Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра метрології та стандартизації
РЕФЕРАТ
На тему:
"Автоматизація вимірювань"
МІНСЬК, 2008
Основні напрями і принципи автоматизації Електрорадіоізмеренія
Зростання кількості вимірювань, наростання складності апаратури, підвищення вимог до точності, розширення використання математичних методів обробки результатів вимірювань і виявлення помилок призводить до значного зростання трудомісткості і вартості вимірювань і вимагає створення спеціалізованих автоматизованих засобів вимірювань.
Основні напрямки автоматизації вимірювань:
1) розробка засобів вимірювань, в яких всі необхідні регулювання виконуються автоматично, або взагалі не потрібні;
2) заміна непрямих вимірювань прямими, та створення багатофункціональних комбінованих приладів;
3) розробка панорамних вимірювальних приладів;
4) застосування мікропроцесорів (МП) і розробка на їх основі приладів з вбудованим інтелектом;
5) розробка вимірювально-обчислювальних комплексів (ІСК), що мають у своєму складі процесори з необхідним периферійним обладнанням і програмним забезпеченням;
6) створення на базі ІВК як універсального ядра інформаційних вимірювальних систем (ІВС).
Застосування мікропроцесорів у вимірювальних приладах
У вимірювальних приладах МП виконує наступні функції:
1) управління процесом вимірювань, окремими вузлами і приладом в цілому;
2) обробка вимірювальної інформації, перетворення результатів вимірювань і подання їх на екрані дисплея в різних форматах;
3) автоматична корекція систематичних похибок з використанням математичних моделей;
4) розширює функціональні можливості приладу (наприклад сучасні цифрові осцилографи крім тимчасових і амплітудних вимірів дозволяють вимірювати частотні параметри, проводити аналіз спектрів сигналів, статичних характеристик і так далі);
5) діагностика несправностей та самокалібрування.
Приклади використання МП у вимірювальних приладах показані на малюнках 1 і 2.
На малюнку 1 наведена узагальнена структурна схема цифрового осцилографа.
МПС - мікропроцесорна схема.
Узагальнена структурна схема скалярного аналізатора з МП наведена на малюнку 2.
ДКВ - генератор хитається частоти; КОП - канал загального користування.
Вимірювально-обчислювальні комплекси
Вимірювально-обчислювальний комплекс (ІСК) - автоматизоване засіб вимірювань, що має в своєму складі мікропроцесори (МП) з необхідним периферійним обладнанням, вимірювальні і допоміжні пристрої, керовані від МП, та програмне забезпечення комплексу.
Номенклатура входять до ІВК компонентів і визначає конкретну область його застосування. Але незалежно від області застосування ІВК повинні виконувати наступні функції:
вимірювання електричних величин;
управління процесом вимірювань;
управління впливами на об'єкт виміру;
подання оператору результатів вимірювання в заданій формі.
Для виконання цих функцій ІВК повинен забезпечувати сприймання, перетворення та обробку сигналів від первинних вимірювальних перетворювачів (датчиків або приладів), управління ними та іншими компонентами, що входять до складу ІВК, а також вироблення нормалізованих сигналів впливу на об'єкт вимірювання, оцінку точності вимірювань і представлення результатів вимірювань в стандартній формі.
ІВК за призначенням класифікуються на:
1) типові - для вирішення широкого кола типових задач автоматизації вимірювань, випробувань і так далі;
2) спеціалізовані - для вирішення унікальних завдань автоматизації вимірювань;
3) проблемні - для вирішення широко поширеною, але специфічної задачі автоматизації вимірювань.
До складу ІВК входять технічні й програмні компоненти. Програмні компоненти включають в себе системне і загальне прикладне програмне забезпечення.
Залежно від конкретних вимог проектуються однорівневі та багаторівневі ІВК. У однорівневих ІВК вся вимірювальна периферія з'єднана безпосередньо з інтерфейсом центрального процесора. У багаторівневих ІВК обчислювальна потужність розподілена між різними рівнями.
Узагальнена структурна схема однорівневого ІВК представлена на малюнку 3.
Інформаційні вимірювальні системи
Інформаційно-вимірювальна система (ІВС) - сукупність функціонально об'єднаних вимірювальних, обчислювальних та інших технічних засобів, призначена для одержання вимірювальної інформації, її перетворення і обробки з метою представлення в зручному споживачеві вигляді, або автоматичного здійснення логічних функцій контролю, діагностики та ідентифікації.
У залежності від призначення і виконуваних функцій ІВС поділяються:
1) вимірювальні системи;
2) системи автоматичного контролю;
3) технічної діагностики.
4) розпізнавання зразків (ідентифікації).
Для ІВС характерна не лише автоматизація таких процедур як реєстрація, збір і передача результатів вимірювань, а й проведення вимірювального експерименту при активному впливі на об'єкт дослідження відповідно до прийнятого плану. Оператор має можливість втручатися в хід експерименту і коригувати його в режимі діалогу.
Узагальнена структурна схема ІВС наведена на малюнку 4.
Типові пристрої ІВС визначаються структурою використовуваного ІВК. Додатковими є наступні пристрої:
- Датчики, які безпосередньо сприймають від об'єкта дослідження вимірювані величини і перетворюють їх у зміну будь-якого параметра електричного сигналу або ланцюга;
- Нормалізують перетворювачі, необхідні для перетворення неуніфікованих сигналів датчиків в уніфіковані аналогові або цифрові сигнали;
- АЦП;
- Комутатори, здійснюють почергове підключення вхідних сигналів на загальний вихід.
Агрегатування засобів вимірювань
Агрегатування це метод стандартизації, який дозволяє створювати нові вироби шляхом компонування їх з обмеженого числа уніфікованих функціональних частин (деталей, блоків, вузлів або приладів).
Важливе значення для впровадження агрегатування має сумісність, яка поділяється на інформаційну, енергетичну, конструктивну, метрологічну, експлуатаційну, надiйнiстну.
Загальні відомості про інтерфейси агрегатних комплексів засобів вимірювань
Інтерфейс регламентує правила обміну всіма видами інформації між пристроєм, що утворюють якусь систему. Він включає в себе апаратні засоби і протокол.
Протокол - сукупність правил, які єдині принципи взаємодії підсистем.
Стосовно до ІВК і ІВС інтерфейс забезпечує інформаційну сумісність входять до них апаратних засобів.
Основні класифікаційні ознаки інтерфейсів:
- Спосіб з'єднання засобів вимірювань і автоматизації (СІА);
- Спосіб передачі інформації;
- Принцип обміну інформації;
режим передачі інформації.
За способом з'єднання СІА інтерфейси поділяються на:
- Магістральні, радіальні, цепочечниє, змішані.
Схема інтерфейсу з магістральною структурою зображена на малюнку 5.
Для цієї структури характерно те, що сигнали, які виникають у всіх шинах інтерфейсу, доступні відразу всім СІА, але в кожний момент часу лише один абонент (СІА) може обмінюватися інформацією по інтерфейсу.
На малюнку 6, а зображена схема інтерфейсу з радіальної структурою; на малюнку 6, б - з цепочной, а на малюнку 6, в - зі змішаною.
За способом передачі інформації інтерфейси підрозділяються на: паралельні, послідовні, паралельно-послідовні.
У ІВС та ІВК використовуються паралельно-послідовні інтерфейси, у яких поєднується швидкодію паралельних і менша апаратна складність послідовних.
За принципом обміну інформацією інтерфейси поділяються на: синхронні та асинхронні.
Найбільш часто використовуються асинхронні інтерфейси, які дозволяють сполучати пристрої з різним швидкодією.
У залежності від режиму обміну інформацією розрізняють інтерфейси: з двостороннім одночасною передачею, з двосторонньою почергової передачею, з односторонньою передачею.
ЛІТЕРАТУРА
Метрологія та Електровимірювання в телекомунікаційних системах: Підручник для вузів / А.С. Сігов, Ю.Д. Бєлік. та ін / За ред. В.І. Нефедова. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2005.
Бакланов І.Г. Технології вимірювань у сучасних телекомунікації. - М.: ЕКО-Трендз, 2007.
Метрологія, стандартизація і вимірювання в техніці зв'язку: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Б.П. Кульгавого. - М.: Радіо і зв'язок, 2006.