объекта контроля и заданной нормой. В результате контроля выдается

суждение о состоянии объекта.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

измерительных информационных систем

Измерительная информационная система (ИИС) в соответствии с ГОСТ 8.437—81

представляет собой совокупность функционально объеди­ненных измерительных,

вычислительных и других вспомогательных техни­ческих средств для получения

измерительной информации, ее преобразо­вания, обработки с целью представления

потребителю (в том числе для АСУ) в требуемом виде, либо автоматического

осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации.

В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде измерительных

систем (ИС), систем автоматического контроля (САК), технической диагностики

(СТД), распознавания (идентификации) об­разов (СРО). В СТД, САК и СРО

измерительная система входит как под­система.

Информация, характеризующая объект измерения, воспринимается ИИС,

обрабатывается по некоторому алгоритму, в результате чего на выходе системы

получается количественная информация (и только ин­формация), отражающая

состояние данного объекта. Измерительные информационные системы существенно

отличаются от других типов ин­формационных систем и систем автоматического

управления (САУ). Так, ИИС, входящая в структуры более сложных систем

(вычислительных систем связи и управления), может быть источником информации

для этих систем. Использование информации для управления не входит в функции

ИИС, хотя информация, получаемая на выходе ИИС, может ис­пользоваться для

принятия каких-либо решений, например, для управления конкретным

экспериментом.

Каждому конкретному виду ИИС присущи многочисленные особен­ности,

определяемые узким назначением систем и их технологически конструктивным

исполнением. Ввиду многообразия видов ИИС до на­стоящего времени не

существует общепринятой классификации ИИС.

Наиболее распространенной является классификация ИИС по функ­циональному

назначению. По этому признаку, как было сказано выше, будем различать

собственно ИС, САК, СТД, СРО.

По характеру взаимодействия системы с объектом исследования и обмена

информацией между ними ИИС могут быть разделены на актив­ные и пассивные.

Пассивные системы только воспринимают информацию от объекта, а активные,

действуя на объект через устройство внешних воздействий, позволяют

автоматически и наиболее полно за короткое время изучить

его поведение. Такие структуры широко применяются при автоматизации научных

исследований различных объектов.

В зависимости от характера обмена информацией между объектами и активными ИИС

различают ИС без обратной связи и с обратной связью по воздействию.

Воздействие на объект может осуществляться по заранее установленной жесткой

программе либо по программе, учитывающей реакцию объекта. В первом случае

реакция объекта не влияет на характер воздействия, а следовательно, и на ход

эксперимента. Его результаты могут быть выданы оператору после окончания. Во

втором случае резуль­таты реакции отражаются на характере воздействия,

поэтому обработка ведется в реальном времени. Такие системы должны иметь

развитую вы­числительную сеть. Кроме того, необходимо оперативное

представление информации оператору в форме, удобной для восприятия, с тем

чтобы он мог вмешиваться в ход процесса.

Эффективность научных исследований, испытательных, поверочных работ,

организации управления технологическими процессами с примене­нием ИИС в

значительной мере определяется методами обработки изме­рительной информации.

Операции обработки измерительной информации выполняются в устройствах, в

качестве которых используются специализированные либо универсальные ЭВМ. В

некоторых случаях функции обработки результа­тов измерения могут

осуществляться непосредственно в измерительном тракте, т. е. измерительными

устройствами в реальном масштабе времени.

В системах, которые содержат вычислительные устройства, обработка информации

может производиться как в реальном масштабе времени, так и с предварительным

накоплением информации в памяти ЭВМ, т. е. со сдвигом по времени.

При исследовании сложных объектов или выполнении многофактор­ных

экспериментов применяются измерительные системы, сочетающие высокое

быстродействие с точностью. Такие ИИС характеризуются боль­шими потоками

информации на их выходе.

Значительно повысить эффективность ИИС при недостаточной апри­орной

информации об объекте исследования можно за счет сокращения избыточности

информации, т. е. сокращения интенсивности потоков изме­рительной информации.

Исключение избыточной информации, несущест­венной с точки зрения ее

потребителя, позволяет уменьшить емкость устройств памяти, загрузку устройств

обработки данных, а следователь­но, и время обработки информации, снижает

требования к пропускной способности каналов связи.

При проектировании и создании ИИС большое внимание уделяется проблеме

повышения достоверности выходной информации и снижения вероятностей

возникновения (или даже исключения) нежелательных ситуаций. Этого можно

достичь, если на ИИС возложить функции само­контроля, в результате чего ИИС

способна осуществлять тестовые провер­ки работоспособности средств системы и

тем самым сохранять метроло­гические характеристики тракта прохождения

входных сигналов, проверять достоверность результатов обработки информации,

получаемой посредством измерительных преобразований, и ее представления.

Все более широкое развитие получают системы, предусматривающие автоматическую

коррекцию своих характеристик — самонастраивающие­ся (самокорректирующиеся)

системы.

Введение в такие системы свойств автоматического использования результатов

самоконтроля — активного изучения состояния ИИС — и приспособляемости к

изменению характеристик измеряемых сигналов или к изменению условий

эксплуатации делает возможным обеспечение заданных параметров системы.

Классификация ИИС по функциональному назначению

В зависимости от функционального назначения структуры ИИС под­разделяют по

принципу построения. Рассмотрим основные особенности и отличия.

Собственно измерительные системы используются для различного рода комплексных

исследований научного характера. Они предназначены для работы с объектами,

характеризующимися до начала эксперимента минимумом априорной информации.

Цель создания таких систем заклю­чается в получении максимального количества

достоверной измеритель­ной информации об объекте для составления

алгоритмического описа­ния его поведения.

Обратная связь системы с объектом отсутствует или носит вспомо­гательный

характер. Как отмечалось, информация, полученная на выходе ИИС, может

использоваться для принятия каких-либо решений, создания возмущающих

воздействий, но не для управления объектом. ИИС пред­назначена для создания

дополнительных условий проведения эксперимента, для изучения реакции объекта

на эти воздействия. Следовательно, использо­вание информации не входит в

функции ИИС. Эта информация предостав­ляется человеку-оператору или поступает

в средства автоматической об­работки информации.

Для измерительных систем характерны:

· более высокие по отношению к системам другого вида требования к

метрологическим характеристикам;

· более широкий спектр измеряемых физических величин и в особен­ности

их количество (число измерительных каналов);

· необходимость в средствах представления информации; это связано с

тем, что основной массив информации с выхода систем передается чело­веку для

принятия им решения об изменении условий проведения экспе­римента, его

продолжении или прекращении. Поэтому определяющим требованием является

неискаженное, наглядное и оперативное представ­ление текущей информации с

учетом динамики ее обновления и быстро­действия системы, обеспечивающее

удобство восприятия и анализа чело­веком;

· большой объем внешней памяти для систем, в которых обработка и

анализ результатов осуществляется после завершения эксперимента с помощью

набора различных средств обработки и предоставления информации.

Разновидности ИС

· ИС для прямых измерений, т. е. независимых измерений дис­кретных

значений непрерывных величин;

· статистические ИС, предназначенные для измерения статистичес­ких

характеристик измеряемых величин;

· системы, предназначенные для раздельного измерения зависи­мых величин.

Входными в ИС для прямых измерений являются величины, воспри­нимаемые

датчиками или другими входными устройствами системы. Задача таких ИС

заключается в выполнении аналого-цифровых преобра­зований множества величин и

выдаче полученных результатов измерения.

В рассматриваемых ИС основные типы измеряемых входных величин могут быть

сведены либо к множеству изменяющихся во времени вели­чин, либо к

изменяющейся во времени t и распре­деленной по пространству Л непрерывной

функции х (t, Л). При изме­рении непрерывная функция х (t, Л) представляется

множеством дискрет.

Измерительные системы, производящие измерения дискрет функции x(t, Л),

основаны на использовании многоканальных, многоточечных, мультиплицированных

и сканирующих структур.

Многоканальные системы объединяются в один из самых распространенных классов

измерительных систем параллельного действия, применяемых во всех отраслях

народного хозяйства. Основные причины столь широкого распространения

многоканальных ИС заключаются в возмож­ности использования стандартных,

относительно простых, измеритель­ных приборов, в наиболее высокой схемной

надежности таких систем, в возможности получения наибольшего быстродействия

при одновре­менном получении результатов измерения, в возможности

индивидуального подбора СИ к измеряемым величинам.

Недостатки таких систем — сложность и большая стоимость по срав­нению с

другими системами.

В измерительных системах последовательного действия - сканирую­щих

измерительных системах — операции получения информации выпол­няются

последовательно во времени с помощью одного канала измерения. Если измеряемая

величина распределена в пространстве или собственно координаты точки являются

объектом измерения, то восприятие инфор­мации в таких системах выполняется с

помощью одного сканирующего датчика.

Сканирующие системы находят применение при расшифровке гра­фиков. В медицине,

геофизике, метрологии, при промышленных испыта­ниях, во многих отраслях

народного хозяйства и при научных исследова­ниях затрачивается значительное

время на измерение параметров графичес­ких изображений и представление

результатов измерения в цифровом виде. Для указанных целей промышленностью

выполняются различные специализированные полуавтоматические расшифровочные

устройства и системы ("Силуэт").

Сканирование может выполняться непосредственно воспринимающим элементом или

сканирующим лучом при неподвижном воспринимающем элементе. Такими элементами

могут быть оптико-механические или электронно-развертывающие устройства.

Для измерения координат графических изображений применяются различные

акустические системы. В геологии и картографии, океанологии и других областях

при автоматизации проектирования осуществляются измерения и выдача в цифровом

виде координат сложных графических изображений на фото носителях, чертежах и

документах. При этом генера­тор (полуавтоматические измерения) лишь указывает

точки изображения, координаты которых необходимо измерить. Используемые здесь

датчики, как правило, осуществляют преобразование координат точек в интервалы

времени прохождения световых или акустических импульсов между точ­ками,

координаты которых были измерены.

При использовании в устройствах ЭВМ одновременно со считыванием координат

осуществляют обработку графических изображений по задан­ной программе.

Голографические ИС (ГИС). Основу датчиков составляют лазеры,

представляющие собой когерентные источники света, когерентная опти­ка и

оптоэлектронные преобразователи. Голографические измерительные системы

отличаются высокой чув­ствительностью и повышенной точностью, что послужило

основой широ­кого их применения в голографической интерферометрии.

Голографическая интерферометрия обеспечивает бесконтактное измерение и

одно­временное получение информации от множества точек наблюдаемой по­верхности

с использованием меры измерения — длины световой волны, известной с высокой

метрологической точностью.

Выполнение условий минимальной сложности ИС приводит к необ­ходимости

последовательного многократного использования отдельных устройств

измерительного тракта, а следовательно, к применению ИС параллельно-

последовательного действия, которые носят название многоточечных ИС. Работа

таких ИС основана на принципе квантования измеряе­мых непрерывных величин по

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5