2 Основные понятия и типичная структура телеметрической системы
Телеметриейназывается область науки и техники, занимающаяся вопросами разработки и эксплуатации комплекса автоматизированных средств обеспечивающих получение, преобразование, передачу по каналу связи, прием, обработку и регистрацию измерительной информации и информации о событиях с целью контроля на расстоянии состояния и функционирования технических и биологических систем различных объектов и изучения явлений природы. [4]
Более узко телеметрию определяют как измерение на расстоянии физических величин, характеризующих технологический процесс, явление природы, состояние живого организма.
Радиотелеметрияв свою очередь является телеметрией, использующей радиоканалы связи.
Телеметрическая системапредставляет собой совокупность устройств, обеспечивающих сбор сигналов со средств первичного преобразования, формирование телеметрических сигналов, передачу их по каналу связи, регистрацию и отображение телеметрических сообщений на приемной стороне. [4]
Передаваемая информация включает в себя информацию о результатах измерения физических параметров, состояния контролируемых объектов, изучаемых явлениях или событиях, а также информацию, обеспечивающую работу наземных средств телеметрической системы. Информация, поступающая с объектов телеконтроля, согласно [5], делится на следующие группы:
информация о состоянии систем и агрегатов контролируемого объекта, а также о работе различной аппаратуры;
информация о параметрах окружающего пространства;
информация о медико-биологических параметрах человека и животных.
В состав представленных групп входят разнообразные телеметрируемые параметры(показатели физического процесса, события или изучаемого явления, значения или поведение которого подлежат измерению или контролю).
Телеметрируемые параметры в зависимости от характера изменения во времени делятся на функциональные и сигнальные. Функциональные параметры являются непрерывными функциями времени и, в свою очередь, разделяются на медленно меняющиеся (спектр частот от нуля до 20 – 50 Гц) и быстро меняющиеся (спектр частот до 2…3 кГц и более). Для сигнальных параметров характерно скачкообразное изменение во времени.
К медленно меняющимся параметрам относятся температуры, давления, скорости потоков жидкостей и газов, линейные и угловые перемещения, скорости ускорения и т.д. Вибрации и акустические шумы являются представителями быстро меняющихся параметров. Примером сигнальных параметров служит сигнал «включено – выключено».
Совокупность устройств и (или) составных частей с одним входом и одним выходом, обеспечивающих передачу групповых телеметрических сигналов на расстояние и их прием называется каналом связи. [4]
Линия связи, в отличие от канала может обслуживать несколько источников сообщений, образуя многоканальную линию. Современные телеметрические системы и комплексы, являясь многоканальными, обеспечивают одновременную передачу большого числа измеряемых величин на одной несущей частоте.
Ниже приведены основные показатели телеметрических систем.
Пропускная способность- максимально возможный объем сообщений, который телеметрическая система способна передавать, принимать и регистрировать в единицу времени. [4]
Дальность связихарактеризует максимальное расстояние, при котором обеспечивается требуемая вероятность связи (вероятность получения в течение сеанса связи телеметрических сообщений).
Погрешность телеметрирования– это отклонение оценки телеметрируемого параметра или какой-либо его характеристики от истинного значения. [4]
Требования, предъявляемые при проектировании телеметрической системы, и особенности её построения зависят от назначения и условий применения данной системы. Например, если телеметрическая система входит в состав системы телеуправления в качестве информационного звена, решающую роль играет быстрота и достоверность получения данных телеизмерений. В случае передачи информации на большие расстояния важнейшее значение приобретает энергетическая эффективность радиолинии, определяемая затратами энергии на одну двоичную единицу информации.
Общие требования, предъявляемые к телеметрическим системам, следующие:
возможность одновременной передачи большого числа разнообразных параметров (от нескольких десятков до нескольких сотен);
обеспечение заданной точности, которая оценивается для систем средней, высокой и очень высокой точности среднеквадратическими погрешностями 3…5 %, 1…2 % и 0,1…0,5 % соответственно;
возможность оперативного изменения состава измеряемых параметров с учётом их важнейших особенностей (скорости измерения во времени, скорости передачи и др.);
высокую степень автоматизации процессов сбора, передачи и обработки данных;
обеспечение высокой надёжности телеметрической аппаратуры и ряда других эксплуатационных требований (малый вес, объём, стоимость в расчёте на одно измерение или одну двоичную единицу информации). [5]
Рисунок 11 – Упрощённая структура телеметрической системы
Типичная телеметрическая система содержит, как показано на рисунке 11, три основные части:
источник данных, который обычно является датчиком, преобразующим измеряемые параметры в электрические сигналы;
способ передачи данных;
приемное устройство и восстановление переданных данных.