Измерительные информационные системы

Общие сведения. Усложнение современного производства, развитие научных исследований в различных направлениях привело к необходимо­сти измерять или контролировать одновременно сотни, а иногда и тысячи физических величин. При этом наметился переход к при­нятию решений на основании использования результатов не от­дельных измерений, а потоков измерительной информации, ин­тенсивность которых возрастает за счет увеличения частотного диапазона и числа измеряемых величин.

Естественная физиологическая ограниченность возможно­стей человека в восприятии и переработке больших объемов информации привела к возникновению такого вида средств изме­рений, как измерительные информационные системы. По функциональному назначению ИИС делят на измеритель­ные системы, системы автоматического контроля, системы техни­ческой диагностики. Получили распространение измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) − вид ИИС, в состав кото­рых входит свободно программируемая ЭВМ, используемая не только для обработки результатов измерения, но и для управле­ния самим процессом измерения, а также для формирования управляющих воздействий на объект исследования. По организации алгоритма функционирования ИИС различа­ют системы с жестким заранее заданным алгоритмом функциони­рования, программируемые системы и адаптивные системы.

Основными функциями ИИС являются: получение измерительной информации от объекта исследования; обработка измерительной информации; представление информации оператору или ЭВМ; формирование управляющих воздействий на объект исследова­ния.

В общем виде ИИС содержит следующие устройства:

1) устройство измерения, включающее в себя первичные и вторичные измерительные преобразователи и собственно изме­рительное устройство, выполняющее операции сравнения с ме­рой, квантование, кодирование; в это же устройство может вхо­дить и коммутатор;

2) устройство обработки измерительной информации, выпол­няющее обработку измерительной информации по определенному алгоритму (сокращение избыточности, математические опера­ции, модуляция и т. п.);

3) устройство хранения информации;

4) устройство представления информации в виде регистрато­ров и индикаторов;

5) устройство управления, служащее для организации взаи­модействия всех узлов ИИС;

6) устройство воздействия на объект, включающее в себя генераторы стимулирующих воздействий.

Физические величины, измеряемые и контролируемые с по­мощью ИИС, весьма разнообразны. Для того чтобы ИИС были универсальными, т. е. пригодными для измерения и контроля разнообразных величин, измеряемые и контролируемые величины представляют унифицированными электрическими сигналами. Унификация заключается в линеаризации зависимости информа­тивного параметра сигнала от измеряемой величины и в приведе­нии максимального и минимального размера информативного параметра к заданным значениям.

В ИИС применяют следующие унифицированные сигналы:

1. Непрерывные сигналы в виде постоянных и переменных токов и напряжений, параметры которых (мгновенные, средние, действующие значения, частота, период, угол фазового сдвига между двумя переменными токами или напряжениями) являются информативными параметрами. Диапазоны изменения парамет­ров некоторых непрерывных унифицированных сигналов норми­рованы государственными стандартами. Эти сигналы называют нормированными. Приведение (нормирование) параметров сигналов к определенному уровню осуществляется так называ­емыми нормирующими измерительными преобразователями.

2. Импульсные сигналы в виде серии импульсов постоянного тока, параметры которых (амплитуда, частота, длительность импульсов или интервалов) являются информативными пара­метрами.

3. Кодово-импульсные сигналы, например, в виде импульсов постоянного тока или напряжения, комбинации которых переда­ют значения кодированных измеряемых величин.

Применение тех или иных унифицированных сигналов зави­сит от требуемых характеристик ИИС, вида канала связи, формы представления измерительной информации (аналоговая или циф­ровая), используемой элементной базы и др.

Измерительные системы. К измерительным системам (ИС) относят ИИС, в которых преобладает функция измерения, а функции обработки и хранения незначительны или отсутствуют совсем. Измерительные системы делят на системы ближнего действия и системы дальнего действия — телеизмерительные системы. Можно выделить несколько видов ИС.

Многоканальные ИС представляют собой один из самых распространенных видов ИС и содержат в каждом измерительном канале полный набор элементов. Мно­гоканальные ИС обладают наиболее высокой надежностью, наи­более высоким быстродействием при одновременном получении результатов измерений, возможностью индивидуального подбора средств измерений к измеряемым величинам, что исключает ино­гда необходимость унификации сигналов. Недостаток таких сис­тем − повышенная сложность и стоимость. Имеются также труд­ности в организации рационального представления измеритель­ной информации оператору.

Сканирующие ИС системы последовательно во времени выполняют измерения множества величин с помощью одного ка­нала измерения и содержат один набор элементов и так называе­мое сканирующее устройство. Сканирующее устройство перемещает датчик, называемый в этом случае скани­рующим датчиком, в пространстве, причем траектория движения датчика может быть заранее запрограммирована (пассивное ска­нирование) либо может изменяться в зависимости от полученной в процессе сканирования информации (активное сканирование) Сканирующие ИС применяют в случае, когда измеряемая величина распределена в пространстве. При исследовании пара­метрических полей (температур, давлений, механических напря­жений и т.д.) такие ИС дают количественную оценку значений параметров полей в заданных точках. Иногда с помощью скани­рующих ИС определяют экстремальные значения параметров исследуемых полей либо находят места равных значений этих параметров. Недостатком этих ИС является относительно малое быстродействие из-за последовательного выполнения операций измерения для всех измеряемых величин.

Мультиплицированные ИС позволяют в течение одного цикла изменения известной величины (развертки) выпол­нить сравнение со всеми измеряемыми величинами, т. е. опреде­лить множество величин без применения коммутирующих узлов.

Многоточечные ИС применяют для исследова­ний сложных объектов с большим числом измеряемых величин. Число измерительных каналов в таких системах может достигать нескольких тысяч.

Телеизмерительные системы. В различных областях науки и техники воз­никает необходимость осуществлять измерения на объектах, на­ходящихся на значительном расстоянии от средств представле­ния или последующей обработки (например, с помощью ЭВМ) информации. Такая необходимость возникает при измерениях параметров движущихся объектов, при измерениях параметров объектов, рассредоточенных по площади (большие промышлен­ные предприятия, газо- и нефтепроводы), а также при измерени­ях параметров объектов, непосредственное нахождение человека около которых является невозможным (например, объекты атом­ной энергетики). Все эти, а также многие другие задачи решают телеизмерительные системы (ТИС).

Отличие ТИС от измерительных систем ближнего действия заключается в наличии у ТИС специального канала связи. Под каналом связи понимают совокупность технических средств, необходимых для передачи информации от различных источников. Одной из основных частей канала связи является линия связи, под которой понимается физическая среда, по кото­рой передается информация на значительное расстояние. Разли­чают проводные линии связи, радиолинии и оптические линии связи. Основная характеристика канала связи − полоса пропу­скания частот, которая зависит от вида канала связи и наличия помех. Можно выделить несколько видов ТИС.

Токовые телеизмерительные системы. В токовых ТИС, назы­ваемых еще системами интенсивности, размер измеряемой вели­чины передается по проводным линиям связи постоянным током (0-5 мА), вырабатываемым преобразователем.

Частотные телеизмерительные системы. В частотных ТИС значения измеряемых величин передаются по линии связи часто­той синусоидального тока или импульсов постоянного тока.

Время-импульсные телеизмерительные системы. Втаких ТИС значение измеряемой величины передается по линии связи дли­тельностью импульсов постоянного тока или интервалами между импульсами.

Цифровые телеизмерительные системы. В цифровых ТИС, называемых еще кодово-импульсными системами, значение измеряемой величины передается по линии связи кодовой комбина­цией в виде комбинации импульсов. Наиболее часто применяется двоичный код, который на принимающей стороне преобразуется в единично-десятичный код, более удобный для цифрового вос­произведения измеряемой величины.

Системы автоматического контроля. Системы автоматического контроля (САК) и системы технической диагностики (СТД) являются разновид­ностями ИИС, с помощью которых осуществляется контроль за состоянием различных объектов.

Отличием СТД от САК является то, что СТД не только выдает информацию о исправности или неисправности контролируемого объекта, но и указывает место неисправности. Практически лю­бая СТД имеет в своем составе устройство воздействия на объект в виде генераторов стимулирующих воздействий, в то время как САК может не иметь таких устройств.

Дата добавления: 2014-01-20