ИИТ. Информационно-измерительная техника (иит). Общие сведения Информационноизмерительная техника (иит)
 Скачать 6.71 Mb.
|
Рис. 3. Основные одноступенчатые структурыПри большом количестве ФБ целесообразно организовать объединенную работу нескольких одноступенчатых подсистем (рис. 4). ЭВМ выполняет в двухступенчатой структуре функции не только управления, но и обработки и выдачи информации.  Рис. 4. Двухступенчатая структураОб аналоговых интерфейсах измерительной части ИИС Аналоговая часть обязательно присутствует во всех ИИС и определяет во многом их возможности и характеристики. При этом следует различать измерительную и служебную аналоговые части. В большинстве случаев в служебной аналоговой части ИИС действуют сигналы относительно высокого уровня, слабо подверженные влиянию внешних факторов, параметров каналов связи. Для этой можно ограничиться довольно грубым нормированием энергетических и временных параметров сигналов, а также параметров линий связи. Существенно более трудная задача связана с созданием интерфейса аналоговой измерительной части ИИС. Это объясняется тем, что искажение в ней измерительных сигналов может привести к резкому ухудшению метрологических характеристик системы. Такой интерфейс должен обеспечить совместную работу датчиков, измерительных цепей, работающих с ними, нормализующих (унифицирующих) элементов, входных устройств, линий связи и т.п. К наиболее важным характеристикам аналогового интерфейса измерительной части ИИС следует отнести погрешность измерения (из ряда 5; 2,5; 1; 0,5; 0,25; 0,1%), быстродействие (5; 1; 0,1; 10-2; 10-3; 10-4 с на одно измерительное преобразование), удаление объекта измерения от аппаратуры (до 5 м – внутренний монтаж; до 100 м – на установках; до 3000 м – в цехах; до 10000 м – на заводе; в распределенном производстве). Следует также оценить уровни и характер помех, действующих в месте работы ИИС. В аналоговой измерительной части могут быть использованы сигналы с непрерывными и импульсными видами модуляции, реализованы структуры как непосредственного, так и компенсационного преобразований. Защита входных измерительных цепей ИИС от помех Под помехоустойчивостью ИИС понимается их способность противостоять вредному влиянию помех. Основные пути повышения помехоустойчивости ИИС связаны с улучшением защиты от помех аналоговых измерительных цепей систем и с уменьшением влияния помех на результат измерения путем соответствующей обработки измерительной информации в ИИС. Виды и источники помех Помехи могут вызываться процессами, происходящими внутри ИИС, а также влиянием внешних источников помех. Причинами внутренних помех могут служить тепловые шумы в резисторах, термо-ЭДС, изменение сопротивления изоляции, перекрестные влияния измерительных цепей, связи измерительных цепей с цепями питания. К внутренним помехам могут быть также отнесены изменения напряжения источников питания, превышающие допустимые: не считается помехой только кратковременное (от 1 до 30 периодов частоты сети) понижение напряжения сети питания до 30% номинального, полный перерыв в питании может быть до 100 мс. Кроме того, через сеть питания могут проникать импульсные высокочастотные возмущения (до 20 МГц) с повышенной амплитудой и длительностью до нескольких микросекунд. Внешние атмосферные помехи возникают в результате разрядов молний, возникающих в большом количестве (до сотен разрядов в секунду) на Земле, а также от электризации частиц (пыли, снега) в атмосфере Земли. К другому виду внешних электрических помех относятся индустриальные помехи, создающиеся промышленными установками, радиостанциями, электрооборудованием автотранспорта и т.п. Расположенные вблизи измерительных цепей электроэнергетические установки и силовая проводка питания являются основными источниками так называемых наведенных, или поперечных, помех. Эти помехи являются следствием воздействия внешних электромагнитных полей, а также реактивных связей измерительных цепей с источниками помех. В свою очередь такие факторы, как изменение сопротивления изоляции (от влияния повышенной температуры), появление разности потенциалов в разных точках заземления аналоговой измерительной цепи, тепловые шумы могут явиться источниками помех другого вида, которые носят название продольных. По форме помехи любого происхождения разделяются на импульсные, флуктуационные и регулярные. Импульсные помехи – это случайно появляющиеся импульсы (но обычно с интервалом не менее длительности импульса) произвольной формы. При независимости времени и амплитуды импульсов помех вероятность появления K импульсов в течение времени t будет равна  , где K0 – среднее число импульсов в единицу времени. Плотность распределения вероятностей логарифмов амплитуд импульсов Весьма часто форма импульсов имеет экспоненциальный характер:  Флуктуационные помехи – непрерывный случайный процесс, распределение вероятностей которого близко к нормальному:  .Корреляционные функции помехи часто описываются выражениями:  .Регулярные помехи наиболее часто проявляются в виде наведенных помех с частотой сети и ее гармоник:  Весьма широко используется разделение помех на аддитивные, независимые от полезного сигнала, и мультипликативные. Аддитивные помехи y(t) могут суммироваться с полезным сигналом x(t), а мультипликативные помехи служат множителем этого сигнала. Основные способы защиты от помех Для уменьшения влияния продольных помех используется ряд мер. Одна из них – гальваническое разделение частей цепи, в которых имеются места заземления. Гальваническое разделение производится преимущественно с помощью трансформаторов и разделительных конденсаторов. Защита измерительных цепей от внешних наведенных (поперечных) помех достигается рядом мер, к числу которых относятся уменьшение длины проводов за счет приближения к датчикам аналого-цифровых измерительных устройств, а также сближение и скрутка проводов, идущих к датчикам. При скрутке проводов ЭДС, наводимые в отдельных элементарных контурах, вычитаются, и благодаря этому удается уменьшить влияние поперечных помех на измерительные провода на несколько порядков. Применяют также магнитное и электростатическое экранирование входных цепей от низкочастотных и высокочастотных магнитных полей. Экраны должны иметь замкнутую поверхность, охватывающую измерительную цепь и отдельно источники переменного тока. Части систем с разными потенциалами или имеющие гальванические развязки должны иметь сои экраны. Экранировка проводов может ослабить наведенные помехи 50 Гц до 30 дБ. При синусоидальной наведенной помехе возможно выполнение измерений в моменты, когда помеха принимает допустимо малый размер. При таком методе удается получить значительное ослабление помехи. Для уменьшения внутренних помех целесообразно провода питания прокладывать и экранировать отдельно от измерительных проводов с низким уровнем полезного сигнала, коммутация сигналов высокого и низкого уровней должна проводиться отдельными коммутаторами. В необходимых случаях следует использовать специальные средства защиты от перерывов питания. Должны быть продуманы места заземления измерительных цепей. Некоторые из таких мест определяются правилами электробезопасности или технологическими приемами монтажа элементов измерительной цепи (присоединением спая термопар к металлической поверхности). Дальнейшее повышение помехоустойчивости может быть достигнуто обработкой суммы сигнала с помехой, имеющей случайный характер, в аналоговом или цифровом виде. Наиболее часто встречающиеся виды обработки – фильтрация и накопление сигналов, в течение которого происходит усреднение. В интегрирующих АЦП ослабление влияния помех может достигать 100 дБ. При проектировании аналоговых измерительных цепей выбирается такой комплекс средств защиты, при котором действие помехи не превышает заданного уровня. Основные структуры аналого-цифровой части Аналого-цифровая часть (АЦЧ) ИИС состоит из аналоговых измерительных каналов и системных аналого-цифровых устройств. Аналоговые измерительные каналы предназначены для восприятия входных величин, их преобразования в измерительные сигналы с помощью измерительных цепей, а системные аналого-цифровые устройства служат для выполнения заданного множества аналого-цифровых преобразований в составе самих систем. К основным элементам любых АЦЧ относятся датчики и аналоговые измерительные цепи (Д), устройства, формирующие значения образцовых мер (М), устройства сравнения аналоговых сигналов образцовых мер (УС). В предположении, что необходимо измерить n величин. Максимальное число датчиков в этом случае должно быть равно n, минимальное – одному. В последнем случае датчик должен последовательно воспринимать все n величин. В первом приближении максимальное количество устройств сравнения и образцовых мер равно n, а минимальное – 1. На рис. 5 представлены наиболее распространенные структуры. К ним относятся структуры АЦЧ параллельного принципа (рис. 5, а), параллельного принципа с общим набором образцовых мер (рис. 5, б) и последовательного принципа действия (рис. 5, г). Названия: а – многоканальные, б – мультиплицированные, в – многоточечные, г – сканирующие или развертывающие структуры.  |