых меняется по заданной программе, составляемой в соответствии с условиями функционирования объекта исследования; адаптивные, алгоритм работы которых, а в ряде случаев и структура, изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и условий работы объекта. ИИС делятся на: ИИС последовательного действия, когда один датчик последовательно помещается в поле однородных физических величин; ИИС параллельного действия, имеющая множество датчиков, каждый из которых воспринимает свою физическую величину. Кроме этого, существует еще несколько видов классификации ИИС, которые даны ниже. Разновидности входных величин На входы ИИС может поступать большое количество однородных или разнородных по физической природе величин и сопутствующих им влияющих величин (помех). Классификация входных величин по таким признакам приведена в табл. 1. Входные величины характеризуют исходный «материал», поступающий в ИИС, и, следовательно, в определенной мере позволяют определить, какие оценки могут быть получены при наличии этого «материала». |