Розділ VIII основи метрології та електричних вимірювань

Розділ VIII ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ

8.1 Загальна характеристика івс

Інформаційно-вимірювальна система ІВС – сукупність технічних і програмних засобів, спрямованих на реалізацію однієї з процедур експериментальної інформатики.

Експериментальна інформатика – це розділ інформатики, в якому здійснюється оброблення даних, які безпосередньо отримують від об’єкта.

Базовими процедурами експериментальної інформатики є вимірювання і контроль. Вони можуть входити до складу більш складних процедур, таких як випробування, ідентифікація, побудова та дослідження залежностей тощо.

Таблиця 8.1 – Відмінність понять «вимірювання» та «контроль»:

Вимірювання	Контроль
Отримують кількісні значення вимірюваної величини, тобто результат – число.	Оцінюється стан об'єкта, тобто результат – рішення (придатний чи непридатний, справний або несправний).
Якість вимірювання характеризується його точністю.	Якість контролю характеризується достовірністю прийнятого рішення.

Якщо процедурі порівняння величини з нормами передує вимірювання, то в цьому випадку говорять про вимірювальний контроль.

Незалежно від розв'язуваної задачі принципи побудови та організації роботи ІВС однакові. До складу ІВС у загальному випадку входять:

1.Вимірювальний канал (ВК):

• сенсор (С) – складова частина первинного вимірювального перетворювача, що сприймає інформативні параметри сигналу і перетворює їх в уніфікований аналоговий сигнал, який у подальшому піддається квантуванню;

• нормуючий пристрій (НП), завдання якого – приведення уніфікованих сигналів до одного й того ж діапазону;

• аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – остання ланка ВК, на виході якого утворюється двійковий код, пропорційний вхідному аналоговому сигналу.

2. Керуючий канал, який формує режими роботи об’єкту, а також умови проведення його експериментальних досліджень:

• перетворювач в позиційний код;

• цифро-аналоговий перетворювач та ін.

3. Засіб обчислювальної техніки (ЗОТ), завдання якого – прийом, обробка цифрових даних та подання результату.

Для об'єднання всіх вузлів в єдине ціле використовують відповідний інтерфейс.

8.1.1 Вимірювальний канал

Сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів зв’язку та інших технічних засобів, призначена для створення сигналу вимірювальної інформації про одну вимірювану фізичну величину називають вимірювальним каналом.

Узагальнена структурна схема вимірювального каналу наведена на рис.8.1.

Рисунок 8.1

Основними складовими наведеного вимірювального каналу є такі: С – сенсор (первинний вимірювальний перетворювач); ВП – масштабний перетворювач (вимірювальний підсилювач); АП – аналогова пам’ять (пристрій вибірки зберігання); АЦП – аналого цифровий перетворювач; ПІ –програмований інтерфейс; Зап – сигнал запам’ятовування вхідної аналогової величини; Зп – сигнал запуску АЦП; Кп – сигнал кінець перетворення АЦП; CPU – мікропроцесор (числовий перетворювач); PC – персональний комп’ютер.

Часові діаграми роботи даного вимірювального каналу наведена на рис. 8.2.

Рисунок 8.2

Алгоритм роботи вимірювального каналу наведено на рис.8.3. Суттєвою відмінністю даного алгоритму роботи програмного драйвера є наявність аналогового запам’ятовування вимірювальної інформації на час аналого-цифрового перетворення. Для зменшення динамічної похибки вимірювана аналогова величина на час аналого-цифрового перетворення запам’ятовується АП. Після завершення перетворення аналогової величини в дискретну на виході АЦП формується двійковий код N, що супроводжується сигналом кінець перетворення Кп. При наявності «прапорця», коли Кп=1, мікропроцесор переписує значення двійкового коду в свою оперативну пам’ять ОЗП для подальшої обробки та представлення результатів вимірювання.

Сутність наведеного (рис. 8.3) алгоритму така. На початку здійснюється початкова установка регістрів загального призначення, лічильника команд, акумулятора, якщо необхідно – стекова пам’ять, регістр прапорців обнуляється, записуються в оперативну пам’ять значення необхідних для роботи програми констант і т.ін. Це і є ініціалізація програмних засобів.

Ініціалізація апаратних засобів полягає в здійснені операції обнулення всіх елементів пам’яті засобу вимірювання: тригери, регістри, лічильники, подільники. Крім того, задається режим роботи та конфігурація портів введення-виведення, вибирається режим роботи АЦП, виконуються підготовчі операції для формування необхідної частоти запускаючих імпульсів, визначається регістр аналізу наявності, чи відсутності сигналу «Кінець перетворення».

Після здійснення ініціалізації програмно установлюють початкову адресу ADR:=ADR[H] оперативної пам’яті, в якій будуть зберігатися двійкові коди результатів вимірювання.

Рисунок 8.3

Далі встановлюють значення лічильника вимірювань ЛВ:=[n] – кількість вимірювань фізичної величини.

Після виконання даних дій переходять до процесу вимірювання. Спочатку програмно-апаратно формують сигнал «Зап» - запам’ятовування, по якому аналоговий сигнал на час АЦП-перетворення запам’ятовується аналоговою пам’яттю. Після цього формується сигнал «Зп» - запуск АЦП-перетворення, по якому аналоговий сигнал в АЦП перетворюється в двійковий код. Очікування сигналу «Кп» - кінець пертворення відбувається до тих пір поки в регістрі прапорця не з’явиться одиниця «Кп=1». Поява цього прапорця, підтверджує завершення операції АЦП-перетворення і можливість передачі байта вимірювальної інформації N[0…7] з виходів АЦП в акумулятор числового перетворювача з подальшим запам’ятовуванням цього байта в оперативній пам’яті. Далі збільшується на одиницю адреса оперативної пам’яті ADR:=ADR[H+1], зменшується на одиницю значення лічильника вимірювань ЛВ:=[n-1] і перевіряється на нуль.

Якщо значення ЛВ=0, то процес отримання вимірювальної інформації з виходів АЦП завершено. Результати вимірювань опрацьовують і подають на табло (монітор) остаточний результат у вигляді таблиці, графіка, числових значень. В противному разі процес вимірювання повторюється до виконання умови ЛВ=0.