1.3. Элементы информационно- измерительных систем, передаточная функция системы

Информационно- измерительная система включает технические элементы, информационное обеспечение, программное обеспечение.

Технические элементы, входящие в информационно- измерительную систему, могут быть разделены на группы [5]:

1.чувствительные элементы (датчики- сенсоры, измерительные наконечники), т.е. элементы, которые выдают сигналы, количественно связанные с измеряемой величиной. Такие элементы получают информацию об измеряемом объекте и преобразуют ее в форму, удобную для передачи на остальные элементы измерительной системы для получения количественного значения измеряемой величины;

2.преобразователи сигнала, получающие сигналы от чувствительных элементов и преобразующие их в соответствии с требованиями блока отображения информации или системы управления. Эти элементы могут включать:

- формирователи сигналов, преобразующие сигналы чувствительных элементов в физический вид, удобный для отображения,

- сигнальный процессор, преобразующий сигнал в более удобную форму, например, усиливающий, сжимающий, передатчики сигналов на устройства отображения;

- передатчики

3.устройства отображения выходной информации измерительной системы, накопители информации, устройства для передачи информации на управляющие элементы.

В элементной базе современной измерительной техники все более значительную часть составляют электронные информационные устройства (резисторы, конденсаторы, транзисторы, катушки индуктивности, трансформаторы) и устройства автоматики (интегральные электронные усилители электрических сигналов, коммутаторы логических элементов, перемножители электрических напряжений, триггеры, счетчики импульсов, регистры, сумматоры). Это является результатом развития интегральной технологии, распространение которой позволяет в больших объемах выпускать дешевые функциональные высококачественные элементы различного назначения.

Конструктивно - технологически такие элементы представляют собой полупроводниковые пластины малой толщины, на которых располагают десятки тысяч электрически соединенных между собой в соответствии с требуемыми схемами электронных элементов на площади в доли квадратных миллиметров [6]. Эти элементы , как правило, изготавливают в соответствии со специально разрабатываемым «групповыми» технологическими процессами («групповыми технологиями»), в течение единого технологического цикла, который полностью автоматизирован.

Структурная блок- схема информационно- измерительной системы с учетом деления входящих в нее технических элементов на функциональные группы приведена на рис.2.

При объединении отдельных элементов в единую систему учитываются особенности взаимодействия элементов, возможности их совместимости.

Устрой-ства отобра-жения

­G₃

измеряемая сигнал x­₁ сигнал x­₂ выходная

величина. информация

Рис.2 Структурная схема информационно- измерительной системы

Информационное обеспечение информационно- измерительной системы определяет способы и конкретные формы информационного отображения результатов измерения (диаграммы, графики, сигналы для обслуживающего персонала, управляющие сигналы и т.п.).

Программное обеспечение информационно- измерительной системы включает системное и прикладное обеспечение . Системное программное обеспечение представляет собой совокупность программного обеспечения компьютера и дополнительных программных средств, позволяющих работать в диалоговом режиме, управлять измерительными устройствами, проводить обмен информацией в системе и т.д. Прикладное, т.е. математическое, обеспечение подразумевает используемые математические модели объекта измерения и соответствующие вычислительные программы.

Взаимодействие оператора с управляющими устройствами информационно- измерительной системы обеспечивает интерфейс пользователя, т.е. форма дисплея и управляющих элементов. В общем смысле под интерфейсами понимают схемы потоков информации и взаимосвязи отдельных элементов системы. Для конкретных систем под интерфейсом также понимают, например, устройство сопряжения персонального компьютера со средствами измерений или другими внешними техническими системами.

Обычно в информационно- измерительных системах используют стандартные интерфейсы, как для сопряжения отдельных элементов, так и для сопряжения средств измерений с другими устройствами информационно- измерительной системы и для передачи информации во внешние сети, поскольку создание интерфейса для каждой метрологической задачи нецелесообразно.

Структура интерфейса информационно- измерительной системы может быть:

- цепочечной – функциональные элементы соединяются последовательно, каждый элемент одновременно является приемником и источником сигнала , используется для простых систем с малым числом элементов;

- радиальной – каждый функциональный элемент связан с центральным устройством управления, каждый элемент также является одновременно приемником и источником сигналов;

- магистральной – все элементы, включая и центральный управляющий, присоединяются к линии связи (шине), но очередностью подключения управляет центральный элемент; скорость обмена информацией в такой системе ниже, но ее конструктивное решение предполагает более дешевую элементную базу, используется при большом числе средств измерения.

Обобщенной характеристикой информационно- измерительной системы, позволяющей судить о ее функциональных возможностях, является передаточная функция системы – отношение выходного сигнала к входному

.

Для системы, приведенной на рис.2, передаточная функция системы равна произведению передаточных функций отдельных элементов

.

При известных передаточных функциях элементов информационно- измерительной системы можно определить ее точность. Выходные сигналы отдельных элементов с учетом погрешностей будут равны

где - полная абсолютная погрешность системы.

Если пренебречь малыми величинами, то

Так как разделив обе части выражения на , получим

- относительная погрешность выходного сигнала,

- относительные погрешности передаточных функций элементов системы.