Измерительно вычислительный комплекс измерительная система в чем разница между

Измерительные системы, и измерительно-вычислительные комплексы

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные, контролирующие, управляющие. По числу измерительных каналов системы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоканальные.

Измерительно-вычислительные комплексы

Важной их разновидностью являются информационно-измерительные системы. (ИИС), предназначенные для представления измерительной информации в виде, необходимом потребителю. По организации алгоритма функционирования различают системы:

Наиболее перспективным методом разработки и производства ИИС является метод агрегатно-модулъного построения из сравнительно ограниченного набора унифицированных, конструктивно законченных узлов или блоков.

Связь между блоками системы и их совместимость устанавливается посредством стандартных интерфейсов. Под интерфейсом понимается совокупность механических, электрических и программных средств, позволяющих объединять блоки в единую систему.

Структура ИИС довольно разнообразна и существенно зависит от решаемых задач.

Измерительно-вычислительные комплексы (ИВК)

Техническая подсистема должна содержать СИ 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 программного обеспечения 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. Программное обеспечение представляет собой взаимодополняющую, взаимодействующую совокупность подпрограмм, реализующих:

Большое значение имеет эффективное и наглядное построение экранных форм и управляющих элементов, называемых интерфейсом пользователя, обеспечивающих взаимодействие оператора с компьютером. 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, “горячих” клавиш.

Измерительно-вычислительные комплексы предназначены для выполнения таких функций, как:

Для реализации этих функций ИВК должен обеспечивать:

Виды 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 специализированных комплексов экономически нецелесообразна.

Основными составными частями комплекса являются (рис. 7.15):

Рис. 7.15. Структурная схема измерительно-вычислительного комплекса

АЦП преобразует сигнал в цифровой код и передает его через интерфейс в компьютер. Работой всей аппаратной части ИВК управляет компьютер. Это осуществляется посредством:

По команде оператора выбирается тот или иной режим работы ИВК из числа реализованных в программном обеспечении. Компьютер рассчитывает цифровой код, описывающий заданное изменение во времени каждого из М испытательных сигналов, и в виде двоичного цифрового кода записывает в оперативные запоминающие устройства формирователя испытательных сигналов (на рис. 7.15 не показаны). 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 учитываются компьютером. Полученные коды обрабатываются по заданным алгоритмам, в результате получается искомая измерительная информация.

Источник

Измерительно-вычислительные комплексы

Измерительные системы и

Усложнение современного производства, развитие научных исследований привело к необходимости измерять и контролировать одновременно сотни и тысячи различных физических величин. Естественная физиологическая ограниченность возможностей человека в восприятии и обработке больших объемов информации стала одной из причин появления таких СИ, как измерительные системы. Измерительные системы — это 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, например производства стали, электроэнергии и т.п.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные, контролирующие, управляющие. По числу измерительных каналов системы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоканальные.

Важной их разновидностью являются информационно-измерительные системы (ИИС), предназначенные для представления измерительной информации в виде, необходимом потребителю. 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.

Наиболее перспективным методом разработки и производства ИИС является метод агрегатно-модульного построения из сравнительно ограниченного набора унифицированных, конструктивно законченных узлов или блоков. При построении агрегатированных систем должны быть решены задачи совместимости и сопряжения блоков как между собой, так и с внешними устройствами. Применительно к ИИС существует пять видов совместимости:

• информационная, которая предусматривает согласованность входных и выходных сигналов по видам и номенклатуре, информативным параметрам и уровням;

• конструктивная, обеспечиваемая согласованностью эстетических требований, конструктивных параметров, механических сопряжений блоков при их совместном использовании;

• энергетическая, предполагающая согласованность напряжений и токов, питающих блоки;

• метрологическая, обеспечивающая сопоставимость результатов измерений, рациональный выбор и нормирование метрологических характеристик блоков, а также согласование параметров входных и выходных цепей;

• эксплуатационная, т.е. согласованность характеристик блоков по надежности и стабильности, а также характеристик, определяющих влияние внешних факторов.

Связь между блоками системы и их совместимость устанавливается посредством стандартных интерфейсов. Под интерфейсом понимается совокупность механических, электрических и программных средств, позволяющих объединять блоки в единую систему.

Структура ИИС довольно разнообразна и существенно зависит от решаемых задач. Детально вопросы проектирования таких систем рассмотрены в [62, 71, 81- 83].

Важной разновидностью ИИС является измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) — функционально объединенная совокупность средств измерений, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения конкретной измерительной задачи. Основными признаками принадлежности средства измерений к 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 СИ 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 программного обеспечения 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. Программное обеспечение 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, называемых интерфей сом пользователя, обеспечивающих взаимодействие оператора с компьютером. 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, “горячих” 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.

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 специализированных комплексов экономически нецелесообразна.

Основными составными частями комплекса являются (рис. 11.19):

• компьютер с периферийными устройствами, подключенными к нему, в том числе и посредством компьютерной сети;

• програмное обеспечение, 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 (например, на рис. 11.19 это i-й 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 (К — для первого ИК и L — для N-ro ИК). Структура ИК существенно зависит от решаемой задачи. Однако практически в любом случае каждый из них содержит аналоговый измерительный (АИП) и аналого-цифровой (АЦП) преобразователи. 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 (ИК1 на рис. 11.19), так и перед ним (ИК N на рис. 11.19).

Рис. 11.19. Структурная схема измерительно-вычислительного комплекса

АИП предназначен для преобразования измерительного сигнала в сигнал, однородный с входным сигналом АЦП (т.е. 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 (К сигналов в ИК1 на рис. 11.19) АИП состоит из К 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 (рис. 11.19 — ИК N). Он последовательно во времени проводит преобразование измерительного сигнала и последующее его масштабирование.

АЦП преобразует сигнал в цифровой код и передает его через интерфейс в компьютер. Работой всей аппаратной части ИВК управляет компьютер. Это осуществляется посредством:

• подачи управляющих сигналов различного рода;

• считывания и передачи по требуемым адресам цифровой информации (сигналы “Данные” и “Адрес” на рис. 11.19). Под “Адресом” понимается уникальный цифровой код, присвоенный конкретному блоку ИВК или его части и позволяющий компьютеру через интерфейс однозначно идентифицировать данное устройство.

По команде оператора выбирается тот или иной режим работы ИВК из числа реализованных в программном обеспечении. Компьютер рассчитывает цифровой код, описывающий заданное изменение во времени каждого из М испытательных сигналов, и в виде двоичного цифрового кода записывает в оперативные запоминающие устройства формирователя испытательных сигналов (на рис. 11.19 не показаны). Оттуда эти коды последовательно во времени циклически поступают на вход каждого из ЦАП. Формируемые на их выходах напряжения с помощью ПНИС преобразуются в тре буемые 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 инфор мация.

Каждый ИВК — это сложное техническое устройство, поэтому содержит средства диагностики его состояния. Измерительно-вычислительные комплексы рассмотрены в [84, 85].

Пример 11.4. Рассмотрим ИВК, который предназначен [86] для измерения магнитных характеристик и параметров прецизионных сплавов и электротехнических сталей, проводимого в соответствии с ГОСТ 12119-80. Структурная схема автоматизированного магнитоизмерительного комплекса (АМК) показана на рис. 11.20.

Интерфейс комплекса, используя сформированные в управляющем компьютере сигналы системной шины ISA, организует цифровую часть внутренней шины комплекса, состоящую из 16-разрядной шины данных, 14 радиальных адресных линий, двух линий для передачи сигналов, управляющих чтением и записью; 14 внутренних адресов АМК выбираются из разрешенных адресов компьютера, зарезервированных для внешних устройств. С помощью сигналов, передаваемых по внутренней шине, организуется работа всех модулей комплекса.

Синхронизацию работы комплекса обеспечивает программно-управляемый таймер, реализующий метод цифровой фазовой автоматической подстройки частоты. Он формирует два синхронизирующих сигнала: меандры с частотой перемагничивающего сигнала f и f/256. Последний обеспечивает дискретизацию перемагничивающего и измеряемых сигналов на N=256 точек. Таймер позволяет программно задавать частоту перемагничивающего сигнала в диапазоне от f_min = 20 Гц до f_mаx = 5120 Гц. Погрешность установки частоты не превышает 0,05%.

Рис. 11.20. Структурная схема автоматизированного

Для измерения параметров и характеристик испытуемый магнитный материал необходимо пере магнитить. Это осуществляется подачей испытательного сигнала — напряжения. При измерении ряда параметров должен быть обеспечен заданный режим перемагничивания, т.е. определенный закон изменения магнитной индукции в испытуемом образце (см. пример 2.4 в разд. 2.7). В частности, ГОСТ 12119-80 требует, чтобы при измерении удельных потерь индукция в испытуемом образце изменялась по синусоидальному закону, причем коэффициент гармоник не должен превышать 2%.

Испытательные сигналы в АМК формируются источником перемагничивающего сигнала (ИПС), состоящим из ЦАП, усилителя мощности (УМ) и аттенюатора (Атт). Формирование перемагничивающего сигнала происходит следующим образом. Компьютер по математической модели, описывающей требуемый сигнал, рассчитывает цифровой код, который представляется в виде массива из N=256 двоичных 12-разрядных чисел. Эти коды записываются в два буферных оперативных запоминающих устройства ЦАП (на рис. 11.20 не показаны). Из одного такого устройства последовательно во времени с частотой дискретизации fN коды поступают в 12-разрядный ЦАП, где преобразуются в переменное напряжение заданной частоты f и формы. Оно усиливается УМ и через аттенюатор поступает на блок первичных преобразователей (БПП). Аттенюатор предназначен для ступенчатого изменения уровня выходного сигнала в широких пределах, что дает возможность испытывать образцы магнитных материалов различных размеров.

Для формирования заданного закона перемагничивания используются итерационные методы [87], суть которых состоит в том, чтобы рассчитать и сформировать испытательный сигнал такой формы, при перемагничивании которым магнитная индукция в образце изменялась бы по заданному закону. Процесс формирования занимает во времени несколько тактов итераций, в течение которых закон изменения магнитной величины последовательно приближается к требуемому. Форма перемагничивающего напряжения задается программно.

Блок первичных преобразователей содержит испытуемый магнитный образец МО с намагничивающей w₁ и измерительной w₂ обмотками и эталонный резистор R₀. Ток с выхода аттенюатора, протекая по намагничивающей обмотке, перемагничивает испытуемый образец. Для получения измерительных сигналов, пропорциональных магнитной индукции и напряженности поля, в комплексе используются первичные преобразователи, рассмотренные в примере 11.2 (см. рис. 11.14).

Переменные напряжения, пропорциональные скорости изменения магнитной индукции и напряженности магнитного поля, поступают на вход измерительного канала, состоящего из коммутатора (Ком), масштабирующего усилителя (МУ) и 12-разрядного АЦП. В канале измеряемое переменное напряжение преобразуется в 256 значений цифрового кода, пропорциональных мгновенным значениям измеряемых напряжений в 256 точках дискретизации, равномерно распределенных по периоду измеряемого напряжения. Полученные массивы цифровых кодов поступают в компьютер, где путем пересчета определяются требуемые магнитные характеристики. Коммутатор реализует подключение четырех возможных входных сигналов u₁. u₄ (см. рис. 11.20). Последние два сигнала u₃ и u₄ нужны для автоматической калибровки коэффициента передачи масштабирующего усилителя (Е₀) и устранения смещения нуля в измерительном канале (нулевой потенциал).

где U_оп — прецизионное постоянное напряжение, используемое в АЦП, k_j, k_yj — коэффициенты передачи коммутатора и масштабирующего усилителя при измерении j-ro входного сигнала; N_j(t_i) — мгновенное значение выходного кода АЦП при измерении j-ro входного сигнала.

При измерении магнитных величин напряжения u₁ и u₂ описываются формулами (11.6) и (11.7). Из приведенного выше уравнения с учетом этих формул легко получить выражения, по которым компьютер проводит расчет мгновенных значений напряженности поля и скорости изменения магнитной индукции:

Для определения мгновенных значений магнитной индукции используются известные формулы численного интегрирования. Полученные пары [H(t_i); B(t_i)] описывают множество точек петли гистерезиса. С их помощью можно рассчитать практически любые магнитные характеристики и параметры испытуемого образца.

Программное обеспечение комплекса написано на языках Паскаль и Ассемблер. Функционально оно может быть разделено на несколько взаимосвязанных частей — подсистем, обеспечивающих ввод/вывод исходной информации об объекте и режимах испытаний, проведение различных режимов испытаний, вывод измерительной информации и ее архивирование, оперативную диагностику состояния комплекса, тестирование блоков комплекса.

Подсистема ввода/вывода исходной информации предназначена для настройки комплекса на измерение свойств конкретного образца при выбранном законе изменения магнитной индукции. Подсистема режимов испытаний является основной и дает возможность проводить: проверку метрологических параметров измерительного канала; установку амплитудных значений индукции и напряженности поля; магнитную подготовку испытуемого образца; измерение кривой намагничивания и кривой потерь; измерение петли гистерезиса и ее характерных точек; построение графиков ранее измеренных зависимостей, хранимых в виде файлов. При измерении всех характеристик имеется возможность выводить данные на диск, принтер, а также получать на экране монитора графики полученных зависимостей. Подсистема тестирования модулей комплекса позволяет контролировать метрологические характеристики ЦАП, АТТТТ и измерительного канала в целом. Для этого в состав комплекса включен (см. рис. 11.20) программно-управляемый прецизионный калибратор, состоящий из ПАП, усилителя (УК) и делителя (ДК) калибратора.

Источник

Измерительно вычислительный комплекс измерительная система в чем разница между

Средство измерений (СИ) является обобщенным понятием, объединяющим самые разнообразные, конструктивно законченные устройства, которые реализуют одну из двух функций:

− вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины. Показания СИ либо непосредственно воспринимаются органами чувств человека (например, пока­зания стрелочного или цифрового приборов), либо используются для преобразования другими СИ.

Последняя функция, являющаяся основной, может быть реализована посредством измерения. СИ должны содержать устройства, которые выполняют операции. В их число входят измерительные преоб­разователи, меры и устройства сравнения (компараторы) [12, 35].

Обобщенная структурная схема СИ показана на рис. 2.1. Сигнал с выхода измерительного преобразователя (ИП) поступает на первый вход устройства сравнения, на второй вход которого подается известный сигнал с выхода многозначной меры. Сравнение измеряемой и известной величин осуществляется при помощи устройства сравнения. Роль последнего в простейших СИ выполняет человек. Процесс изменения прекращается при достижении равенства между величинами и с точностью до кванта .

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема средства измерения

Структурная схема, показанная на рис.2.1, описывает три возможных результата:

− СИ включает все блоки и вырабатывает цифровой сигнал , доступный восприятию органами чувств человека. Возможно формирование выходных сигналов и , предназначенных только для преобразования другими СИ;

− СИ состоит только из измерительного преобразователя, выходной сигнал которого равен ;

− СИ содержит только меру, выходной сигнал которого равен аналоговому .

Работать СИ могут в двух режимах: статическом и динамическом. Статический режим — это такой режим работы СИ, при котором изменением измеряемой величины за время, требуемое для проведений одного измерения, можно пренебречь. В дин амическом режиме такое пренебрежение недопусти­мо, поскольку указанное изменение превышает допустимую погрешность.

2.2 Классификация средств измерений

По уровню автоматизации все СИ делятся на три группы:

− автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;

− автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов.

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на:

− стандартизированные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;

− нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

По отношению к измеряемой ФВ средства измерений делятся на:

− основные – это СИ той ФВ, значение которого необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

− вспомогательные – это СИ той ФВ, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерений требуемой точности.

Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям показана на рис.2.2.

2.2.1. Элементарные средства измерений

Элементарные средства измерений предназначены для реализации отдельных операций прямого измерения. К ним относятся меры, устройства равнения и измерительные преобразователи. Каждое из них, взятое по отдельности, не может осуществить операцию измерения.

Мера – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения ФВ одного или нескольких размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Рис. 2.2. Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и

Меры подразделяются на следующие типы:

− однозначные, воспроизводящие ФВ одного размера, напр., гиря 1кг;

− многозначные, воспроизводящие ФВ разных размеров, напр., конденсатор переменной емкости.

Устройство сравнения (компаратор) – это средство измерений, дающее возможность сравнивать друг с другом меры однородных величин или же показания измерительных приборов. Во многих относительно простых СИ роль компаратора выполняют органы чувств человека, главным образом зрение, например при сравнении отклонения указателя прибора и числа делений, нанесенных на его шкале.

Измерительный преобразователь (ИП) предназначен для выполнения одного измерительного преобразования (рис.2.3,а). Важнейшей характеристикой ИП является функция преобразования (рис.2.3,б) в виде . Отклонения реальной передаточной функции ИП от идеальной приводят к возникновению аддитивности, мультипликативной и нелинейной составляющих погрешности.

Линейный преобразователь – это ИП, имеющий линейную связь между входной и выходной величинами. Их важной разновидностью является

Рис. 2.3. Структурная схема измерительного преобразователя (а) и его функция

масштабный ИП, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз. Его уравнение преобразования имеет вид , где , – однородные входная и выходная величины; – постоянный коэффициент передачи.

По виду входных и выходных величин ИП делятся на:

− аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;

− аналого-цифровые (АЦП), предназначен для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

− цифроаналоговые (ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.

2.2.2. Комплексные средства измерений

Комплексные средства измерений предназначены для реализации всей процедуры измерения. К ним относятся измерительные приборы и установки и измерительные системы.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне ее измерения и выработки сигнала измерительной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительные системы – это 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. Рассмотрим подробнее классификацию и нформационно-измерительных систем.

2.2.3. Информационно-измерительные системы

Информационно-измерительные системы (ИИС) — это совокупность технических средств, выполненных в блочно-модульном исполнении, объединенных общим алгоритмом функционирования, обладающих набором нормированных метрологических характеристик и предназ­наченных для автоматического (автоматизированного) по­лучения информации непосредственно от объекта, преобразования ее, передачи, измерения, обработки, хранения и представления в форме, доступной для восприятия оператором и (или) ввода в управляющую систему.

ИИС позволяет осуществлять:

− непосредственную связь с объектом исследования;

− обработку измерительной информации;

− централизованное автоматическое (автоматизирован­ное) управление;

− многоканальные измерения различных физических величин.

Эти наиболее характерные признаки в комплексе при­сущи только измерительной системе.

В зависимости от выполняемых функций ИИС классифицируются по назначению на измерительные; автоматического контроля; технической диагностики; идентификации.

Изм ерительные ИИС, выполняющие прямые, косвенные, совокупные измерения с соответствующей математической обработкой и выдачей численного значения физической величины (телеизмерительные ИИС, если исследуемый объект находится на очень большом расстоянии);

ИИС автоматического контроля, предназначенные для установления соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой, определяющей качественно различные области его состояния. В результате система контроля выдает информацию о состоянии объекта контроля и об отклонениях от заданной нормы.

ИИС технической диагностики, дающие информацию о неисправностях и повреждениях какой-либо системы, на основании которой решается задача отыскания места повреждений и установления причин этих повреждений и неисправностей; выявления элементов, послуживших причиной неправильного функционирования и восстановления нормальной работы объекта.

ИИС идентификации (распознавания образов) предназначены для установления соответствия между объектом и заданным образом. Так же как и норма при контроле, при опознании образ может быть задан в виде образцового изделия или в виде перечня определенных свойств и значений параметров (признаков) с указанием полей допуска.

Структурную схему ИИС можно представить в виде совокупности (рис. 2.4) связанных между собой функциональных блоков. К ним относят, п ервичные преобразователи (ПП), размещены в определенных точках пространства. В качестве первичных преобразователей могут использоваться резистивные, емкостные, индуктивные, термоэлектрические, интегральные, голографические, телевизионные, рентгенографические ИП.

Рис. 2.4. Обобщенная структурная схема ИИС

Аналоговыми преобразователями являются нормирующие преобразователи аналоговых сигналов (масштабные преобразователи, преобразователи различного вида модуляции сигнала). Подробно первичные преобразователи рассматриваются в лекции 3.

Функциональные блоки могут соединяться между собой через стандартные интерфейсы, технические средства которых содержат системы шин, интерфейсных узлов (ИФУ) и устройств управления (УУ). Устройство управления принимает информацию от ПП, подает команды на исполнительные устройства (ИУ) для формирования воздействия на объект исследования (ОИ) в виде электрических, механических, тепловых, оптических, акустический и других величин.

Разнообразие требований к ИИС и условий их эксплуатации привели к необходимости иметь различные ИИС по назначению, характеристикам, а следовательно, по существенно различающимся структурам, функциональным схемам, основным блокам, средствам измерения, автоматизации и алгоритму работы. Существенно расширяется применение устройств памяти, широко используются наборы функциональных устройств, объединяемых стандартными интерфейсами. Большое значение приобретают диалоговые режимы работы оператора с ИИС; измерительные, контрольные и другие работы.

Интерфейс — система сопряжения между составляющими частями (подсистемами) системы обработки данных, включающая в себя аппаратные средства, линии связи (шины), протокол (совокупность правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия подсистем) и программное обеспечение процесса обмена информацией.

Система КАМАК ( САМАС — Computer Applications for Measurement and Control) рекомендована к использованию Международной электротехнической комиссией. КАМАК — это стандартная однопроцессорная модульная система, удовлетворяющая международным требованиям, в которой измерительные и управляющие системы создают путем установки соответствующих вставных модулей в стандартные секции.

Интерфейс КАМАК предусматривает возможность построения систем с двумя и более уровнями централизации; раздельные системы шин для информационных и управляющих потоков; магистральную систему шин, работающую совместно с несколькими радиальными шинами, связывающими все блоки управления, параллельный порядок выполнения операций обмена информацией; объединение активных блоков приемник— источник; синхронный обмен информацией; работу с любой ЭВМ; унификацию конструкции; унификацию питания.

В ИФУ КАМАК унифицированы 86-контактные разъемы и соединение всех шин с контактами разъемов. К достоинствам ИФУ КАМАК можно отнести модульную структуру, приспособленную к гибкому построению и относительно несложному изменению состава системы к широкой кооперации в производстве устройств ИФУ, высокую пропускную способность, строго формализованную организацию обмена информацией. С другими стандартными интерфейсами можно ознакомиться в дополнительной литературе [7].

2.2.4. Измерительно-вычислительные комплексы

Системы, содержащие программно-управляемые цифровые вычислительные средства (микропроцессоры, малые ЭВМ), обладают определенной универсальностью и при соответствующем программном обеспечении могут выполнять функции систем различного назначения.

Измерительные системы, содержащие такие вычислительные средства, называют измерительно-вычислительными (ИВС). Универсальное ядро ИВС называют измерительно-вычислительным комплексом (ИВК).

Измерительно-вычислительный комплекс — автоматизированные средства измерения и обработки информации, предназначенные для исследования сложных объектов и представляющие собой совокупность программно-управляемых средств (измерительных и вычислительных) и средств воздействия на объект исследования.

Измерительно-вычислительные комплексы, производимые серийно, проходят государственные контрольные испытания и аттестацию.

2.3. Системы видеонаблюдения

Телевизионные системы сбора и регистрации информации на ж.-д. транспорте [21] применяются для обзора сортировочных станций и пассажирских платформ, территорий вокзала, переездов, контейнерных площадок; для коммерческого осмотра поездов; для наблюдения за экипировкой локомотивов и проверки прибытия поезда в полном составе.

Телевизионные установки (рис.2.5) в упрощенном виде содержат несколько передающих камер и дистанционное управление (фокусировка, диафрагмирование, поворот и наклон камеры и пр.). Рассмотрим, например, блок схему устройства считывания номеров единиц подвижного состава с помощью видеокамер (рис.2.6).

Рис. 2.5. Упрощенная структурная схема систем видеонаблюдения

Рис. 2.6. Блок-схема устройства считывания номеров единиц

подвижного состава с помощью видеокамер

Устройство (рис.2.6.) работает следующим образом. Видеосигнал с импульсной телекамеры по кабельной линии связи поступает в блок управления БУ на усилитель и селектор, выделяющий синхросигналы из телевизионного сигнала. Синхросигналы, усиливаясь, передаются в блок автоматического регулирования скорости вращения магнитного диска БАР и делителя частоты. С выхода делителя частоты кадровые синхроимпульсы поступают на блок синхронизации разрешения записи и позиционирования БСРЗ.

При «записи» видеосигнал поступает на видеоконтрольное устройство ВУ, аналого-цифровой преобразователь АЦП и частотный модулятор ЧМ. Телевизионный сигнал от ЧМ поступает в канал записи КЗ и записывается на магнитный диск. Видеомагнитофон ВМ производит запись телевизионного сигнала. При «чтении» частотно-модулированный сигнал считывается с магнитного диска, усиливается в канале воспроизведения КВ накопителя Н и поступает на частотный демодулятор ЧД и через БУ включается ВУ. Разрешение записи управляется с помощью блока управления позиционированием видеоголовок «БУпоз».

2.4. Заключение

Ввиду ограничения объема конспекта лекций были рассмотрены не все вопросы, касающиеся технического обеспечения ССИ. Сопряжение компьютеров и микропроцессорных устройств с датчиками, построение информационных систем на базе агрегатных комплексов, техническое исполнение и характеристики преобразователей будут рассмотрены отдельно в специальном методическом пособии.

Источник