Автоматизація метрологічних робіт, її мета і задачі. Основні напрямки автоматизації метрологічної діяльності

Скачати 0.83 Mb.

Назва	Автоматизація метрологічних робіт, її мета і задачі. Основні напрямки автоматизації метрологічної діяльності
Сторінка	1/6
Дата	21.03.2013
Розмір	0.83 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Інформатика > Документи

1 2 3 4 5 6

Автоматизація метрологічних робіт, її мета і задачі. Основні напрямки автоматизації метрологічної діяльності.

У метрологічній практиці часто доводиться займатися вивченням властивостей вимірювальних приладів, датчиків, зразкових мір. Через вплив різних факторів у ЗВ протікають деградаційні процеси, у результаті чого їхні метрологічні характеристики змінюються, а самі вони вимагають періодичної повірки.

Автоматизація – один з магістральних напрямів підвищення ефективності метрологічних робіт, покликаний забезпечити високі темпи науково-технічного прогресу в приладобудуванні та машинобудуванні за рахунок:

- підвищення якості досліджень на основі уточнення моделей досліджуваних об’єктів, явищ, процесів;

- одержання більш повних даних про досліджувані ЗВ;

- скорочення строків метрологічних досліджень і зниження витрат на основі зменшення трудомісткості вимірювань, прискорення експериментів, зменшення помилок;

- оптимізації вимірювального експерименту, підвищення точності вимірювань.

Основні напрямки автоматизації в метрологічній діяльності:

1) дослідження еталонів фізичних величин. Висока точність еталону підтримується двома способами: активним і пасивним. Активний спосіб пов’язаний з стабілізацією зовнішніх умов, послаблення впливу негативних факторів, виключення форсованих режимів використання еталона. Пасивний спосіб полягає в непрямих дослідженнях метрологічних характеристик еталона.

Для підвищення надійності основні вузли еталона виконують в декількох екземплярах. Основним прийомом в дослідженнях групової міри є взаємне порівняння мір в групі. Процедура порівняння формалізується і тому легко піддається автоматизації.

Для виявлення можливого систематичного дрейфу всієї групової міри проводять міжнародні порівняння.

Сучасні еталони – це складні вимірювальні комплекси, і дослідження їх властивостей являє собою різноплановий фізичний експеримент. Автоматизація досліджень еталонів має на меті інтенсифікацію цих робіт, скорочення часу на їх проведення, а також підвищення точності;

2) дослідження засобів вимірювання і повірочні роботи. Призначення повірочних робіт полягає у вилучення з обігу засобів вимірювання, метрологічні характеристики яких змінились настільки, що не задовольняють приписаним вимогам. У подальшому ці ЗВ або відновлюються, або списуються.

Масовість повірочних робіт, ускладнення вимірювальної техніки потребують інтенсифікації цього виду метрологічної діяльності шляхом автоматизації.

Автоматизація повірки передбачає:

– скорочення часу повірки на основі програмно керованих мір фізичних величин, автоматичного опрацювання і документування результатів повірки;

– підвищення точності вимірювань на основі багаторазових спостережень;

– скорочення часу переладнання з одного виду повірки на інший на основі використання програмно переналагоджуваних повірочних засобів;

– збільшення міжповірочного інтервалу засобів вимірювань на основі автоматизованих процедур самоповірки і вбудованих мір;

– підвищення продуктивності повірочних робіт на основі широкого використання типових автоматизованих робочих місць (АРМ) метролога і уніфікації їх апаратних засобів;

– скорочення непродуктивних затрат на основі оперативного отримання проміжних даних у зручній формі і прийняття проміжних рішень в ході повір очної процедури;

3) дослідження вимірювальних перетворювачів (давачів). Задача метрологічних досліджень давача – визначення його градуювальної характеристики (функції перетворення).

Типова схема автоматизованого вимірювального експерименту.

Рисунок 1.1 – Типова схема автоматизованого

вимірювального експерименту

Канал вимірювання включає набір давачів, необхідних для перетворення вимірюваних фізичних величин в електричні сигнали, комутатор, що дозволяє підключати потрібний аналоговий сигнал до входу АЦП, сам аналого-цифровий перетворювач, що виконує перетворення аналогового сигналу в цифровий двійковий код.

Інтерфейс служить для сполучення вимірювальної частини системи з керуючою ЕОМ і реалізує функції обміну інформацією.

Канал керування дозволяє активно впливати на об’єкт (міняти температурний режим, деформувати і т.п.), стежачи одночасно за реакцією на цей вплив. Така можливість значно збагачує вимірювальний експеримент.

Наявність ЕОМ в експерименті при відповідному математичному забезпеченні дозволяє проводити ще й обчислювальний експеримент, тобто використовувати імітаційне моделювання замість натурного.

АРМ метролога: вимоги, структура, основні функції.

1.3 Автоматизоване робоче місце метролога

Вимоги до АРМ метролога:

1) АРМ повинно бути багатофункціональним і забезпечувати переналадку з одних вимірювальних задач на інші програмним способом;

2) АРМ повинно мати можливість багатоканальних вимірювань і оброблення аналогових електричних сигналів у широкому частотному і динамічному діапазонах з метою сполучення АРМ з давачами різного призначення;

3) архітектура АРМ повинна виключати надлишковість засобів вимірювання з метою підвищення їх коефіцієнта використання;

4) АРМ повинно включати до свого складу міри фізичних величин, які забезпечують самоповірку і самодіагностику його функціональних вузлів програмним способом;

5) в АРМ повинна бути передбачена можливість сполучення його з іншими ЗВ, а також з системами більш високого рівня;

6) висока надійність апаратних і програмних засобів АРМ повинна поєднуватися з розвинутим програмним забезпеченням, яке накриває основні дослідницькі і повірочні задачі в метрологічних роботах;

7) в АРМ повинна бути передбачена можливість керування об’єктом вимірювання.

Рисунок 1.4 – Приклад структури АРМ метролога

Інформаційно-вимірювальні системи, їх класифікація. Узагальнена структурна схема ІВС.

За функціональним призначенням ІВС діляться на:

1) вимірювальні ІВС, що виконують прямі, непрямі, спільні та сукупні вимірювання з відповідною математичною обробкою і видачею числового значення фізичної величини (телевимірювальні ІВС, якщо об’єкт перебуває на дуже великій відстані);

2) ІВС автоматичного контролю, призначені для встановлення відповідності між станом (властивістю) об’єкта контролю і заданою нормою, що визначає якісно різні області його стану. ІВС видає інформацію про стан об’єкта контролю та про відхилення від заданої норми;

3) ІВС технічної діагностики, що дають інформацію про несправності і ушкодження якоїсь системи, на підставі якої вирішується задача відшукання місця ушкоджень і встановлення причин цих ушкоджень і несправностей, виявлення дефектних елементів і відновлення нормальної роботи об’єкта;

4) ІВС ідентифікації (розпізнавання образів), призначені для встановлення відповідності між об’єктом і заданим образом. При цьому образ може бути заданий у вигляді зразкового виробу або у вигляді переліку певних властивостей і значень параметрів із вказівкою полів допуску.

За організацією алгоритму функціонування ІВС розрізняють:

1) системи із жорстким заздалегідь заданим алгоритмом функціонування;

2) програмовані системи;

3) адаптивні системи.

У системах із жорстким алгоритмом функціонування алгоритм роботи ІВС не змінюється, тому такі системи застосовуються для дослідження об’єктів, що працюють у певному режимі.

У програмованих системах алгоритм роботи змінюється відповідно до заздалегідь заданої програми, що складається залежно від умов функціонування об’єкта дослідження.

В адаптивних системах алгоритм роботи, а іноді й структура ІВС змінюються, пристосовуючись до змін вимірюваних величин і умов роботи об’єкта дослідження. При побудові адаптивної ІВС потрібна менша кількість апріорної інформації, що має велике значення при дослідженні нових об’єктів, характеристики яких ще мало відомі.

Рисунок 2.1 – Узагальнена структурна схема ІВС

Найбільш перспективним методом проектування ІВС на сьогоднішній день є принцип агрегатно-модульної побудови різних систем з порівняно обмеженого набору уніфікованих вузлів, що випускаються промисловістю.

Агрегатно-модульний принцип побудови ІВС передбачає застосування стандартних інтерфейсів, під якими розуміють як сукупність правил, протоколів і програмного забезпечення процесу обміну інформацією, так і технічні засоби сполучення модулів у системі.

Залежно від способу організації передачі інформації між функціональними вузлами, що є приймачами і передавачами інформації, розрізняють три типи структури:

1) послідовну (ланцюжкову);

2) радіальну;

3) магістральну структуру.

Основні напрямки розвитку ІВС: мікропроцесорні ЗВ, ІВК, комп’ютерні вимірювальні системи.

Основні напрямки розвитку автоматизації вимірювань:

1) вимірювальні прилади з вбудованими мікропроцесорами;

2) вимірювально-обчислювальні комплекси;

3) комп’ютерні вимірювальні системи.

Вимірювально-обчислювальні комплекси реалізуються на основі магістрально-модульного принципу побудови. При цьому кожний функціональний елемент реалізовано у вигляді окремого модуля, а сполучення здійснюється за допомогою одного зі стандартних інтерфейсів. Типова структура вимірювально-обчислювального комплексу, виконаного на базі приладового інтерфейсу, наведена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 – Приклад структури вимірювально-обчислювального комплексу

Комп’ютерні вимірювальні системи об’єднують вимірювальні, обчислювальні та керуючі засоби на власній шині ЕОМ, що дозволяє виконати більшість функціональних блоків на одній платі, вбудованій в ЕОМ. Приклад структури комп’ютерної вимірювальної системи наведено на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Приклад структури комп’ютерної вимірювальної системи

Вимірювальні системи: багатоканальні, скануючі, мультипліковані, багатоточечні.

2.1 Вимірювальні системи
Характеризуються перевагою функцій вимірювання, функції обробки й зберігання незначні або відсутні.

Залежно від виду і числа різних елементів у структурі вимірювальних систем їх ділять на:

1) багатоканальні ВС (з паралельною структурою)

2) скануючі ВС (з послідовною структурою)

Ці системи послідовно в часі виконують вимірювання багатьох величин за допомогою одного каналу вимірювання. Скануючий пристрій переміщає давач у просторі, причому траєкторія руху може бути заздалегідь запрограмована (пасивне сканування) або може змінюватися залежно від отриманої в процесі сканування інформації (активне сканування).

При дослідженнях параметричних полів (температур, тисків, механічних напруг, магнітних і ін.) такі ВС дають кількісну оцінку значень параметрів полів у заданих точках. Іноді за допомогою скануючих ВС визначають екстремальні значення параметрів досліджуваних полів або эквіпотенціальні області.

Недолік: відносно мала швидкодія через послідовне виконання операцій вимірювання для всіх вимірюваних величин.

3) мультипліковані ВС (с розгортаючим зрівноважуванням)

Ці системи дозволяють на протязі циклу зміни відомої величини (розгортки) виконати порівняння з усіма вимірюваними величинами. Зазвичай в таких системах вимірювана величина x рівняється з величиною, що лінійно змінюється, x_k. У момент рівності x і x_k формується інтервал часу T_x, пропорційний вимірюваній величині.

Переваги: мають менше число елементів у порівнянні із багатоканальними системами, а отже й меншу вартість при забезпеченні такої ж швидкодії.

Недоліки: велика кількість елементів порівняння. При вимірюванні сигналів низького рівня елементи порівняння значно ускладнюються.

4) багатоточечні ВС

Ці системи застосовуються для дослідження складних об’єктів з великим числом вимірюваних величин. Число вимірювальних каналів у таких системах може досягати декількох тисяч.

Достоїнства: менша кількість устаткування в порівнянні із багатоканальними системами, можливість нарощування числа вимірювальних каналів за рахунок комутатора.

Недоліки: знижена швидкодія при великій кількості опитуваних давачів і деяке зниження точності за рахунок залишкових параметрів ключів комутації.

Телевимірювальні системи.

Застосовуються в тих випадках, коли необхідно виконувати вимірювання на великих відстанях від об’єкта: вимірювання параметрів об’єктів, що рухаються, вимірювання параметрів об’єктів, розосереджених по площі (великі промислові підприємства, газо- і нафтопроводи), вимірювання параметрів об’єктів, безпосереднє знаходження людини біля яких є неможливим (об’єкти атомної енергетики).

Відмінністю ТВС є наявність у них каналу зв’язку. Як середовище передачі можуть використовуватися провідні лінії, радіолінії і оптичні лінії зв’язку. Для передачі інформації від декількох джерел по одній лінії зв’язку застосовують різні принципи розподілу каналів. Найчастіше використовують часовий і частотний розподіл каналів.

Залежно від інформативного параметра сигналу, яким передається значення вимірюваної величини по лінії зв’язку, ТВС бувають:

1) струмові;

2) частотні,

3) час-імпульсні;

4) цифрові.

У струмових ТВС розмір вимірюваної величини передається по провідних лініях зв’язку постійним струмом (0...5 мА). Дальність дії струмових ТВС становить 7–10 км для повітряних ліній, 20–25 км для кабельних каналів.

У частотних ТВС розмір вимірюваної величини передається по лініях зв’язку частотою синусоїдального або імпульсного сигналу, може використовуватися провідний і бездротовий зв’язок. Недоліки: перехресні наведення і завади. Дальність дії – сотні кілометрів.

У час-імпульсних ТВС розмір вимірюваної величини передається по лініях зв’язку тривалістю імпульсів або інтервалами між імпульсами. Дальність дії – сотні й тисячі кілометрів.

У цифрових ТВС розмір вимірюваної величини передається по лініях зв’язку двійковою кодовою комбінацією у вигляді комбінації імпульсів. Достоїнствами цифрових ТВС є високі метрологічні характеристики, можливість роботи з різних каналів зв’язку, висока завадозахищеність і можливість виводу інформації в ЕОМ.

Системи автоматичного контролю.

Сучасні системи автоматичного контролю (САК) ділять на системи, у яких здійснюється безперервний контроль параметрів об’єкта, і системи з дискретним послідовним контролем цих параметрів.

Рисунок 2.5 – Структурна схема одного каналу САК

з безперервним контролем

Пристрій вироблення і зберігання норм може бути загальним для декількох каналів або індивідуальним.

Системи з безперервним контролем вимагають великої кількості обладнання і тому застосовуються тільки для контролю найбільш відповідальних параметрів.

Рисунок 2.6 – Структурна схема САК з дискретним контролем

Недоліки систем з дискретним контролем: велика надмірність операцій контролю, можливість пропуску аварійних ситуацій.

Системи технічної діагностики.

Системи технічної діагностики (СТД) поділяють на власне діагностичні та прогнозуючі.

За характером вироблення оцінки стану об’єкта діагностики СТД поділяють на статистичні і детерміновані. При статистичній оцінці стану об’єкта рішення виноситься на підставі вимірювань або перевірок сигналів, що характеризують об’єкт, а при детермінованій – параметри об’єкта, що перевіряється, порівнюють із параметрами об’єкта, прийнятого за зразковий.

І

снують такі види перевірок: функціональна, алгоритмічна та логічно-комбінаційна. При функціональній перевірці виявляють наявність сигналу на виході об’єкта при надходженні сигналу на його вхід; відсутність вихідного сигналу є відмовою. При алгоритмічній перевірці відповідно до алгоритму роботи об’єкта перевіряється послідовність виконання функцій. Логічно-комбінаційна перевірка дозволяє виявляти несправності на будь-якому рівні. На вхід об’єкта, що перевіряється, у цьому випадку подають спеціальний діагностичний тест, спеціальні стимулюючі сигнали.
ОД – об’єкт діагностики, Д – давач, К – комутатор, П – перетворювач, ПКП – пристрій контролю параметрів, ПО – пристрій обробки, ОЗП – оперативний запам’ятовуючий пристрій, КП – керуючий пристрій, ПВП – пристрій вводу програми, ПРІ – пристрій розподілу інформації, ГСС – генератор стимулюючих сигналів, ЗПІ – засоби представлення інформації, О – оператор

Рисунок 2.7 – Структурна схема системи технічної діагностики

Функції мікропроцесорів у вимірювальних приладах.

Основна відмінність процесорних вимірювальних систем (ПрВС) від аналогових вимірювальних засобів полягає в тому, що в ПрВС частина вимірювальної процедури виконується в числовій формі за допомогою програмованої обчислювальної потужності, що вводиться у вимірювальний ланцюг.

Вивчаючи принципи побудови і особливості функціонування ПрВС, потрібно звернути увагу на таке: ПрВС складаються із двох нероздільно зв’язаних частин – апаратної і програмної; апаратна частина містить у собі вимірювальні, обчислювальні і допоміжні засоби, програмна – системне, інструментальне і прикладне програмне забезпечення. Функціонування ПрВС опирається на прийняту сукупність інтерфейсів, які забезпечують взаємодію всіх компонентів.

Введення процесора до складу вимірювального ланцюга і відповідно числових вимірювальних перетворень у вимірювальну процедуру радикально змінює функціональні і метрологічні можливості засобів вимірювань. З’являється можливість виконувати складні непрямі, сукупні і спільні вимірювання. Змінюються принципи реалізації статистичних вимірювань. Розширюються можливості по корекції похибок і застосуванню адаптивних і ітеративних вимірювальних процедур.

До типових вимірювальних перетворень, які реалізуються в числовій формі, належать: масштабування, функціональні перетворення (включаючи усереднення), формування коригувальних впливів, забезпечення адаптації і ітеративних вимірювань.

Можна побудувати наступну класифікацію функцій, які виконуються мікропроцесором у вимірювальних пристроях:

1) контролерні функції, пов’язані з керуванням з боку мікропроцесора елементами апаратного забезпечення;

2) обчислювальні функції, пов’язані з обробкою і аналізом даних;

3) тестові функції, пов’язані з визначенням працездатності пристрою, діагностикою і локалізацією несправності;

4) сервісні функції, пов’язані із взаємодією із пристроєм з боку оператора та інформаційно-вимірювальної системи.

До контролерних відносяться функції безпосереднього керування елементами апаратного забезпечення пристрою, зокрема функції програм-драйверів. За типом апаратного забезпечення контролерні функції можна у свою чергу розбити на ряд підкласів:

а) керування вимірювальним ланцюгом. Сюди входять керування перемикачами каналів і діапазонів, підключення зразкових мір у процесі калібрування, керування вимірювальними підсилювачами. Як правило, ці функції виконують чисто програмними методами, іноді з використанням таймера – за допомогою мікропроцесора і портів введення-виведення;

б) керування аналого-цифровим перетворенням. Ця функція може виконуватися як чисто програмно – мікропроцесором, так і спеціалізованим апаратним забезпеченням, зокрема однокристальними аналого-цифровими перетворювачами (АЦП) і таймером, або комбінованими апаратно-програмними методами;

в) керування засобами спілкування з оператором. Сюди входить велика група функцій керування клавіатурою, індикаторами, звуковою сигналізацією і дисплеєм;

г) керування реєстраторами. Сюди відносяться функції керування друкувальними пристроями, самописцями, зовнішніми накопичувачами, накопичувачами на магнітній стрічці в режимі двостороннього обміну, керування накопичувачами на магнітних дисках і додатковими зовнішніми модулями пам’яті.

До обчислювальних відносяться функції попередньої та основної обробки даних. Для здійснення попередньої обробки сигналів застосовуються такі процедури:

а) калібрування, лінеаризація, нормалізація. Ці види попередньої обробки пов’язані з корекцією похибок, внесених первинними вимірювальними перетворювачами і підсилювальним трактом;

б) масштабування. Цей вид попередньої обробки служить для урахування коефіцієнта передачі і напруги зсуву вузлів у прийомопідсилювальному тракті;

в) цифрова фільтрація;

г) стискання даних. Для економії пам’яті застосовується стискання даних без втрати інформації;

д) розпізнавання і усунення артефактів. Сутність процедури розпізнавання артефактів – це класифікація вхідного сигналу на два класи: “підлягає аналізу” і “не підлягає аналізу”. Не підлягаючий аналізу сигнал вважається “артефактом”, мається на увазі, що він зобов’язаний своїм походженням факторам, які не є предметом дослідження: випадковим порушенням вимірювального ланцюга, побічним впливом на первинні перетворювачі, наведеннями від зовнішніх ланцюгів і т.п.

Для основної обробки сигналу застосовуються такі процедури:

а) статистична обробка. Сюди входить ряд процедур для обчислення функції та щільності розподілу, математичного сподівання, дисперсії, середнього квадратичного відхилення, варіації, асиметрії і т.п.;

б) обчислення вторинних параметрів за формулами;

в) амплітудно-часовий і контурний аналіз. До цих процедур відносяться визначення параметрів екстремальних точок, тривалості фронту і зрізу імпульсу, виділення характерних точок, точок перетинання заданого порога і т.п.

Самотестування цифрових вимірювальних пристроїв і систем – характерна риса сучасних пристроїв з вбудованими мікропроцесорами. Можна розділити всі типи тестування пристроїв з вбудованими мікропроцесорами на два основних класи: тестування із застосуванням зовнішніх мікропроцесорних засобів і повністю автономне тестування.

У міру ускладнення вимірювального приладу або системи всі частіше застосовується режим інтерактивної обробки – багатостадійного діалогу оператора з мікропроцесорним приладом. При цьому весь процес вимірювання і обробки розбивається на ряд послідовних процедур. Як сервісні функції можна привести наступні:

а) уведення завдання;

б) збір і попередня обробка первинної інформації;

в) основна обробка та інтерпретація результатів

г) уведення результатів дослідження для інтерпретації, документування і архівації.

Підвищення метрологічних характеристик мікропроцесорних вимірювальних приладів.

Природно, що при цьому змінюється структура повної похибки – з’являються складові, обумовлені числовими вимірювальними перетвореннями і виникають проблеми метрологічного аналізу у зв’язку з ускладненням алгоритмів вимірювань.

Для процесорних перетворень характерна зміна (зменшення) питомої ваги інструментальних похибок, які визначаються збоями у функціонуванні процесора.

Активна участь процесора в реалізації вимірювального алгоритму приводить до необхідності більш строго, з позиції метрології, підходити до похибок вимірювань, які стають складовою частиною загальної похибки результату вимірювання. Це особливо важливо для тих випадків, коли використовуються порівняно малорозрядні мікропроцесори. До вимірювальних засобів, які використовуються в автономних електровимірювальних засобах, висуваються вимоги мінімальних маси і габаритів, які також обмежують розрядність процесорів.

З іншого боку, немає необхідності істотно завищувати вимоги до точності вимірювань порівняно з тією похибкою, яку вносять первинні вимірювальні перетворювачі. Щодо раціональності застосування процесора, потрібно прагнути до того, щоб похибка обчислень незначно збільшувала загальну похибку вимірювань.

3.3.1 Виключення систематичної похибки.

Наявність у пристрої мікропроцесора дозволяє скорегувати, виключити систематичні похибки. Найчастіше систематичні похибки обумовлені зсувом нуля, невідповідністю реального значення коефіцієнта передачі тракту сигналу номінальному значенню, нерівномірністю АЧХ тракту передачі сигналу, впливом характеристики АЦП. Суть виключення полягає у визначенні поправочного коефіцієнта.

Для виключення зсуву нуля, наприклад у цифровому вольтметрі, його вхідні затискачі замикаються накоротко і приєднуються до точки з нульовим потенціалом. При цьому число, одержуване на виході АЦП, характеризує зсув нуля. Воно запам’ятовується і віднімається з показань приладу.

У випадку, коли систематична похибка носить мультиплікативний характер, поправочний коефіцієнт визначається в такий спосіб.

У пам’яті мікропроцесорної системи зберігається число В, що відповідає строго визначеному значенню А вхідної напруги, тобто те число, що повинне отримуватися на виході АЦП, якщо на вхід вольтметра подається напруга А і коефіцієнт передачі вимірювального тракту відповідає своєму номінальному значенню.

На вхід вольтметра подається калібрувальний сигнал А, у результаті перетворення одержуємо число

, що відрізняється від В через наявність систематичної похибки. Обчислюється поправочний множник

, який заноситься в пам’ять і на який множиться кожний результат вимірювання.

3.3.2 Зменшення впливу випадкової похибки.

Ця складова похибки вимірювання, як відомо, не може бути виключена. Її вплив можна зменшити раціональною обробкою результатів вимірювань. Проведення багаторазових вимірювань з наступним усередненням результатів – ефективний спосіб зменшення впливу випадкової похибки.

.

3.3.3 Компенсація внутрішніх шумів.

Приклад: вимірювач рівня високочастотних сигналів. До складу вимірювача входить вимірювальний перетворювач, що здійснює перетворення високочастотної напруги змінного струму в напругу постійного струму, значення якого відповідає середньоквадратичному значенню напруги змінного струму. Ще до подачі досліджуваного сигналу s(t) протягом інтервалу часу, затрачуваного на автоматичне регулювання нуля, виміряється середній квадрат шумового сигналу n(t) на вході перетворювача. Результат

запам’ятовується. При подачі на вхід приладу вимірюваного сигналу на вході перетворювача отримуємо суму сигналу і шуму

Переваги мікропроцесорних засобів вимірювань порівняно з традиційними.

До переваг засобів вимірювання з вбудованими мікропроцесорами можна віднести:

1) багатофункціональність. До застосування мікропроцесорів багатофункціональні прилади являли собою сукупність декількох функціональних вузлів, об’єднаних в одне конструктивне ціле. При експлуатації таких приладів перехід від однієї функції до іншої здійснюється за допомогою комутуючих пристроїв. Традиційні багатофункціональні прилади виконані за схемою із жорсткою логікою. Введення мікропроцесорної системи в багатофункціональний ЗВ дозволило перетворити його в програмно-керований пристрій. Функціональні можливості такого пристрою визначаються виконуваною програмою і можуть бути легко видозмінені шляхом переходу до іншої програми, збереженої в ПЗП. Це забезпечує гнучкість і дозволяє нарощувати функції при модернізації приладу без істотних змін у його схемі;

2) підвищення точності приладів. Підвищення точності вимірювального приладу досягається за рахунок автоматичної компенсації систематичної похибки, зокрема, автоматичної установки нуля перед початком вимірювань, автоматичного виконання градуювальної операції (самокалібрування), виконання самоконтролю, зменшення впливу випадкових похибок шляхом проведення багаторазових вимірювань з наступним усередненням результатів, виявлення і виключення грубих похибок;

3) розширення вимірювальних можливостей приладів. Застосування мікропроцесорів дозволяє істотно розширити можливості вимірювань широкого переліку параметрів сигналів і характеристик пристроїв. Це пов’язано насамперед з використанням непрямих і сукупних вимірювань.

Існують певні складності при виконанні непрямих вимірювань: знімаються показання різних приладів, потрібна увага експериментатора, проведення обчислень, складна процедура оцінки похибок. Мікропроцесорна система дозволяє автоматизувати всі ці процеси і експериментатор відразу одержує результат вимірювання;

4) спрощення і полегшення керування приладом. Одним із критеріїв високого рівня програмного забезпечення вимірювального приладу є ступінь складності його передньої панелі. Для сучасних процесорних приладів характерна кнопкова система керування, конструктивно виконувана у вигляді клавіатури. Радикально зменшує число органів керування автоматизація вибору меж вимірювання, інтервалу дискретизації напруги досліджуваного сигналу та інших режимів роботи приладу;

5) можливість одержання математичних функцій виміряних значень, наприклад

а) множення виміряного значення на константу;

б) одержання відхилень результату вимірювання від номінального значення (абсолютне і відносне (в %) відхилення);

в) зсув, що припускає віднімання константи від результату вимірювання;

г) обчислення відношень: ділення на константу, знаходження частки від ділення;

д) подання результату вимірювання в логарифмічних одиницях;

е) лінеаризація залежностей;

6) одержання статистичних характеристик. Ряд вольтметрів, у складі яких є мікропроцесорна система, дозволяють формувати оцінки таких імовірнісних характеристик аналізованої випадкової величини, як середнє значення, середня потужність, середньоквадратичне значення, дисперсія, СКВ, коефіцієнт кореляції;

7) мініатюризація і економічність апаратури. Різке зменшення числа компонентів у схемі приладу внаслідок виконання ряду функцій мікропроцесорною системою, їх відносно невисока вартість, значне зниження споживаної потужності дозволяють будувати малогабаритні й ергономічні прилади;

8) підвищення надійності приладів. Воно обумовлено зменшенням числа елементів схем, здійсненням самодіагностики, застосуванням вузлів з некаліброваними характеристиками, можливістю виконання корекції похибок, що підвищує метрологічну надійність;

9) скорочення тривалості розробки. Часто для одержання нових властивостей приладу, виконаного на основі мікропроцесорної системи, не потрібно великих змін у схемі або конструкції приладу. Для широко застосовуваних мікропроцесорів уже розроблені бібліотеки типових прикладних програм, з яких можна вибрати необхідні компоненти;

10) організація вимірювальних систем. Прилад, що містить мікропроцесор, зазвичай обладнаний (або може бути доповнений) інтерфейсною картою, що дозволяє підключати його до стандартної інтерфейсної шини. Це дає можливість об’єднувати певну сукупність приладів у єдину вимірювальну систему.

Агрегатно-модульний принцип побудови ІВС. Сумісність модулів в системі, види сумісності.

Найбільш перспективним методом проектування ІВС на сьогоднішній день є принцип агрегатно-модульної побудови різних систем з порівняно обмеженого набору уніфікованих вузлів, що випускаються промисловістю.

Агрегатно-модульний принцип побудови ІВС передбачає застосування стандартних інтерфейсів, під якими розуміють як сукупність правил, протоколів і програмного забезпечення процесу обміну інформацією, так і технічні засоби сполучення модулів у системі.

Будь-яку інформаційно-вимірювальну систему можна представити як сукупність інтерфейсів, які можуть передавати інформацію іншим пристроям, приймати інформацію від інших пристроїв і управляти процесом обміну. Конкретний блок системи може виконувати або окремі, або всі перераховані функції.

Найпоширеніший принцип побудови систем обробки інформації, у тому числі й ІВС – принцип агрегатування. Його сутність полягає у тому, що система виконується як агрегат, що складається з незалежних функціональних блоків-модулів. Кожний блок має конструктивну закінченість (АЦП, ЦАП, цифровий вольтметр, цифровий частотомір, принтер і т.п.).

При побудові агрегатованих систем повинні бути розв’язані дві основні задачі: сумісності і сполучення модулів як між собою, так і із зовнішніми пристроями.

Стосовно до ІВС розрізняють 5 видів сумісності:

1) інформаційна – узгодженість вхідних і вихідних сигналів модулів за видами і номенклатурою, інформативними параметрами, рівнями. Для інформаційних зв’язків модулів застосовують сигнали декількох різновидів: інформаційні, керуючі, програмні, адресні, спеціальні;

2) конструктивна – узгодженість конструктивних параметрів, механічних сполучень модулів при спільному використанні, а також погодженість естетичних вимог;

3) енергетична – узгодженість напруг і струмів, що живлять модулі, ліній мережі змінного струму, батарейної лінії і робочої лінії, яка зв’язує модулі із центральним блоком живлення;

4) метрологічна – порівнянність результатів вимірювань, раціональний вибір і нормування метрологічних характеристик модулів, а також узгодження вхідних і вихідних ланцюгів;

5) експлуатаційна – узгодженість характеристик модулів по надійності і стабільності, а також характеристик, що визначають вплив зовнішніх факторів.

Основні структури ІВС, їх достоїнства та недоліки.

Залежно від способу організації передачі інформації між функціональними вузлами, що є приймачами і передавачами інформації, розрізняють три типи структури:

1) послідовну (ланцюжкову);

2) радіальну;

3) магістральну структуру.

Рисунок 2.2 – Послідовна структура ІВС

Достоїнства послідовної структури: простота.

Недоліки послідовної структури: низька надійність, обмежені функціональні можливості.

Рисунок 2.3 – Радіальна структура ІВС

Достоїнства радіальної структури: підвищена надійність і більш широкі функціональні можливості в порівнянні з послідовною структурою.

Недоліки радіальної структури: обмежена кількість функціональних вузлів, що підключаються, складність контролера.

Рисунок 2.4 – Магістральна структура ІВС

Достоїнства магістральної структури: можливість легко змінювати конфігурацію системи, надійнісні характеристики визначаються магістраллю.

Недоліки магістральної структури: пропускна здатність магістралі ділиться на кількість функціональних вузлів, що підключаються.

Стандартні інтерфейси для вимірювальних систем, їх класифікація.

Інтерфейс – сукупність уніфікованих правил і засобів (апаратних, програмних і конструктивних), що встановлюють і реалізують взаємодію компонентів автоматичних систем збору і обробки інформації в умовах, приписани

Всю множину інтерфейсів залежно від призначення можна розділити на 3 типи:

1) машинні – вирішують задачу з’єднання центрального процесора ЕОМ з іншими її функціональними блоками, а також підключення периферійних пристроїв, у тому числі пристроїв зв’язку з об’єктом. Приклад: ISA, PCI, USB, RS-232;

2) системно-модульні – вирішують задачу уніфікації сполучення модулів (функціональних блоків), призначених для роботи в системі, що визначає і їхні конструктивні особливості. Модулі, виконані з урахуванням застосування подібного інтерфейсу, як правило, не розраховані на використання як автономні прилади, які можуть працювати окремо, поза системою. Приклад: КАМАК;

3) системно-приладові – здійснюють об’єднання в систему модулів-приладів, які можуть працювати автономно і для яких характерні значні функціональні можливості (вимірювання ряду параметрів, різні режими роботи, програмованість і т.п.). Конструктивні вимоги до інтерфейсів цього типу, як правило, стосуються лише рознімачів. Приклад: приладовий інтерфейс (КЗК).

И выше

Приладовий інтерфейс (КЗК). Основні характеристики, структура.

Вичерпні відомості про приладовий інтерфейс (канал загального користування) наведені в ГОСТ 26.003-80 «ЕССП. Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменом информации. Требования к совместимости».

Інші назви цього інтерфейсу:

IEEE 488 (Institute of Electrical and Electronics Engineers);

HP-IB (Hewlett-Packard Interface Bus);

GPIB (General Purpose Interface Bus);

IEC 625.1 (International Electrical Committee)

Інтерфейс призначений для з’єднання в систему програмованих і непрограмованих електронних вимірювальних приладів. Він забезпечує біт-паралельний і байт послідовний асинхронний спосіб обміну. Максимальне число пристроїв, що підключаються – 15, максимальна довжина з’єднань – 20 м, максимальна швидкість передачі – 1 Мбайт/с.

Особливість стандарту – відсутність обмежень на конструктивну реалізацію і способи з’єднання пристроїв, а також на способи об’єднання їх у систему. Стандарт визначає тільки магістраль, по якій здійснюється обмін інформацією, синхронізація і керування. Магістраль повністю пасивна. Всі активні ланцюги, по яких виробляють керуючу інформацію і здійснюють приймання і пересилання інформації, розміщаються на друкованих платах пристроїв.

За характером взаємодії з магістраллю встановлюється 4 групи функціональних пристроїв: контролер, джерело, приймач, джерело-приймач.

Структуру приладового інтерфейсу зображено на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Структура приладового інтерфейсу

Сигнали магістралі КЗК, їх призначення. Інтерфейсні функції пристроїв.

Призначення сигналів магістралі КЗК:

1) шина даних:

DIO 1...8 (Data input/output) – служать для пересилання даних, адрес модулів, команд;

2) шина синхронізації:

DAV (Data valid) – служить для сигналу, що вказує на наявність, достовірність інформації на шині даних;

NRFD (Not ready for data) – на цій лінії встановлюється сигнал готовності приймаючого приладу;

NDAC (Not data accepted) – призначена для пересилання сигналу-квитанції приймаючих приладів;

3) шина керування:

ATN (Attention) – при установці 1 всі пристрої переходять у режим очікування, контролер пересилає по шині адреси і команди, при установці 0 здійснюється обмін між приладами, адреси яких були переслані за час протилежного стану лінії;

IFC (Interface clear) – по цій лінії контролер дає сигнал, що переводить всі пристрої в початковий стан (скидання);

SRQ (Service request) – по цій лінії кожний з приладів, підключених до інтерфейсу, посилає в контролер сигнал запиту на обслуговування, тобто вимагає переривання поточного обміну в магістралі і пріоритетного обслуговування даного приладу контролером;

REN (Remote enable) – дозвіл дистанційного керування, тобто посилання контролером сигналів програмного керування приладами;

EOI (End of identify) – ознака кінця передачі, установлюється на лінії синхронно з пересилкою останнього байта.

5.1.1 Інтерфейсні функції.

Це сукупність типових операцій, виконуваних при обміні даними в системі, організованій інтерфейсом.

Основні функції:

1) L (LE) – приймання даних (розширене – від декількох джерел). Ця функція дозволяє приладу одержувати дані від інших приладів. Така можливість здійснюється тоді, коли контролер або місцевий вхідний сигнал «тільки приймання» задають інтерфейсову функцію приймання;

2) AH – синхронізація приймання. Забезпечує асинхронне приймання кожного байта за допомогою сигналів квитанції (підтвердження);

3) T (TE) – пересилання даних іншим приладам. Діє після адресації джерела контролером або місцевим сигналом;

4) SH – синхронізація пересилання. Забезпечує асинхронне пересилання кожного байта за допомогою сигналів квитанції (підтвердження);

5) C – контролер, пересилання адрес і команд і приймання відповідних сигналів.

Додаткові функції:

1) SR – запит на обслуговування, дозволяє приладу запитувати в контролера операції з обслуговування;

2) RL – дистанційне і місцеве керування, дозволяє пристрою мати керування за командами магістралі (дистанційне) або ручне (місцеве);

3) PP – паралельне опитування, дозволяє приладу видавати відповідну інформацію при паралельному опитуванні в контролер без попередньої команди «пересилання інформації»;

4) DC – очищення приладу, установка у вихідний стан (скидання);

5) DT – запуск приладу, дає можливість контролеру видавати приладу команду початку роботи.

У стандарті кожна функція задається у вигляді спрямованого графа, вершини якого задають стани функції, а дугам переходів відповідають логічні умови. Приклад такого графа наведений на рис. 4.2.

Р

исунок 4.2 – Граф станів функції SR
Процедура асинхронного обміну інформацією по магістралі КЗК.

П

ри асинхронному способі обміну передача кожного інформаційного символу (від 5 до 8 біт) супроводжується службовими сигналами: стартовий біт, біт парності, стоп-біти (1, 1.5 або 2). Формат кадру, що передається по лінії зв’язку послідовного інтерфейсу, зображений на рис. 4.7. Біт парності призначений для виявлення помилок передачі даних. Передавач генерує цей біт таким чином, щоб загальна сума бітів кадру була парною або непарною залежно від обраного режиму роботи. Приймач підраховує кількість одиниць у прийнятому кадрі. Якщо дані не проходять перевірку, генерується сигнал помилки.
Рисунок 4.7 – Формат кадру повідомлення, що передається

по лінії зв’язку RS-232C

Інтерфейс RS–232C, основні характеристики. Сигнали інтерфейсу RS–232C, параметри протоколу обміну.

До складу персонального комп’ютера можуть входити до чотирьох послідовних інтерфейсів, які працюють у стандарті RS-232C (вітчизняний аналог – Стык С2-ИС, ГОСТ 23675-79 (електричні параметри), ГОСТ 18145-81 (номенклатура ланцюгів стику і їхня взаємодія)) і мають назву СОМ1 – СОМ4.

Вони мають такі адреси в області портів введення-виведення:

СОМ1:3F8 h – 3FF h, COM3: 338 h – 33F h,

COM2:2F8 h – 2FF h, COM4: 238 h – 23F h

(інтерфейси СОМ3 і СОМ4 підтримуються тільки в моделях PS/2).

1 2 3 4 5 6

Схожі:

Основні напрямки підвищення ефективності інвестиційної діяльності Проаналізовано показники і методи визначення ефективності інвестицій та факторів, що впливають на її рівень. Запропоновано основні...	МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ до лабораторних робіт з дисципліни «ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ... Т, вказані основні теоретичні положення до кожної з практичної роботи містять основні матеріали з питань вибору, розрахунку та застосування...
Основні напрямки діяльності IT-комітету КМВ АФН (р) У на 2013 р	РОЗДІЛ 11 АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИМІРЮВАНЬ Найбільш активний етап розвитку автоматизації вимірювань, що почався в 1970-ті роки, пов’язаний з успіхами в мікроелектроніці, інтенсивним...
Основні напрямки діяльності Ліги прочитано курс лекцій з історії України від найдавніших часів до сьогодення	Тематика курсових робіт з предмету «Економіка підприємства» для груп... Правові основи та напрямки діяльності підприємства в ринкових умовах господарювання
Лекція Р Тема: Формалізація та алгоритмізація обчислювальних процесів Мета: Ознайомити учнів з поняттям обчислювального процесу, розглянути основні етапи розв’язування задачі. Розглянути основні схеми...	Міністерство Освіти І НАУКИ України Національний університет "Львівська політехніка" Мета роботи. Ознайомитися та на практиці засвоїти основні принципи макетування, методи та засоби автоматизації створення мультимедійних...
Основні етапи розв’язування прикладної задачі з використанням комп’ютера.... Формулювання задачі в термінах певної предметної галузі знань (математика, фізика, економіка тощо)-постановка задачі	ПРОЕКТ ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ДІЯЛЬНОСТІ АФНУ в 2013-2015 р р. Політика членства АФНУ. Забезпечення ефективного функціонування регіональних відділень в усіх регіонах України

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання