1.3 Принципы организации и основные структурные схемы иис

1.3.1 Измерительные системы

Измерительные ИИС характеризуются преимуществом функций измерения, функции обработки и хранения незначительные или отсутствуют. В зависимости от вида и числа различных элементов в структуре измерительных систем их делят на следующие категории:

1. многоканальные (системы с параллельной структурой);

2. сканирующие (системы с последовательной структурой);

3. мультиплицированные (системы с развертывающим уравновешива-нием);

4. многоточечные.

Упрощенная структура многоканальной измерительной системы представлена на рис. 1.5. В каждом измерительном канале есть полный набор основных функциональных элементов: датчик Д (первичный измерительный преобразователь), мера М, элемент сравнения С (компаратор) и блок выдачи результата измерения ВР. Преимуществами многоканальной измерительной системы являются высокая надежность и быстродействие, обусловленные параллельной структурой. Вместе с тем такие системы характеризуются аппаратной избыточностью, следствием которой являются повышенная сложность и стоимость.

Рисунок 1.5 – Многоканальная измерительная система

Сканирующая измерительная система изображена на рис. 1.6. Она имеет один измерительный канал, а отличительной особенностью является наличие сканирующего устройства СкУ, осуществляющего перемещение датчика в различные точки объекта измерения.

Рисунок 1.6 – Сканирующая измерительная система

Эти системы последовательно во времени выполняют измерение многих величин с помощью одного канала измерения. Сканирующее устройство перемещает датчик в пространстве, причем траектория движения может быть заранее запрограммирована (так называемое пассивное сканирование) или может изменяться в зависимости от полученной в процессе сканирования информации (активное сканирование).

При исследованиях параметрических полей (температур, давлений, механических напряжений, магнитных и др.) такие ИИС дают количественную оценку значений параметров полей в заданных точках. Иногда с помощью сканирующих измерительных систем определяют экстремальные значения параметров исследуемых полей или эквипотенциальные области.

К недостаткам сканирующих измерительных систем можно отнести относительно малое быстродействие из-за последовательного выполнения операций измерения для всех измеряемых величин.

Структура мультиплицированной измерительной системы, которую еще называют системой с развертывающим уравновешиванием, представлена на рис. 1.7. Она содержит несколько измерительных каналов, но в отличие от многоканальной структуры, мера является общей для всех каналов. Эти системы разрешают на протяжении цикла изменения известной величины (развертки) выполнить сравнение со всеми измеряемыми величинами. Как правило, в таких системах измеренная величина x сравнивается с линейно изменяющейся величиной x_k. В момент равенства x и x_k формируется интервал времени T_x, пропорциональный измеряемой величине.

Рисунок 1.7 – Мультиплицированная измерительная система

Мультиплицированные измерительные системы имеют меньшее число элементов по сравнению с многоканальными системами, а следовательно и меньшую стоимость при обеспечении такого же быстродействия. Вместе с тем они содержат большое количество элементов сравнения, которые значительно усложняются при измерении сигналов низкого уровня.

Многоточечные измерительные системы (рис. 1.8) применяются для исследования сложных объектов с большим числом измеряемых величин. Число измерительных каналов в таких системах может достигать нескольких тысяч за счет использования измерительных коммутаторов ИК, предназначеных для последовательного подключения большого количества датчиков ко входу одного измерительного канала.

Рисунок 1.8 – Многоточечная измерительная система

Достоинства таких систем очевидны: меньшее количество оборудования в сравнении с многоканальными системами, возможность наращивания числа измерительных каналов за счет коммутатора. Недостатками многоточечных измерительных систем являются пониженное быстродействие при большом количестве опрашиваемых датчиков и некоторое снижение точности за счет остаточных параметров ключей коммутации.