7. Функции измерительной системы

Информационно-измерительной системой (ИИС) называется совокупность функционально объединённых средств измерения (СИ), средств вычислительной техники и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах, свойственных данному объекту, в форме, удобной для автоматической обработки, передачи, отображения и (или) автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации и использования в автоматических системах управления. В этом определении перечисление возможных функций (отображение, контроль, диагностика, идентификация) указывает на то, что ИС способны проводить все операции, понимаемые сегодня как измерения в широком смысле

В дальнейшем как для приборов, так и для систем мы будем использовать обобщающий термин «система», т.к. всё, о чём ниже пойдёт речь, практически в равной степени относится к тем и другим. Различия будут сделаны лишь там, где они действительно имеются.

На рис. 1.10 представлена общая функциональная модель системы, кото-

рая отражает наличие трёх категорий входных и выходных величин [1.1]. Первая из них – x_пi, y_пi – относится к главной функции системы  функции преобразования (ФП) . Главное назначение любой измерительной системы – преобразование измеряемых величин в такие, которые могут быть восприняты наблюдателем, либо использованы для управления.

Вторая категория – x_кi, y_кi – характеризует функцию коммуникации, которая ответственна за обмен информацией между системой и человеком или другими техническими устройствами с целью управления ею и контроля её функционирования.

Третья категория – x_вi, y_вi – возмущения, чаще всего нежелательно влияющие на систему со стороны окружающей среды и в обратном направлении – со стороны системы на окружающую среду. С учётом этих величин необходимо предусматривать мероприятия, целью которых является в основном обеспечение надёжности выполнения ФП. Соответствующая функция называется функцией надёжности.

Рассмотрим подробнее функцию преобразования. В измерительной технике под нею понимается математическая зависимость между выходной и измеряемой величинами. Однако, в системах наряду с преобразованием информации осуществляется также преобразование энергии и материалов. Так, в измерительном магнитографе имеется узел электропитания, а при записи изменяется состояние магнитной ленты. Т.е. преобразуются все три материальные субстанции – вещество, энергия и информация. При этом, если преобразование последней определяет назначение системы, то два предыдущих необходимы для выполнения этого преобразования. Таким образом, можно говорить об основной (первичной) и вспомогательных (вторичных) ФП.

Функция коммуникации состоит из обслуживания (ввода), индикации (вывода) и обмена информацией между прибором и другими техническими устройствами. Схема модели этой функции применительно к человеку пред

с тавлена на рис. 1.18. При механическом вводе управляющего сигнала испол-

нительным органом является палец или кисть человека. Они осуществляют механическое перемещение, фиксацию, касание управляющего элемента. Последнее находит всё более широкое применение благодаря отсутствию усилия. Расширяется область использования речевого ввода информации.

Для вывода используются почти все сенсорные способности человека. Главное место занимает оптическое отображение информации (78 % всей информации человек получает через органы зрения). Такой вывод имеет то преимущество, что соответствующий сигнал может быть наиболее разнообразным (форма, размер, цвет, расположение). Это может быть использовано, например, при выводе на экран монитора. К недостаткам можно отнести то, что сигнал должен находиться в центральной зоне обзора пользователя, который должен обладать нормальным зрением. Существенным является выбор между аналоговым и цифровым отсчётом. Он зависит от назначения информации и требуемой точности. Аналоговый сигнал лучше сохраняется в памяти пользователя, но цифровой отсчёт точнее.

Значительным преимуществом акустического вывода является то, что эта информация может быть доведена до сведения более широкого круга лиц независимо от их расположения в помещении. При этом они не должны ориентироваться в направлении источника звука. Другим достоинством является то, что звук инициирует самый быстрый ответ. Особо следует указать на речевой вывод, роль которого возрастает.

Для механического вывода используется осязание (при этом необходим в основном контакт касанием) элемента, осуществляющего перемещение типа вибрации.

Частные функции «Обслуживание» и «Индикация» конструктивно должны выполняться так, чтобы они, во-первых, оптимально отвечали способностям среднего человека (человек для работы с системой не должен быть узким специалистом). Во-вторых, должно обеспечиваться оптимальное разделение труда между человеком и системой, позволяющее максимально использовать возможности обработки информации обеими сторонами (человек осуществляет параллельную обработку информации с низкой скоростью и относительно невысокой надёжностью, система – наоборот).

Обмен информацией с другими техническими устройствами производится путём электрического, оптического, механического, пневматического и гидравлического ввода-вывода. Он имеет наибольшее значение в таких автоматизированных системах, где число функциональных элементов настолько велико, что требует унификации отношений такого обмена. Соответствующие инструкции и аппаратное обеспечение называются интерфейсом.

Функция надёжности выполняет три частные задачи:

• обеспечение надёжности выполнения ФП при возможных собственных (внутренних) возмущениях;

• то же при возможных возмущениях со стороны окружающей среды;

• обеспечение безопасности окружающей среды при возможных возмущениях, создаваемых системой.

Н а рис. 1.19 приведён состав функции надёжности. Внутренняя установка – это базирование функциональных узлов и элементов по плоскостям, опорам и др., устойчивое по отношению к механическим воздействиям. Последние передаются через узлы крепления и соприкасания функциональных элементов, ответственные за определённое положение элементов в пространстве. Внешняя установка – это расположение прибора во внешней среде.

Внутренние (собственные) возмущения возникают от внутренних источников электромагнитных помех, тепла, внутренних возбудителей колебаний и ударов. Защита от них производится главным образом путём их «отвода». Для защиты от внешних возмущений применяются, например, изоляция, экранирование, уплотнение, покрытие, облицовка, герметизация.

На окружающую среду со стороны системы могут влиять электрическое напряжение (при контакте); электромагнитное, радиоактивное и акустическое излучения; теплоотдача; химикалии; движущиеся детали. Здесь главный критерий – степень защищённости человека.