ИИТ. Информационно-измерительная техника (иит). Общие сведения Информационноизмерительная техника (иит)
 Скачать 6.71 Mb.
|
Рис. 5. Основные варианты структур аналого-цифровой части ИИССтруктура параллельного действия (многоканальная) Основные достоинства многоканальных структур связаны с возможностью измерения разнородных физических величин, использования одноканальных измерительных устройств, достижения максимального быстродействия и высокой схемной надежности. Надежность многоканальных структур зависит от предъявляемых к ним требований. Если считать, что структура работоспособна при исправности всех элементов, входящих в нее, то тогда (при одинаковых измерительных каналах) вероятность безотказной работы такой структуры может быть относительно низкой:  .Но если считать, что измерительные каналы резервируют друг друга, то вероятность безотказной работы структуры будет равна  . Реальная надежность такой структуры будет находиться между надежностями этих двух крайних ситуаций: .Основной недостаток структуры связан с наибольшим (по сравнению с другими структурами) количеством формирующих ее элементов. Мультиплицированная структура (с общей образцовой величиной)  В этой структуре производится коллективное преобразование всех n аналоговых сигналов от измерительных цепей за один цикл изменения образцовой величины Xk и при этом могут выполняться операции преобразования обработки и информации. В мультиплицированных структурах имеется возможность разделения общего количества датчиков n на p групп. Каждая их групп датчиков охватывается своим диапазоном изменения образцовой величины (рис. 6). На выходе устройств сравнения в момент равенства измеряемой величины и известного текущего значения Xk образцовой величины появляются сигналы, позволяющие получать результаты преобразования.  Рис. 6. Измерение n величин, разделенных на p групп Устройство формирования образцовой величины может генерировать линейно зависящую от времени функцию. Тогда в мультиплицированной структуре производится, по существу, время-импульсное преобразование измеряемых величин. Если генерируется ступенчато нарастающая функция, то существенно упрощается получение цифрового результата измерения. Если образцовая величина формируется в зависимости от линейного или углового перемещения какого-то задающего устройства, то упрощаются возможности представления результатов измерения в графическом виде. Структура параллельно-последовательного действия (многоточечная) Наиболее типичная и распространенная ситуация, в которой используются структуры параллельно-последовательного действия, состоит в необходимости получения измерительной информации о заданном количестве однородных или разнородных величин, воспринимаемых с помощью датчиков. Структура последовательного действия (сканирующие системы) В структурах последовательного действия операции получения информации выполняются последовательно во времени с помощью одного канала аналого-цифрового преобразования. Если измеряемая величина распределена в пространстве или объектом измерения являются собственно координаты некоторой точки или области пространства, то восприятие информации в таких структурах выполняется с помощью одного так называемого сканирующего датчика. Сканирующие структуры могут классифицироваться по количеству измеряемых величин. Они могут выполнять операции аналого-цифрового преобразования места расположения некоторой точки на прямой линии, точки или кривой на плоскости или в пространстве. В качестве системы координат могут быть использованы различные, в том числе нелинейные, системы. Сканирующие датчики могут быть выполнены таким образом, что они при выполнении операций восприятия информации входят в непосредственный контакт с исследуемым параметром или областью сканирования либо воспринимают измеряемые величины при отсутствии непосредственного контакта. Примерами контактных датчиков могут служить термопары или термометры сопротивлений, бесконтактных – радиационные пирометры. Сканирование путем перемещения контактного датчика вдоль объекта измерения широко используется при геофизических исследованиях, в океанологических исследованиях. Дистанционное сканирование с помощью бесконтактных датчиков с постоянным полем их восприятия применяются в радиолокационных системах измерения дальности, в ультразвуковой дефектоскопии, при измерении параметров тепловых полей по инфракрасному излучению. 8. ИВК Важной разновидностью ИИС является измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) – функционально объединенная совокупность средств измерений, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения конкретной измерительной задачи. Основными признаками ИВК являются: наличие процессора или компьютера; программное управление средствами измерений; наличие нормированных метрологических характеристик; блочно-модульная структура, состоящая из технической (аппаратной) и программной (алгоритмической) подсистем. Техническая подсистема должна содержать средства измерений электрических величин (измерительные компоненты), средства вычислительной техники (вычислительные компоненты), меры текущего времени и интервалов времени, средства ввода-вывода цифровых и аналоговых сигналов с нормированными метрологическими характеристиками. В программную подсистему ИВК входят системное и общее прикладное программное обеспечение (ПО), в совокупности образующие математическое обеспечение ИВК. Системное ПО представляет собой совокупность ПО компьютера, используемого в ИВК, и дополнительных программных средств, позволяющих работать в диалоговом режиме, управлять измерительными компонентами; обмениваться информацией внутри подсистем комплекса; проводить диагностику технического состояния. ПО представляет собой взаимодополняющую, взаимодействующую совокупность подпрограмм, реализующих: типовые алгоритмы эффективного представления и обработки измерительной информации, планирования эксперимента и других измерительных процедур; архивирование данных измерений; метрологические функции ИВК (аттестация, поверка, экспериментальное определение метрологических характеристик и т.п.). Большое значение имеет эффективное и наглядное построение экранных форм и управляющих элементов (интерфейса пользователя). Эффективность интерфейса заключается в быстром, насколько это возможно, развитии у пользователей простой концептуальной модели взаимодействия с комплексом. Другими важными характеристиками интерфейса являются его конкретность и наглядность, что обеспечивается с помощью последовательно раскрываемых окон, раскрывающихся вложенных меню и командных строк с указанием функциональных клавиш. Измерительно-вычислительные комплексы предназначены для выполнения таких функций, как: осуществление прямых, косвенных, совместных или совокупных измерений физических величин; управление процессом измерений и воздействием на объект измерений; представление оператору результатов измерений в требуемом виде. Для реализации этих функций ИВК должен обеспечивать: восприятие, преобразование и обработку электрических сигналов от первичных измерительных преобразователей; управление средствами измерений и другими техническими компонентами, входящими в состав ИВК; выработку нормированных сигналов, являющихся входными для средств воздействия на объект; оценку метрологических характеристик и представление результатов измерений в установленной форме. 8.1. Классификация ИВК По назначению ИВК делятся на типовые, проблемные и специализированные.Типовые комплексы предназначены для решения широкого круга типовых задач автоматизации измерений, испытаний или исследований независимо от области применения.Проблемные комплексы разрабатываются для решения специфичной для конкретной области применения задачи автоматизации измерений. Специализированные ИВК предназначены для решения уникальных задач автоматизации измерений, для которых разработка типовых и проблемных комплексов экономически нецелесообразна. 8.2. Состав ИВК Основными составными частями комплекса являются (рис. 7): компьютер с периферийными устройствами, подключенными к нему; ПО, представляющее собой совокупность взаимосвязанных программ, написанных на алгоритмических языках разного уровня; интерфейс, организующий связь технических устройств ИВК с компьютером; формирователь испытательных сигналов, которыми воздействуют на объект измерения с целью получения измерительных сигналов. Каждый такой сигнал вырабатывается с помощью последовательно соединенных ЦАП и преобразователя «напряжение – испытательный сигнал» (ПНИС); измерительные каналы (ИК), предназначенные для преобразования в цифровой код заданного числа сигналов (K – для первого ИК и L – для N-го ИК). Структура ИК существенно зависит от решаемой задачи. Однако практически в любом случае каждый из них содержит аналоговый измерительный преобразователь (АИП) и АЦП. При обработке нескольких измерительных сигналов одним АЦП в состав комплекса включается коммутатор, предназначенный для поочередного подключения сигналов к входу АЦП. Коммутатор может включаться как после АИП (ИК 1), так и перед ним (ИК N).  Рис. 7. Структурная схема ИВК АИП предназначен для преобразования измерительного сигнала в сигнал, однородный с входным сигналом АЦП (в напряжение), и масштабирования (усиления или ослабления) его до уровня, необходимого для проведения операции аналого-цифрового преобразования с минимальной погрешностью. При наличии нескольких измерительных сигналов (K сигналов в ИК 1) АИП состоит из K независимых последовательно соединенных первичных преобразователей и управляемых компьютером масштабируемых усилителей. Если же измерительные сигналы являются однородными физическими величинами и могут быть поочередно выбраны (скоммутированы), то в ИК целесообразно использовать только один АИП (ИК N). Он последовательно во времени проводит преобразование измерительного сигнала и последующее его масштабирование. АЦП преобразует сигнал в цифровой код и передает его в компьютер. Работой всей аппаратной части ИВК управляет компьютер посредством подачи управляющих сигналов различного рода, а также считывания и передачи по требуемым адресам цифровой информации (сигналы «Данные» и «Адрес»). По команде оператора выбирается тот или иной режим работы ИВК из числа реализованных в ПО. Компьютер считывает цифровой код, описывающий заданное изменение во времени каждого из М испытательных сигналов, и в виде двоичного цифрового кода записывает в ОЗУ формирователя испытательных сигналов. Оттуда эти коды последовательно во времени циклически поступают на вход каждого из ЦАП. Формируемые на их выходах напряжения с помощью ПНИС преобразуются в требуемые физические величины, воздействующие на объект измерения. Измерительные сигналы, представляющие собой отклик объекта измерения на испытательные воздействия, преобразуются в измерительных каналах в двоичный цифровой код и считываются компьютером. Полученные коды обрабатываются по заданным алгоритмам, в результате получается искомая измерительная информация.  В качестве примера можно рассмотреть ИВК, который предназначен для измерения магнитных характеристик и параметров прецизионных сплавов и электротехнических сталей. Структурная схема автоматизированного магнитоизмерительного комплекса (АМК) показана на рис. 8.  |