8.2 Вимірювальна система
Сукупність вимірювальних каналів, вимірювальних пристроїв та інших технічних засобів, об’єднаних для створення сигналів вимірювальної інформації про декілька фізичних величин називають вимірювальною системою.
Оскільки поняття вимірювальної системи включає в себе поняття вимірювального каналу, вимірювальних пристроїв та інших технічних засобів, то узагальнену структурну схему вимірювальної системи (ВС) подамо у вигляді (рис. 8.4).
В зв’язку з тим, що вимірювальна система призначена для отримання сигналів вимірювальної інформації про декілька фізичних величин, то на її вході присутній аналоговий мультиплексор МХ. На кожному вході (каналі) мультиплексора розташовані первинні вимірювальні перетворювачі неелектричних, електричних або магнітних величин в електричні величини і відповідні вимірювальні підсилювачі. Така архітектура побудови вимірювальної системи, як сукупності вимірювальних каналів, вимагає певних доповнень в узагальнений алгоритм роботи. Дані доповнення стосуються програмно апаратного керування вибором вимірювального каналу.
Рисунок 8.4
Послідовність основних метрологічних операцій, які виконуються у вимірювальній системі, наведена в табл. 8.2.
Таблиця 8.2 – Послідовність операцій, що виконується у вимірювальній системі
Послідовність операцій |
Умовне позначення |
ОВВПМППРЧППЗОРЧЗ В
|
ОВ – об’єкт вимірювання ВП – вимірювальне перетворення МП – масштабування В – відтворення ПР – порівняння ЧП – числове перетворення П – передача З – запам’ятовування ОР – обробка результатів ЧЗ – числове значення |
Завданням вимірювальних систем є визначення розмірів фізичних величин – параметрів об’єктів вимірювання, тобто кількісного оцінювання процесів, що відбуваються в об’єкті.
8.2.1 Різновиди вимірювальних систем
Одна із можливих варіантів структури ВС наведена на рис. 8.5.
Рисунок 8.5
В залежності від швидкості зміни вимірюваних величин система може бути з загальним АЦП (рис. 8.1) або кожен канал може містити індивідуальний АЦП (рис. 8.6). В залежності від цього використовується комутатор (К) або мультиплексор (MX).
Рисунок 8.6
Особливості ІВС – це гнучкість та відкритість. ІВС повинні, по можливості, бути побудовані за модульним принципом, причому це відноситься як до технічних, так і до програмних засобів. Такий підхід забезпечує гнучкість системи, що дозволяє швидко її перебудовувати під розв’язувані задачі. А для того, щоб розширити коло задач, які б можна було вирішувати при використанні системи шляхом введення нових модулів, система повинна бути відкритою. Це дозволяє продовжити термін морального старіння системи.
Класифікація ІВС наведена на рис. 8.7.
В залежності від застосованого підходу до створення ІВС розрізняють:
Універсальні системи – охоплення всього класу можливих експериментальних досліджень. Ці системи складні, вимагають кваліфікованого обслуговування і мають низьку надійність.
Спеціалізовані системи – створення систем під конкретні завдання. Вони прості, швидкодіючі, але для реалізації складної задачі необхідно мати великий набір таких систем.
Рисунок
8.7
Проблемно-орієнтовані системи – створення ІВС для цілого класу об’єктів, які об’єднуються однаковою формою подання інформативних параметрів сигналів, діапазонів їх вимірювань і алгоритмів їх оброблення. Такі системи мають переваги універсальних і спеціалізованих систем.
За організаційною структурою системи поділяються на:
Централізовані. У таких ІВС вся первинна інформація надходить в центральний модуль, де і обробляється. Такий підхід доцільний, коли пропускна спроможність центрального модуля (з урахуванням часу на обробку) близька до обсягів інформаційних потоків. Коли інформаційні потоки починають перевершувати пропускну здатність, то з'являються збої, які можуть призвести до значних помилок.
Децентралізовані. Такі системи ще називаються «з розосереджених інтелектом». Чим нижче рівень системи (ближче до об'єкта), тим більше потік інформації, але і більша спеціалізація на даному рівні. ІВС складається з кількох підсистем за кількістю об'єктів (завдань). Всі підсистеми працюють паралельно.
Централізована система має низьку вартість, а децентралізована – при тій самій швидкодії елементів забезпечує більшу продуктивність.
В залежності від тісноти зв'язку із засобом обчислювальної техніки системи бувають:
Машиноорієнтовні. Інтерфейс, а також сигнали обміну та управління прив'язуються до конкретного типу ЗОТ, а система розглядається, як зовнішній пристрій по відношенню до цього ЗОТ.
Машинонезалежні. Взаємодія між приладами та протокол обміну інформацією між ними здійснюються у відповідності до деяких стандартів, а її взаємодія з ЗОТ здійснюється за допомогою спеціального адаптера.
Останнім часом з'явились, так звані, віртуальні системи, які включають в себе окремі апаратні модулі, які здійснюють перетворення сигналів, а також ЗОТ, який, крім дистанційного управління модулями, забезпечує можливість ручного керування цими модулями за рахунок виведення на екран керуючих органів, а також аналогового/цифрового відображення даних і результатів обробки.