Системы для раздельного измерения взаимосвязанных величин

ИС. Назначение и классификация.

ИС используются для различного рода комплексных исследований научного характера. 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.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. Для измерительных систем характерны:

─ высокие требования к метрологическим характеристикам;

─ широкий спектр измеряемых физических величин и в особенности их количество (число измерительных каналов);

─ необходимость в средствах представления информации;

─ большой объем внешней памяти для систем, в которых обработка и анализ результатов измерений выполняются после завершения процесса эксперимента с помощью набора различных средств обработки и представления информации. Классификация ИС:

- ИС для прямых измерений(многоканальные, многоточечные, мультиплицированные, сканирующие);

-Статистические ИС(для измерения параметров распределения случайных процессов,корреляционные,системы спектрального анализа);

-Раздельное измерение зависимых величин(многомерные,аппроксимирующие).

ИС для прямых измерений.

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 Λ непрерывной функции х (t,Λ). Измерительные системы, производящие измерения дискрет функции х(t,Λ), основаны на использовании многоканальных, многоточечных, мультиплицированных и сканирующих структур. Многоканальные системы объединяются в системы параллельного действия, применяемые во всех отраслях народного хозяйства. Причины 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 СИТ к измеряемым величинам. Недостатки таких систем - сложность и большая стоимость по сравнению с другими системами. Сканирующие системы. 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. Сканирование может выполняться непосредственно воспринимающим элементом или сканирующим лучом при неподвижном воспринимающем элементе. Многоточечные ИС. Выполнение условий минимальной сложности ИС приводит к необходимости многократного последовательного использования отдельных устройств измерительного тракта, к применению ИС параллельно-последовательного действия, которые носят название многоточечных ИС. Работа таких ИС основана на принципе квантования измеряемых непрерывных величин по времени. Измерительные системы с общей образцовой величиной — мультиплицированные развертывающие измерительные системы — содержат множество параллельных каналов. Структура системы включает датчики и устройство сравнения (одно для каждого канала измерения), источник образцовой величины и одно или несколько устройств представления измерительной информации. Мультиплицированные развертывающие измерительные системы позволяют в течение цикла изменения образцовой величины (развертки) выполнять измерение значений, однородных по физической природе измеряемых величин, без применения коммутационных элементов в канале измерения. Такие ИС имеют меньшее количество элементов по сравнению с ИС параллельного действия и могут обеспечить практически такое же быстродействие.

Статистические ИС.

При статистическом анализе используются законы распределения вероятностей и моментные характеристики, а также корреляционные спектральные функции. Системы для измерения законов распределения вероятностей случайных процессов — анализаторы вероятностей — могут быть одно- и многоканальными. Одноканальные анализаторы вероятностей за цикл анализа реализации x(t) позволяют получить одно дискретное значение функции или плотности распределения исследуемого случайного процесса. Многоканальные анализаторы позволяют получать законы распределения амплитуд импульсов и интервалов времени между ними, амплитуд непрерывных временных и распределенных в пространстве случайных процессов и др. Многоканальные анализаторы широко используются в ядерной физике, биологии, геофизике, в химическом и металлургическом производствах. При этом используются аналоговые, цифровые и смешанные принципы построения анализаторов. Существует два основных метода построения корреляционных измерительных систем. Первый из них связан с измерением коэффициентов корреляции и последующим восстановлением всей корреляционной функции, второй — с измерением коэффициентов многочленов, аппроксимирующих корреляционную функцию. Значительный класс статистических ИС - корреляционные экстремальные ИС — основан на использовании особой точки — экстремума корреляционной функции при нулевом значении аргумента. Корреляционные экстремальные ИС широко применяются в навигации, радиолокации, металлообрабатывающей, химической промышленности и в других областях для измерения параметров движения разнообразных объектов. Системы спектрального анализа предназначены для количественной оценки спектральных характеристик измеряемых величин. Различают параллельный фильтровый анализ (полосовые избирательные фильтры-резонаторы), последовательный фильтровый анализ (перестраиваемые фильтры и гетеродинные анализаторы), последовательно-параллельный анализ. Достоинства бесфильтровых анализаторов, основанных на определении коэффициентов ряда Фурье, связаны с получением высокой разрешающей способности, что позволяет их использовать для детального анализа определенных участков спектра.

Системы для раздельного измерения взаимосвязанных величин.

Эти системы применяются в следующих случаях:

- исследуемое явление или объект характеризуется множеством независимых друг от друга величин: X {[x₁], [х₂], ..., [х_n]} и при наличии селективных датчиков можно осуществить измерение всех значений [х_i ];

- при независимых [х_i], но не селективных датчиках, сигналы, на выходе которых содержат составляющие от нескольких величин, встает задача выделения каждой измеряемой величины [х_i];

- если элементы множества X {[x₁], [х₂], ..., [х_n]} связаны между собой, то также необходимо осуществить раздельное измерение величин х_i. Наиболее типичные задачи взаимно связанных измерений — измерение концентрации составляющих многокомпонентных жидких, газовых или твердых смесей или параметров компонентов сложных электронных цепей без гальванического расчленения. При раздельном измерении взаимосвязанных величин осуществляется воздействие на многокомпонентное соединение в целях селекции и измерения нужного компонента. Для механических и химических соединений существуют различные методики и средства такого раздельного измерения: масс-спектрометрия, хроматография, люминесцентный анализ и др. Системы, измеряющие коэффициенты приближающих многочленов, называются аппроксимирующими (АИС) и предназначены для количественного описания величин, являющихся функциями времени, пространства или другого аргумента. Информационные операции в АИС выполняются последовательным, параллельным или смешанным способом. АИС реализуются с разомкнутой или замкнутой информационной обратной связью, в виде аналоговых или цифровых устройств. К основным областям применения АИС относятся измерение статистических характеристик случайных процессов и характеристик нелинейных объектов, сжатие радиотелеметрической информации и информации при анализе изображений, фильтрация-восстановление функций, генерация сигналов заданной формы.

САК.

САК служит ля контроля технических процессов. САК осуществляет контроль состояния между текущим состоянием объекта и «нормой поведения». Задача САК - отнесение объекта к одному из возможных состояний. САК имеет обратную связь, внешняя память меньше, чем у ИС, так как обработка и представление информации ведутся в реальном режиме контроля объекта. Эксплуатационные параметры САК более высокие, чем у ИС: длительность работы, устойчивость к внешним воздействиям, климатические и механические воздействия. САК могут быть встроены в объект контроля и внешне по отношению к нему. Первые преимущественно применяются в сложном радиоэлектронном оборудовании и входят в комплект такого оборудования. Вторые обычно более универсальны. Функции САК:

1.восприятие входных величин и преобразование сигнала;

2.формирование и реализация «норм»;

3.сравнение входных величин с «нормой»;

4.формирование и выдача суждений о состоянии объекта контроля;

5.автоматическое управление работы системы;

6.аналого-цифровое преобразование;

7.выдача аналоговой и цифровой информации;

8.обработка информации;

9.формирование активных воздействий для получения контрольной информации;

10.самоконтроль.

Структура САК: содержит датчик, устройство сопряжения с объектом, ЭВМ, пульт управления оператора, систему отображения информации.