ФГОУ ВПО «Чувашский государственный
университет им. И. Н. Ульянова
.
Реферат на тему
Автоматизация электроизмерений.
Измерительные системы: ИИС, АСК, ИВК.
Компьютерные измерительные
системы. Виртуальные приборы.
Выполнил
Студент группы РТЭ-31-11
Долгов А. А.
Проверил
Доцент Казаков В. Д.
Чебоксары
2012г.
Переход к построению цифровых
средств измерений привел к созданию автоматизированных
измерительных систем.
Структурная схема измерительная система
Измерительные системы предназначены
для автоматизации процесса измерения,
начиная с приёма от нескольких измерительных
приборов или от ряда источников электрических
сигналов, измерение параметров этих сигналов
и заканчивая обработкой результатов
измерений и регистрацией полученных
данных в виде, удобном для дальнейшего
использования.
Основные направления и принципы автоматизации
электроизмерений.
Возрастание количества измерений,
нарастание сложности аппаратуры, повышение
требований к точности, расширение использования
математических методов обработки результатов
измерений и обнаружения ошибок приводит
к значительному росту трудоемкости и
стоимости измерений и требует создание
специализированных автоматизированных
средств измерений.
Основные направления автоматизации
измерений:
1) разработка средств
измерений, в которых все необходимые
регулировки выполняются автоматически,
либо вообще не требуются;
2) замена косвенных
измерений прямыми, и создание многофункциональных
комбинированных приборов;
3) разработка панорамных
измерительных приборов;
4) применение микропроцессоров
(МП) и разработка на их основе
приборов со встроенным интеллектом;
5) разработка измерительно-вычислительных
комплексов (ИВК), имеющих в своем
составе процессоры с необходимым
периферийным оборудованием и
программным обеспечением;
6) создание на базе
ИВК как универсального ядра
информационных измерительных систем
(ИИС).
Применение микропроцессоров в измерительных
приборах
В измерительных приборах
МП выполняет следующие функции:
1) управление процессом
измерений, отдельными узлами и
прибором в целом;
2) обработка измерительной
информации, преобразование результатов
измерений и представление их
на экране дисплея в различных
форматах;
3) автоматическая коррекция
систематических погрешностей с
использованием математических
моделей;
4) расширяет функциональные
возможности прибора (например современные
цифровые осциллографы помимо временных
и амплитудных измерений позволяют измерять
частотные параметры, проводить анализ
спектров сигналов, статических характеристик
и так далее);
5) диагностика неисправностей
и самокалибровка.
Информационные измерительные системы
Информационно-измерительная
система (ИИС) - совокупность функционально
объединенных измерительных, вычислительных
и других технических средств, предназначенная
для получения измерительной информации,
ее преобразования и обработки с целью
представления в удобном потребителю
виде, либо автоматического осуществления
логических функций контроля, диагностики
и идентификации.
В зависимости от назначения
и выполняемых функций ИИС делятся:
1) измерительные системы;
2) системы автоматического
контроля;
3) технической диагностики.
4) распознавание образцов
(идентификации).
Для ИИС характерна не только
автоматизация таких процедур как регистрация,
сбор и передача результатов измерений,
но и проведение измерительного эксперимента
при активном воздействии на объект исследования
в соответствии с принятым планом. Оператор
имеет возможность вмешиваться в ход эксперимента
и корректировать его в режиме диалога.
Рис.1. Обобщенная структурная
схема ИИС
Измерительно-вычислительные комплексы
ИВК-системы – это совокупность
программно-управляемых, измерительных,
вычислительных и вспомогательных средств.
ИВК осуществляет восприятие, преобразование
и обработку.
Измерительно-вычислительный
комплекс (ИВК) - автоматизированное средство
измерений, имеющее в своем составе микропроцессоры
(МП) с необходимым периферийным оборудованием,
измерительные и вспомогательные устройства,
управляемые от МП, и программное обеспечение
комплекса.
Номенклатура входящих в
ИВК компонентов и определяет конкретную
область его применения. Но независимо
от области применения ИВК должны выполнять
следующие функции:
измерение электрических величин;
управление процессом измерений;
управление воздействиями на объект
измерения;
представление оператору результатов
измерения в заданной форме.
Для выполнения этих функций
ИВК должен обеспечивать восприятие, преобразование
и обработку сигналов от первичных измерительных
преобразователей (датчиков или приборов),
управление ими и другими компонентами,
входящими в состав ИВК, а также выработку
нормализованных сигналов воздействия
на объект измерения, оценку точности
измерений и представление результатов
измерений в стандартной форме.
ИВК по назначению классифицируются
на:
1) типовые - для решения
широкого круга типовых задач
автоматизации измерений, испытаний
и так далее;
2) специализированные - для
решения уникальных задач автоматизации
измерений;
3) проблемные - для решения
широко распространенной, но специфической
задачи автоматизации измерений.
В состав ИВК входят технические
и программные компоненты. Программные
компоненты включают в себя системное
и общее прикладное программное обеспечение.
В зависимости от конкретных
требований проектируются одноуровневые
и многоуровневые ИВК. В одноуровневых
ИВК вся измерительная периферия соединена
непосредственно с интерфейсом центрального
процессора. В многоуровневых ИВК вычислительная
мощность распределена между различными
уровнями.
Рис. 2. Структурная схема ИВК
На рис. 2. приняты следующие обозначения:
ФЭ - фотоэлемент; ФП - фотографическая
пластинка; ИУ - измерительный усилитель;
АПП - автоматизированный привод перемещения;
АК - аналоговый коммутатор; ВУМ - высоковольтный
усилитель мощности; ИОН - источник опорного
напряжения; АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
БУД - блок управления двигателем; ИП -
источник питания; И - интерфейс; ПО - программное
обеспечение.
Измерительный усилитель (ИУ) предназначен
для усилениясигнала с выхода фотоэлемента
(ФЭ) до уровня, обеспечивающего нормальную
работу АЦП. ИУ введен в состав ИВК с целью
повышения точности и уменьшения времени
измерения плотности почернения спектральных
линий. Для подавления высокочастотных
помех во входных цепях, в выходном каскаде
содержится фильтр нижних частот (ФНЧ).
Частота среза ФНЧ определяется переходной
характеристикой фотоэлемента, и при скорости
сканирования спектра в автоматическом
режиме, динамическая погрешность измерения
плотности почернения не превышает 0,1%.
Автоматизированный привод перемещения
(АПП) расположен на микрофотометре и содержит
электрическую и механическую часть. АПП
предназначен для перемещения стола микрофотометра
с фотографической пластинкой в продольном
направлении спектров в автоматическом
режиме. Конструктивно АПП выполнен в
виде станины с расположенными на ней
основными элементами. Кинематическая
схема с микрометрическим винтом обеспечивает
перемещение стола МФ вдоль всего снятого
спектра. Конструкция привода предусматривает
устранение продольного зазора в резьбовом
соединении.
Коммпьютерно-измерительные
системы
КИС может быть построена
двумя способами: с последовательной или
параллельной архитектурой
Компьютерно-измерительная
система - комплект
электронных приборов, коммуникаций, электронных
вычислительных средств и программ для
обработки результатов измерений, проводимых
на мостовых конструкциях.
Агрегатирование средств измерений
Агрегатирование это метод
стандартизации, который позволяет создавать
новые изделия путем компоновки их из
ограниченного числа унифицированных
функциональных частей (деталей, блоков,
узлов или приборов).
Важное значение для внедрения
агрегатирования имеет совместимость,
которая подразделяется на информационную,
энергетическую, конструктивную, метрологическую,
эксплуатационную, надежностную.
Общие сведения об интерфейсах
агрегатных комплексов средств измерений
Интерфейс регламентирует
правила обмена всеми видами информации
между устройством, образующие какую-либо
систему. Он включает в себя аппаратные
средства и протокол.
Протокол - совокупность правил,
устанавливающих единые принципы взаимодействия
подсистем.
Применительно к ИВК и ИИС
интерфейс обеспечивает информационную
совместимость входящих в них аппаратных
средств.
Основные классификационные
признаки интерфейсов:
- способ соединения
средств измерений и автоматизации
(СИА);
- способ передачи информации;
- принцип обмена информации;
режим передачи информации.
По способу соединения СИА
интерфейсы подразделяются на:
магистральные, радиальные,
цепочечные, смешанные.
Для этой структуры характерно
то, что сигналы, возникающие во всех шинах
интерфейса, доступны сразу всем СИА, но
в каждый момент времени только один абонент
(СИА) может обмениваться информацией
по интерфейсу.
На рисунке 6, а изображена
схема интерфейса с радиальной структурой;
на рисунке 6, б - с цепочной, а на рисунке
6, в - со смешанной.
По способу передачи информации
интерфейсы подразделяются на: параллельные,
последовательные, параллельно-последовательные.
В ИИС и ИВК используются
параллельно-последовательные интерфейсы,
в которых сочетается быстродействие
параллельных и меньшая аппаратная сложность
последовательных.
По принципу обмена информацией
интерфейсы подразделяются на: синхронные
и асинхронные.
Наиболее часто используются
асинхронные интерфейсы, которые позволяют
сопрягать устройства с различным быстродействием.
В зависимости от режима обмена
информацией различают интерфейсы: с двусторонней
одновременной передачей, с двусторонней
поочередной передачей, с односторонней
передачей.
Виртуальные приборы
Использование компьютерных технологий
в контрольно-измерительной аппаратуре
позволило создавать «виртуальные» измерительные
приборы, представляющие собой синтез
одной или двух плат сбора данных, персонального
компьютера и программного обеспечения.