1.3.4 Системы технической диагностики

Системы технической диагностики разделяют на собственное диагностические и прогнозирующие.

По характеру выработки оценки состояния объекта диагностики системы технической диагностики разделяют на статистические и детерминированные. При статистической оценке состояния объекта решение принимается на основании измерений или проверок сигналов, которые характеризуют объект, а при детерминированной – параметры объекта, который проверяется, сравнивают с параметрами объекта, принятого за образцовый.

Существуют такие виды проверок: функциональная, алгоритмическая и логически-комбинационная. При функциональной проверке обнаруживают наличие сигнала на выходе объекта при поступлении сигнала на его вход; отсутствие выходного сигнала является отказом. При алгоритмической проверке согласно алгоритму работы объекта проверяется последовательность выполнения функций. Логически-комбинационная проверка разрешает обнаруживать неисправности на любом уровне. На вход объекта, который проверяется, в этом случае подают специальный диагностический тест, специальные стимулирующие сигналы.

ОД – объект диагностики; Д – датчик; К – коммутатор; П – преобразователь; УКП – устройство контроля параметров; УО – устройство обработки;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство; УУ – управляющее устройство; УВП – устройство ввода программы; УРИ – устройство распределения информации; ГСС – генератор стимулирующих сигналов; СПИ – средства представления информации; О – оператор

Рисунок 1.11 – Структурная схема системы технической диагностики

1.4 Функции микропроцессоров в иис

Основное отличие измерительных систем, использующих микропроцессоры, от аналоговых измерительных средств заключается в том, что в таких системах часть измерительной процедуры выполняется в числовой форме с помощью программированной вычислительной мощности, которая вводится в измерительную цепь.

Изучая принципы построения и особенности функционирования измерительных информационных систем с микропроцессорами, нужно обратить внимание на следующее: эти системы состоят из двух нераздельно связанных частей – аппаратной и программной; аппаратная часть содержит в себе измерительные, вычислительные и вспомогательные средства, программная – системное, инструментальное и прикладное программное обеспечения. Функционирование микропроцессорных измерительных систем опирается на принятую совокупность интерфейсов, которые обеспечивают взаимодействие всех компонентов.

Введение микропроцессора в состав измерительной цепи и соответственно числовых измерительных преобразований в измерительную процедуру радикально изменяет функциональные и метрологические возможности средств измерений. Появляется возможность выполнять сложные косвенные, совокупные и совместные измерения. Изменяются принципы реализации статистических измерений. Расширяются возможности по коррекции погрешностей и применению адаптивных и итеративных измерительных процедур.

К типичным измерительным преобразованиям, которые реализуются в числовой форме, принадлежат: масштабирование, функциональные преобразования (включая усреднение), формирование корректирующих влияний, обеспечение адаптации и итеративных измерений.

Естественно, что при этом изменяется структура полной погрешности – появляются составляющие, обусловленные числовыми измерительными преобразованиями, и возникают проблемы метрологического анализа в связи с усложнением алгоритмов измерений.

Для процессорных преобразований характерное изменение (уменьшение) удельного веса инструментальных погрешностей, которые определяются сбоями в функционировании микропроцессора.

Активное участие микропроцессора в реализации измерительного алгоритма приводит к необходимости более строго, с позиции метрологии, подходить к погрешностям измерений, которые становятся составной частью общей погрешности результата измерения. Это особенно важно для тех случаев, когда используются сравнительно малоразрядные микропроцессоры. К измерительным средствам, которые используются в автономных электроизмерительных средствах, выдвигаются требования минимальных массы и габаритов, которые также ограничивают разрядность процессоров.

С другой стороны, нет необходимости существенным образом завышать требования к точности измерений сравнительно с той погрешностью, которую вносят первичные измерительные преобразователи. Относительно рациональности применения микропроцессора, нужно стремиться к тому, чтобы погрешность вычислений незначительно увеличивала общую погрешность измерений.

Можно построить следующую классификацию функций, которые выполняются микропроцессором в измерительных системах [3, 4]:

1. контроллерные функции, связанные с управлением со стороны микропроцессора элементами аппаратного обеспечения;

2. вычислительные функции, связанные с обработкой и анализом данных;

3. тестовые функции, связанные с определением работоспособности измерительной системы, диагностикой и локализацией неисправности;

4. сервисные функции, связанные со взаимодействием оператора и информационно-измерительной системы.

К контроллерным относятся функции непосредственного управления элементами аппаратного обеспечения измерительной системы, в частности функции программ-драйверов. По типу аппаратного обеспечения контроллерные функции можно в свою очередь разбить на ряд подклассов:

1. управление измерительной цепью. Сюда входят управления переключателями каналов и диапазонов, подключение образцовых мер в процессе калибровки, управление измерительными усилителями. Как правило, эти функции выполняют чисто программными методами, иногда с использованием таймера – с помощью микропроцессора и портов ввода-вывода;

2. управление аналого-цифровым преобразованием. Эта функция может выполняться как чисто программно – микропроцессором, так и специализированным аппаратным обеспечением, в частности однокристальными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и таймером, или комбинированными аппаратно-программными методами;

3. управление средствами общения с оператором. Сюда входит большая группа функций управления клавиатурой, индикаторами, звуковой сигнализацией и дисплеем;

4. управление регистраторами. Сюда относятся функции управления печатающими устройствами, самописцами, внешними накопителями, накопителями на магнитной ленте в режиме двустороннего обмена, управление накопителями на магнитных дисках и дополнительными внешними модулями памяти.

К вычислительным относятся функции предварительной и основной обработки данных. Для осуществления предварительной обработки сигналов применяются такие процедуры:

1. калибровка, линеаризация, нормализация. Эти виды предварительной обработки связаны с коррекцией погрешностей, внесенных первичными измерительными преобразователями и усилительным трактом;

2. масштабирование. Этот вид предварительной обработки служит для учета коэффициента передачи и напряжения сдвига узлов в приемоусилительном тракте;

3. цифровая фильтрация. Использование разнообразных алгоритмов цифровой фильтрации измерительных сигналов дает значительно более широкие возможности, чем аналоговая фильтрация;

4. сжатие данных. Для экономии памяти применяется сжатие данных без потери информации;

5. распознавание и устранение артефактов. Сущность процедуры распознавания артефактов – это классификация входного сигнала на два класса: «подлежит анализу» и «не подлежит анализу». Не подлежащий анализу сигнал считается «артефактом», имеется в виду, что он обязан своим происхождением факторам, которые не являются предметом исследования: случайным нарушением измерительной цепи, побочным влиянием на первичные преобразователи, наводками от внешних цепей и т.п.

Для основной обработки сигнала применяются такие процедуры:

1. статистическая обработка. Сюда входит ряд процедур для вычисления функции и плотности распределения, математического ожидания, дисперсии, среднего квадратичного отклонения, вариации, асимметрии и т.п.;

2. вычисление вторичных параметров по формулам. В частности, сюда относится реализация процедур различных косвенных измерений;

3. амплитудно-временной и контурный анализ. К этим процедурам относятся определение параметров экстремальных точек, длительности фронта и среза импульса, выделение характерных точек, точек пересечения заданного порога и т.п.

Самотестирование цифровых измерительных устройств и систем – характерная особенность современных устройств со встроенными микропроцессорами. Можно разделить все типы тестирования устройств со встроенными микропроцессорами на два основных класса: тестирование с применением внешних микропроцессорных средств и полностью автономное тестирование.

В меру усложнения измерительного прибора или системы все чаще применяется режим интерактивной обработки – многостадийного диалога оператора с микропроцессорным устройством. При этом весь процесс измерения и обработки разбивается на ряд последовательных процедур. В качестве сервисных функций можно привести следующие:

1. ввод задачи;

2. сбор и предыдущая обработка первичной информации;

3. основная обработка и интерпретация результатов;

4. ввод результатов исследования для интерпретации, документирования и архивации.