Принципы построения интеллектуальных и виртуальных измерительных устройств

Создание МП, а затем и ПК в 80-х годах привело к развитию аппаратно-программных средств обработки данных. Стало доступно множество плат для сбора данных, обработки, анализа и отображения информации. Стали появляться датчики с встроенными МП («интеллектуальные» или «умные» датчики). Программное обеспечение с использованием искусственного интеллекта используется для интерпретации данных, полученных от датчиков. В датчиках осуществляется дискретизация данных и преобразование измерительного сигнала в цифровой код. Специализированные МП для цифровой обработки сигналов (ЦОС) применяются для целей фильтрации, Фурье – анализа сигнала и т.п. Это позволяет производить сбор данных с большой скоростью и затем передавать их на ПК. Это обеспечивает работу измерительных систем в режиме «реального» времени.

Для ввода измерительной информации в ПК используют специальные платы сбора данных. В настоящее время на рынке представлено большое разнообразие ПСД. Поэтому необходимо знать характеристики, по которым нужно производить выбор плат. Разница в стоимости плат обусловлена отличием в скорости, разрешении и сложности систем сбора данных. В простой плате обычно используется 12-разрядный АЦП с быстродействием в 1 мс без возможности обработки измерительной информации, а только для передачи ее в ПК. Более дорогие платы имеют собственную память и средства обработки информации с возможности промежуточной записи данных на носитель. Определяющей цену платы характеристикой является скорость съема информации. Высокоскоростные платы включают в себя 16-разрядные АЦП с временем преобразования 10мкс. Имеют мало каналов, что позволяет повысить их быстродействие (если отключить неработающие каналы, то быстродействие возрастет).

Критерии выбора плат сбора данных:

· требуемая частота сбора данных;

· требуемое разрешение по напряжению, разрядность;

· количество каналов:

· диапазон изменения измерительного сигнала;

· возможность изменения диапазона измерений

· тип измерительного сигнала (одно- или двухполярный;)

· наличие дифференциального входа;

· по виду напряжения;

· нужен ли аналоговый вход;

· уровень шумов;

· линейность;

· температурная стабильность.

Рис. 13.4 Структура встраиваемой платы сбора данных.

Сменная встраиваемая плата сбора данных и управления (ПСДУ) содержит обычно следующие основные элементы:

· мультиплексор, обеспечивающий параллельный ввод сигналов;

· устройство выборки и хранения (УВХ);

· АЦП;

· цифровой сигнальный МП.

Обмен информацией между ПСДУ и компьютером происходит либо через механизм прерываний, либо в режиме прямого доступа к памяти.

Информационный сигнал поступает с датчиков на плату через устройство согласования сигналов (УСС), которые могут выполнять различные функции: усиление, питание датчиков, переключение, фильтрацию сигналов и т.п.

«Умные» датчики со встроенными МП позволяют производить обработку информации в самом датчике. Выходной сигнал может быть в аналоговой или цифровой форме. Используют системы пожаро- и взрывозащиты. Для них используют специальные микропроцессоры с усеченным набором инструкций. Для повышения производительности создают микроконтроллеры. Это МП с дополнительной памятью, ЦАП и АЦП, специальное программное приложение с возможностью обкатки программ на симуляторе. Разрабатывают и специализированные ЦОС МП для цифровой фильтрации, быстрого преобразования Фурье… Программируемые интегральные логические схемы (ПЛИС) используют для разработки простых устройств, но есть и специальные заказные ИС.

Рис. 13.5 Лицевая панель виртуального осциллографа.

В некоторых случаях требуется обрабатывать и анализировать информацию, поступающую от нескольких датчиков, но при этом оператор не успевает оценить информацию с требуемой скоростью или показания одних должны быть взаимоувязаны с другими и т.п. Задачи такого рода стимулировали развитие систем с искусственным интеллектом на основе устройств с нечеткой логикой и искусственных нейронных сетей.

Использование методов сравнения для измерения частоты

Телеизмерительные системы

Основные компоненты ИИС

Классификация электронных измерительных приборов

Вернуться в оглавление: Методы и средства измерений электрических величин