Шпаргалка по "Информационно измерительные системы"

1. Информация, контроль измерения
2. Определение ИИС
3. Область применения ИИС
4. Поколение ИИС
5. Информационная модель ИС
6. Структурная схема измерительного канала ИИС
7. Обобщенная структурная схема  ИИС
8. Классификация ИИС по разновидностям входных величин
9. Классификация по виду выходной информации
10. классификация по принципам построения
11. Сосредоточенные и распределенные ИИС
12. Интерфейс RS232
13. Интерфейс LPT
14. Интерфейс USB
15. Интерфейс IRDA

Ответы

1. Информация, контроль измерения

Термин  информация относится к основным понятиям науки об управлении и связано с такими областями знаний, как «информационная система» и «информационный процесс».

Развитие  науки, управление технологическими процессами немыслимы без получения количественной информации о тех или иных свойствах  физических объектов.

Согласно  ГОСТ 16263-70 измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. В процессе измерения получается численное отношение между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Измерение представляет собой информационный процесс, а информационным называют процесс, возникающий в результате установления связи между двумя объектами материального мира: источником, или генератором, информации и ее приемником, или получателем.

Для получения  измерительной информации необходимо сравнить измеряемую величину с физически однородной ей величиной известного размера. Для числового представления результата сравнения используется единица измерения.

2. Определение ИИС

Согласно  ГОСТ 8.437-81 ИИС - «совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях представления потребителю (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации».

ИИС - обобщающее понятие. Под ним подразумевается  класс средств ИИТ. объединяющий системы измерения, контроля, технической  диагностики и распознавания. Понятие ИИС удовлетворяет содержанию более общего понятия «система». В теории систем под системами понимаются множества взаимосвязанных элементов, представляющих целостные образования. Системы при этом характеризуются структурами (совокупностью элементов и связей между ними, порядком элементов), функционированием (порядком процессов, совокупностью реакций системы па условия внешней и внутренней среды) и «историей» (необратимые изменения вследствие развития, старения, процессы обучения, адаптации, предварительно выполненные процедуры обработки информации и т. п.). Подразумевается, что исследование структур, функционирования и «истории» систем не может быть произведено только с помощью аппарата физики (что возможно при рассмотрении измерительных преобразователей и приборов).

3. Область применения ИИС

В области  экспериментальной аэродинамики с  помощью ИИС производится измерение  аэродинамических сил, распределения  давлений, температур, расходов газов  и многих иных величин. Экспериментальная  прочность нуждается в измерении внешних сил, воздействующих па исследуемые объекты, и реакции на их действие (напряжения в материале, смещения и т. д.), характеристик самих объектов и т. п. В обширных областях тензометрии, динамометрии, термометрии и т. п. в качестве основных экспериментальных средств применяются ИИС.

Геофизические экспериментальные исследования оснащены многочисленными ИИС, в которых реализуются эффективные методы исследования строения земной коры. В океанографических исследованиях с помощью ИИС происходит измерение температур, химического состава, скоростей движения, давлений в водной среде и т. п. Химические, физические, биологические экспериментальные исследования основаны на огромном количестве разнообразных методов и их реализаций с помощью ИИС. Это определение состава и характеристик объектов исследования и внешних воздействий, условий эксперимента и т. п. [1.3].

Для применения в метеорологии, для охраны окружающей среды созданы многочисленные ИИС, позволяющие получать и обрабатывать измерительную информацию о состоянии воздушной и водной сред, о солнечной радиации и т. п. [1.4].

Огромное  поле для приложения ИИС представляют комплексные испытания машин, конструкций, приборов, оборудования. Испытания таких конструкций, как суда, летательные аппараты, двигатели (внутреннего сгорания, реактивные и др.), требуют создания сложных технических средств в целях получения необходимой, главным образом измерительной, информации.

Медицина  оснащается современными ИИС, позволяющими получать и оценивать ряд физиологических и психофизических параметров человека. В промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, вообще во всем народном хозяйстве довольно широко используются ИИС [1.6, 1.7]. В связи с применением микропроцессорных средств существенно расширяются возможности ИИС. Они становятся незаменимой составной частью роботов и др. Автоматизированный контроль и испытания продукции производятся в основном с помощью ИИС.

Иногда, а даже и чаще всего, ИИС встроены в аппаратуру, установку и т. п., при этом могут быть не выделены конструктивно и не отражены в названии, так, например, испытательный стенд, станция, аппаратура, отдельная часть АСУ каким-либо технологическим процессом и т. п. нередко содержат в своем составе какую-либо разновидность ИИС.

4. Поколение ИИС

На первом этапе ИИС представляли собой автоматизированные аналоговые системы, в которых осуществлялась первичная обработка информации при помощи функциональных преобразователей или простейших арифметических устройств (электромеханических и электронных). В них использовался циклический и адресный сбор информации с пульта оператора. При передаче информации использовалась в основном модуляция на постоянном токе. Информационно-измерительные системы первого поколения строились на электромеханических и электронно-ламповых элементах; они обладали малым быстродействием, имели низкую точность и надежность.

За время  своего существования информационно-измерительные  системы прошли несколько этапов, развития. Количество создаваемых и реально действующих ИИС резко возрастает. В измерительном оборудовании систем управления, жизнеобеспечения и научно-исследовательских работ космических кораблей, в наземных измерительно-управляющих комплексах все большую роль играют информационно-измерительные системы. Радиотелеметрические системы космических исследований являются важной разновидностью этих систем [1.2].

Информационно-измерительные  системы второго поколения имели  значительно более высокое быстродействие и точность. Применение в них многоступенчатых управляемых коммутаторов позволило значительно увеличить число измерительных каналов. Впервые при построении ИИС был использован принцип блочно-модульной компоновки. Измерительные системы этого поколения начали впервые серийно выпускаться промышленностью (К-200, К-484 и т. д.). Однако существенным недостатком серийных ИИС являлось отсутствие в их составе первичных преобразователей.

Третье  поколение ИИС возникло в середине 70-х годов и связано с развитием микроэлектроники, появлением микросхем средней и большой степеней интеграции, развитием средств вычислительной техники, разработкой микропроцессоров, мини- и микро-ЭВМ.

Оно характеризуется  созданием неких универсальных  ядер, вокруг которых могут быть сформированы ИИС для массового  сбора измерительной информации, как в условиях производства, так и при научных исследованиях. Эти ядра объединяют в своем составе средства измерительной и вычислительной техники, выполняются в блочно-модульном исполнении, а для программного управления работой модулей и объединения их в систему используются стандартные цифровые интерфейсы. Они получили название измерительно-вычислительных комплексов (ИВК). Использование в ИИС универсальных и управляющих мини- и микро-ЭВМ расширило ее функциональные возможности. Значительно увеличился массив обрабатываемой информации, резко возросла скорость обработки; появилась возможность алгоритмизации процесса измерения с целью повышения его точности; за счет наличия в составе измерительных преобразователей, входящих в стандартный ИВК, прецизионных калибраторов удается осуществлять сервисное обслуживание ИИС (калибровку).

Промышленностью выпускается несколько типовых  и проблемно-ориентированных ИВК (ИВК-1, ИВК-2, ИВК-3, ИВК «Гамма» и  т. д.).

В четвертом  поколении ИИС использовались многофункциональные (ансамблевые) первичные измерительные преобразователи, позволяющие осуществлять преобразование нескольких однородных или разнородных физических величин. Получение информации, преобразование и предварительная обработка осуществляется на самом нижнем уровне иерархии ИИС встроенным в первичный преобразователь микропроцессором. Расширилось сервисное обслуживание: путем самодиагностики, а также анализ влияющих факторов, позволяющих осуществлять в ИИС необходимые профилактические мероприятия и выбирать соответствующий алгоритм измерения.

5. Информационная модель ИС

При проектировании ИИС по заданным техническим и  эксплуатационным характеристикам  возникает задача, связанная с  выбором рациональной структуры  и набором технических средств  при ее построении. Структура ИИС  в основном определяется методом измерения, положенным в ее основу, а количество и тип технических средств - информационным процессом, протекающим в системе. Оценку характера информационного процесса и видов преобразования информации можно произвести на основании анализа информационной модели ИИС.

ИИС является многоканальной и содержит в своем  составе устройства обработки измерительной  информации и банки данных, с которыми происходит непрерывный обмен информации.

В связи  с тем, что в ИИС осуществляется в основном универсальными ЭВМ или специализированными процессорами (микроконтроллерами), являющимися структурным компонентом ИИС, то информационную модель ИИС можно упростить, сведя ее к модели измерительного канала (ИК).

Во  всех измерительных каналах ИИС, включающих в себя элементы информационных, содержится некоторое ограниченное количество видов преобразования информации. Объединив все виды преобразования информации в одном измерительном канале и выделив последний из состава ИИС, а также имея в виду, что на входе измерительной системы всегда действуют аналоговые сигналы, можно получить две модели (

, а, б). Информационная модель, приведенная на

, а, описывает класс ИК, предназначенных для реализации прямых измерений, а модель на

, б - измерению с обратным преобразованием  информации.

На моделях, в узлах 0-4 происходит преобразование информации. Стрелки указывают направление информационных потоков, а их буквенные обозначения - вид преобразования. Узел 0 является выходом объекта исследования или управления, на котором формируется аналоговая информация А, определяющая состояние объекта. Информация А поступает в узел 1, где она преобразуется к виду А_н удобному для дальнейших преобразований в системе. В узле 1 могут осуществляться преобразования неэлектрического носителя информации в электрический, усиление последнего, масштабирование, линеаризация и т. д., т. е. нормирование параметров носителя информации А. В узле 2 нормированный носитель информации А_н для передачи по линии связи модулируется и представляется в виде аналогового А_м либо дискретного Д_м сигнала.

Аналоговая  информация А_м в узле 3₁ демодулируется и поступает в узел 4₁, где она измеряется и отображается.

Дискретная  информация в узле 3₂ либо преобразуется в аналоговую информацию А_д и поступает в узел 4₁, либо после цифрового преобразования поступает на средство отображения цифровой информации или в устройство ее обработки.