Глава 3. Структура информационно-измерительных систем

Структура ИИС может быть рассмотрена в зависимости от организации взаимодействия функциональных блоков:

1. Цепочечная

3. Магистральная с централизованным управлением

4. Магистральная с децентрализованным управлением.

5. Радиально-магистральная.

В зависимости от организации и сбора измерительной информации:

1. Одноканальная

2. Многоканальная. Дает возможность изменения разнородных величин при высоком быстродействии и надежности.

3. Мультиплицированная. Производится коллективное преобразование всех аналоговых сигналов за один цикл изменения образцовой величины, и при этом могут выполняться операции преобразования и обработки информации.

4. Многоточечная. Структура в которой используется параллельно- последовательный принцип работы, реализующийся с помощью коммутаторов.

5. Сканирующая. Сканирующее устройство перемещает датчик по запрограммированной траектории.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и/или хранения физической величины одного или нескольких заданный размеров.

При современном уровне цифровой вычислительной техники все эти структуры с функциональной точки зрения можно рассматривать как частный случай обобщенной.

Исследуемый объект описывается величинами х1,... хп. Первичные измерительные преобразователи (ПИП, датчики) преобразуют величины xi в электрические величины yi. Например, напряжение, ток, емкость, индуктивность и другие. Датчики являются обязательными компонентами ИИС. Вид датчика в первую очередь определяется видом преобразуемой величин, однако для измерения одной и той же физической величины могут использоваться различные датчики. Для измерения одной и той же физической величины могут быть использованы различные датчики, отличающиеся своими характеристиками и принципом действия. Например, для измерения координат, изменяющихся в пределах десятков миллиметров и более целесообразно использовать растровые фотоэлектрические датчики, а для измерения в диапазоне нескольких миллиметров и менее - индуктивные.

Вспомогательным устройством в ИИС является базирующее устройство, с которым могут быть связанны исследуемые объекты, а также первичные преобразователи. Вид базирующего устройства определяется видом исследуемого объекта, и необходимыми воздействиями на него в процессе измерения. Базирующее устройство может быть простым механическим приспособлением для установки датчиков (метеобудка, например). В других случаях базирующее устройство может быть сложным, обеспечивающим относительное перемещение датчиков и объекта. Величины yi, выдаваемые ПИП, подаются на ВИП, которые преобразуют их в напряжения Ui. ВИП в некоторых каналах могут отсутствовать, если выходной величиной датчика является напряжение, уровень которого достаточен для аналого-цифрового преобразования. Вид ВИП определяется только видом величины yi. Один и тот же экземпляр ВИП может использоваться для преобразования выходной величины разных датчиков. Конструктивно ВИП могут быть совмещены с ПИП, или выполнены в виде отдельных устройств. В состав ВИП могут входить простейшие вычислительные устройства, например, для введения поправок или линеаризации характеристик (так называемые интеллектуальные датчики). Напряжение Ui поступают на АЦП, где преобразуются в цифровые коды ф, подаваемые на ЭВМ. По выполняемым функциям АЦП можно отнести к ВИП, поэтому АЦП иногда конструктивно совмещаются с ВИП или с ЭВМ, однако АЦП всегда выделяется в отдельные функциональные блоки. Это выделяется на схемах в силу следующих обстоятельств:

1) АЦП, в отличие от других преобразователей, работает под управлением ЭВМ.

2) АЦП, как и датчики, являются обязательными компонентами каждого канала.

АЦП могут быть индивидуальными для каждого канала, однако, чаще, один АЦП используется для всех или нескольких каналов, работая в мультиплексном режиме.

Каналы связи между элементами ИИС могут иметь различный характер. В простейшем случае, для локально сосредоточенной ИИС, это проводная связь внутри стойки или конструктива, где размещены сами элементы. Для ИИС, распределенных в пространстве могут использоваться радиоканалы и волоконно- оптическая связь. В этих случаях один канал связи может служить для передачи информации от разных первичных преобразователей, если они локально сосредоточены. Каналы связи, как и АЦП, могут функционировать в мультиплексном режиме.

Последовательность преобразователей (ПИП, ВИП и АЦП) и каналов связи, обеспечивающее преобразование измеряемой величины в цифровой код, называется измерительным каналом (ИК). Согласно стандарту РМГ29-99, измерительный канал - это совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа до выхода. Измерительный сигнал - сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. Понятие измерительного канала отражает сущность выполнения измерений в ИИС. Оно необходимо для анализа погрешности измерения и организации метрологического обеспечения. Конструктивно различные элементы ИК могут быть объединены в единое устройство. В качестве измерительных каналов могут быть использованы электронно-измерительные приборы, имеющие цифровой выход (цифровые вольтметры, частотомеры, весы и др.). Коды, выдаваемые АЦП, подаются для обработки на вход ЭВМ, в качестве которой может использоваться ПК или специализированная микропроцессорное вычислительное устройство. Обработка первичной информации производится в соответствии с заложенным в ЭВМ программно-математическим обеспечением (ПМО). Функции ЭВМ могут заключаться не только в обработке первичной измерительной информации, но и в управлении самим процессом измерения путем подачи воздействий на исследуемый объект. Примеры таких воздействий: перемещение объекта относительно датчиков, подача на объект тестовых сигналов, помещение объекта в магнитное поле и тд и тп