Нефедов В.И. - Электрорадиоизмерения (1066241), страница 44

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 44)

12. Приведите различные формы записи АКФ и ВКФ.

13. Как выглядит упрощенная структурная схема коррелометра с пе­ремножением?

14. Поясните принцип реализации цифрового метода определения корреляционных функций по временным диаграммам.

15. Как определяют спектральную плотность мощности случайного процесса?

Глава 12

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

12.1. Общие сведения

Разработка новых радиотехнических устройств и систем с использованием современных технологий, усложнение их произ­водства, широкое развитие научных исследований, а также по­вышение требований к точности измерений и их быстродействию привели к необходимости одновременно измерять и контролиро­вать множество различных физических величин. Естественная физиологическая ограниченность возможностей человека в вос­приятии и обработке больших объемов измерительной информа­ции стала одной из основных причин появления автоматизиро­ванных средств измерений и контроля. Современные средства измерений в основном являются цифровыми и поэтому достигли достаточно высокого уровня развития и имеют наивысшие точ­ности. Именно переход к построению цифровых средств измере­ний позволил создавать автоматизированные средства измерения. Автоматизация процесса различных видов измерений дает значи­тельный выигрыш во времени и в большинстве случаев значи­тельно повышает точность измерений,

По уровню автоматизации все средства измерений делят на три основные группы:

• неавтоматические, позволяющие непосредственно операто­ру выполнить измерения;

• автоматизированные, способные провести в автоматиче­ском режиме одну или часть измерительной операции;

• автоматические, проводящие в автоматическом режиме из­мерения все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей, хранением данных и выработкой управляющих сигналов.

В настоящее время все большее распространение получают автоматизированные и автоматические средства измерений. Это связано с широким использованием в средствах измерений но­вейшей электронной, микропроцессорной и компьютерной тех­ники. Все эти средства часто называют обобщенным термином «автоматизированные средства измерений».

К автоматизированным средствам измерений относят авто­номные многофункциональные цифровые приборы на основе микропроцессоров и измерительные системы.

12.2. Автономные многофункциональные цифровые приборы

Автономный многофункциональный цифровой прибор со­держит микропроцессор, работает по жесткой программе и пред­назначен для измерений заданных физических величин, а также параметров и характеристик радиотехнических сигналов или це­пей. К ним относятся цифровые измерительные приборы, в кото­рых большую часть операций осуществляют автоматически. В ав­тономных микропроцессорных приборах нет отдельной магистрали и все элементы подключают к магистрали микропро­цессора. В них может быть не предусмотрено программирование или перепрограммирование микропроцессора в процессе работы. Необходимые программы обработки хранятся в ПЗУ, по мере на­добности оператор вызывает их с помощью клавиатуры.

Современный микропроцессор способен выполнять сервис­ные и вычислительные функции, а также самодиагностику при­бора в целом. К сервисным функциям относят выбор диапазона измерений, переключение диапазонов, коммутацию входных це­пей и определение полярности входного напряжения. Так, на­пример, в цифровых осциллографах автоматически устанавлива­ют длительность развертки, осуществляют ее синхронизацию, выбор масштаба по оси ординат. К сервисным функциям можно отнести и некоторые операции по коррекции погрешностей: ка­либровку прибора, коррекцию смещения нулевого уровня (так называемого «дрейфа нуля») в УПТ.

К вычислительным функциям микропроцессора относится статистическая обработка результатов измерений: определение математического ожидания и СКО. Возможно проведение математических операций с измеряемой величиной: ее умножение и деление на константу, вычитание констант, что удобно при вве­дении поправок, представлении измеряемой величины в лога­рифмическом масштабе. Часть сервисных функций можно реали­зовать и без микропроцессора на жесткой логике, однако вычислительные функции могут быть выполнены только с по­мощью микропроцессоров.

Разработанные в последние годы автономные микропроцес­сорные приборы позволяют решать программным методом часть задач, выполняемых в обычных приборах аппаратными средст­вами. Так для измерений амплитудного, средневыпрямленного и среднего квадратического значений напряжения аппаратными методами необходимы соответствующие преобразователи. Микропроцессорным прибором эту задачу решают, преобразовав ана­логовый измеряемый сигнал в цифровой с помощью АЦП, и затем по соответствующим программам вычислив требуемые параметры. Возможности прибора можно расширить, нарастив программное обеспечение, например, введя программы для спектрального ана­лиза и статистической обработки. При этом аппаратная часть, содержащая АЦП, существенно не усложняется, а меняется толь­ко программное обеспечение. Поэтому в ряде случаев микропро­цессорные приборы можно выполнять многофункциональными, что позволяет сократить парк средств измерений, необходимых для решения научных и производственных задач.

12.3. Измерительные системы

Измерительные системы (ИС) - совокупность функцио­нально связанных средств измерений, компьютерной техники и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах в форме, удобной для ав­томатической обработки, передачи и использования в автомати­ческих системах управления. Примерами ИС могут служить сис­темы, развернутые на крупных предприятиях и предназначенные для измерения большого количества параметров и контроля тех­нологического процесса производства какого-либо изделия, на­пример изделий микроэлектроники.

Назначение любой измерительной системы, необходимые функциональные возможности, технические параметры и харак­теристики в решающей степени определяются объектом иссле­дования, для которого данную систему создают. Структура со­временных ИС довольно разнообразна, быстро развивается и существенно зависит от решаемых задач, а их деление в настоя­щее время не имеет достаточно полного и четкого толкования. Приведем одну из возможных на данный момент упрощенных классификаций ИС, относящуюся к специфике электрорадиоизмерений (рис. 12.1). Основные элементы классификации пояс­няют непосредственно рисунком, ряд других приведен ниже.

В зависимости от выполняемых функций из­мерительные системы можно условно разделить на три основных вида: измерительные системы измерения и хранения информации (условно назовем их прямыми измерительными системами), контрольно-измерительные (автоматического контроля) и теле­измерительные системы. К ИС относят также системы распозна­вания образов и системы технической диагностики, которые в радиоизмерениях не изучаются.

По числу измерительных каналов измеритель­ные системы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многока­нальные (многомерные). Для совместных и совокупных измерений часто используют многоканальные, аппроксимирующие системы.

Наиболее бурно в настоящее время разрабатываются и вне­дряются прямые измерительные системы. Иногда эти системы называют гибкими измерительными системами (ГИС). Основной особенностью прямых измерительных систем является возмож­ность программным способом перестраивать систему для изме­рений различных физических величин и менять режим измере­ний. Изменений в аппаратной части при этом не требуется.

Прямые измерительные системы условно классифицируют как:

• информационно-измерительные системы (ИИС);

• измерительно-вычислительные комплексы (ИВК);

• компьютерно - измерительные системы (КИС).

Информационно-измерительные системы

Самым широким классом прямых измерительных систем яв­ляются информационно-измерительные системы (иногда их обо­значают термином измерительные информационные системы; аббревиатура одинакова — ИИС). Назначение ИИС определяют как целенаправленное оптимальное ведение измерительного про­цесса и обеспечение смежных систем высшего уровня достовер­ной информацией. Основные функции ИИС — получение изме­рительной информации от объекта исследования, ее обработка, передача, представление информации оператору или/и компью­теру, запоминание, отображение и формирование управляющих воздействий.

Информационно-измерительная система должна управлять измерительным процессом или экспериментом в соответствии с принятым критерием функционирования; выполнять возложен­ные на нее функции в соответствии с назначением и целью; об­ладать требуемыми показателями и характеристиками точности, помехоустойчивости, быстродействия, надежности, пропускной способности, адаптивности, сложности и прочее; отвечать эко­номическим требованиям, предъявляемым к способам и форме представления информации, размещения технических средств; быть приспособленной к функционированию с измерительными информационными системами смежных уровней иерархии и дру­гими ИИС, т.е. обладать свойствами технической, информацион­ной и метрологической совместимости, а также допускать воз­можность дальнейшей модернизации и развития. Процессом функционирования информационно-измерительной системы, как и любой другой технической системы, является целенаправлен­ное преобразование входной информации в выходную. Это пре­образование выполняют либо автоматически с помощью аппара­туры технического обеспечения, либо совместно — оперативным персоналом и аппаратурой технического обеспечения в сложных ИИС, ИВК и КИС.

Применение современных средств схемотехники (микро­схем, микропроцессоров и т.д.) коренным образом изменило принципы построения ИИС. Кроме того, методы достаточно обоснованного определения информационных потоков дают воз­можность уменьшить их избыточность. Это позволяет ставить задачу о возможно максимальном переносе обработки измери­тельной информации к месту ее формирования, т.е. перейти к конвейерной обработке измерительной информации в распреде­ленной ИИС. В целом такая система состоит из следующих ос­новных частей: системы первичных преобразователей (датчиков), устройств сбора и первичной обработки информации, средств вторичной обработки информации, устройств управления и кон­троля, устройств связи с другими системами объекта, накопите­лей информации.

По организации алгоритма функционирова­ния различают следующие виды информационно-измери­тельных систем:

• с заранее заданным алгоритмом работы, правила функцио­нирования которых не меняются, поэтому их можно использовать только для исследования объектов, работающих в постоян­ном режиме;

• программируемые, в которых изменяют алгоритм работы по
  заданной программе, составляемой в соответствии с условиями
  функционирования объекта исследования;

• адаптивные, чей алгоритм работы, а часто и структура, изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и
  условий работы объекта;

• интеллектуальные, обладающие способностью к перена­стройке в соответствии с изменяющимися условиями функционирования и способные выполнять все функции измерения и
контроля в реальном масштабе времени.

Практически математическое, программное и информационное обеспечение входит в состав лишь ИИС с цифровыми вычислитель­ными комплексами.

Математическое обеспечение — аналитические (математи­ческие) модели объекта исследования (измерения) и вычисли­тельные алгоритмы.

В математическую модель объекта измерения входит описа­ние взаимодействия между переменными входа и выхода для ус­тановившегося и переходного состояний, т.е. модели статики и динамики, а также граничные условия и допустимое изменение переменных процесса. Форма записи математической модели может быть различна: алгебраические и трансцендентные урав­нения, дифференциальные уравнения и уравнения в частных производных. Могут использоваться переходные и передаточные функции, частотные и спектральные характеристики и пр. Разли­чают три основных метода получения математических моделей исследования ИИС: аналитический; экспериментальный; экспе­риментально-аналитический.

В последние годы при создании большинства ИС часто ис­пользуют математическое моделирование, реализующее цепочку: объект — модель — вычислительный алгоритм — программа для компьютера — расчет на компьютере — анализ результатов рас­чета - управление объектом исследования.

Алгоритм измерения может быть представлен программно, словесно, аналитически, графически или сочетанием этих мето­дов представления. Последовательность действий при этом не произвольна, а реализует тот или иной метод решения задачи.

Во всех случаях поставленная задача должна быть настолько точно сформулирована, чтобы не осталось места для различных двусмысленностей.

Программное обеспечение ИИС включает в себя системное и общее прикладное программное обеспечение, в совокупности образующее математическое обеспечение, реализуется про­граммной подсистемой. Системное программное обеспечение — это совокупность программного обеспечения компьютера, ис­пользуемого в ИИС, и дополнительных программных средств, позволяющих работать в диалоговом режиме; управлять измери­тельными компонентами; обмениваться информацией внутри подсистем комплекса; автоматически проводить диагностику технического состояния.

Характеристики

Список файлов книги