Автоматизация измерений

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Профессиональная задача:
Можно ли у себя иметь ПК и создать средство
измерения частоты, АЧХ, фазо-частотной
характеристики.
ОИ
ВУ
АЦП
ПК

2. Функции автоматизированных СИ

• Измерение
• Преобразование
• Обработка
• Представление в удобном для потребителя виде
Информационно-измерительная система(ИИС)-это
совокупность функционально объединенных измерительных,
вычислительных и других вспомогательных технических
средств для получения измерительной информации, её
преобразование, обработка с целью представления
потребителю в требуемом виде.

3. Обобщенная структурная схема ИИС

ОИ
ИУ
ПП
ИП
АЦП
ИМ
ПП-первичный преобразователь
ОИ-объект исследования
ИП-измерительный
преобразователь
АЦП-аналого-цифровой
преобразователь
УУ
УИ
ЦО
ИМ
ИМ
ЦАП
УИ-устройство вывода,
отображения и регистрации
ЦО-цифровая обработка
ЦАП-цифро-аналоговый
преобразователь
ИУ-исполнительное устройство
ИМ-интерфейсный модуль

4. Микропроцессорные средства измерения

ФУНКЦИИ:
• Сервисные(выбор диапазона измерений,
определение полярности, коммутация
входных цепей, калибровка, коррекция
смещения нулевого уровня в усилителе
постоянного тока)
• Вычислительные(определение среднего
значения и среднеквадратического
отклонения, получение математических
функций измеряемой величины)

5. ОПРОС

1) К функциям автоматизированных СИ относят ...
a)
b)
c)
d)
преобразование измерительной информации;
Индикация физической величины;
Калибровка
Сбор информации
Правильный ответ: а)

6.

2) Информационно-измерительная система это …
a) Система работы с базами данных
b) это совокупность функционально объединенных
измерительных, вычислительных технических
средств
Правильный ответ: b)

7.

3) К функциям микропроцессорных средств
измерения относят:
a)
b)
c)
d)
Сервисные
Преобразовательные
Вычислительные
Измерительные
Правильный ответ: a),c)

8. Виртуальные приборы

ВИРТУАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

9.

Виртуальный информационно-измерительный прибор
представляет собой комбинацию компьютера,
универсальных аппаратных средств ввода-вывода сигналов и
специализированного программного обеспечения (ПО),
которое и определяет конфигурацию и функционирование
законченной системы.
Применение
В научных исследованиях, диагностических, статических и
интеллектуальных системах компьютеры используются для
решения задач управления измерительными экспериментами,
сбора, регистрации, обработки и систематизации данных,
представления и хранения результатов наблюдений.

10.

Основные достоинства:
- Неограниченный объем измерительной информации;
- богатые возможности представления
и обработки информации;
- настраиваемый интерфейс;
- расширяемость;
- запись времени и комментариев вместе с данными;
- автоматизация процесса измерений;
- доступ в Интернет;
-взаимодействие с базами данных и информационными
системами.

11.

Применение ВП позволяет:
- оптимизировать процесс проведения сложных измерений;
- исключить рутинные операции ручной установки режимов
измерений;
- упростить технологию поиска неисправностей
радиоэлектронной аппаратуры;
- автоматизировать процесс метрологических испытаний;
- обеспечить документирование и хранение данных измерений.

12. ТЕСТ

1) Виртуальный
прибор (ВП) представляет собой :
a) комбинацию компьютера универсальных аппаратных
средств ввода-вывода сигналов и специализированного
программного обеспечения (ПО);
b) цветной LCD-дисплей;
c) систему, состоящую из программ;
d) измерительную плату.
Правильный ответ: a)

13.

2)Виртуальный прибор в отличие от
обычного прибора содержит:
a)микропроцессор
b)ПК
c)АЦП
Правильный ответ: a) и c)

14.

3) ВП в отличие от микропроцессора содеожит:
a) датчики
b) индикатор
c) измерительную плату
d) ПК
Правильный ответ: c) и d)

15. Классификация ИИС (информационных измерительных систем)

КЛАССИФИКАЦИЯ ИИС
(ИНФОРМАЦИОННЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ)

16. информационно измерительная система- это совокупность технических средств, выполненных в блочно-модульном исполнении, объединенных общ

ИНФОРМАЦИОННО ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА- ЭТО
СОВОКУПНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ВЫПОЛНЕННЫХ
В БЛОЧНО-МОДУЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ, ОБЪЕДИНЕННЫХ
ОБЩИМ АЛГОРИТМОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ,
ОБЛАДАЮЩИХ НАБОРОМ НОРМИРОВАННЫХ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО
(АВТОМАТИЗИРОВАННОГО) ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
НЕПОСРЕДСТВЕННО ОТ ОБЪЕКТА, ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕЕ,
ПЕРЕДАЧИ, ИЗМЕРЕНИЯ, ОБРАБОТКИ, ХРАНЕНИЯ И
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ В ФОРМЕ, ДОСТУПНОЙ ДЛЯ
ВОСПРИЯТИЯ ОПЕРАТОРОМ И (ИЛИ) ВВОДА В
УПРАВЛЯЮЩУЮ СИСТЕМУ

17.

Измерите
льные
САК
СРО
СТД

18. САК(система автоматического контроля)

САК(СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ)
Предназначена
для контроля
технологических процессов .
Осуществляет контроль
соотношения между текущим
(измеренным) состоянием
объекта и установленной
нормой поведения по
известной математической
модели.

19. Измерительная ИИС

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ИИС
Используется для работы с объектами ,
характеризующимися до начала эксперимента
минимумом априорной информации.
Информационно-измерительные системы
выполняют следующие функции:
- получение исходной информации через
первичные измерительные преобразователи
(сенсорв) от объекта измерения;
- преобразование измерительной информации с
заданной и гарантированной точностью;
- представление в виде, удобном для потребителя.

20. СТД(система технической диагностики)

СТД(СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ)
предназначены :
для контроля фактического технического состояния
различных технических устройств, в том числе
устройств автоматики, вычислительной техники,
радиотехники для организации его правильной
эксплуатации
технического обслуживания и ремонта при
обнаружении их отказов и определении неисправных
элементов. Для таких систем характерно применение
специальных методов поиска неисправностей.

21. СРО(система распознавания образов)

СРО(СИСТЕМА РАСПОЗНАВАНИЯ
ОБРАЗОВ)
Предназначена для определения степени
соответствия между исследуемыми объектами и
эталонным образом.

22. Примеры таких систем : - системы детектирования движений, - распознавания штриховых кодов, - распознавания автомобильных номеров, - неразруш

СРО БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ.
ПРИМЕРЫ ТАКИХ СИСТЕМ :
- СИСТЕМЫ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЙ,
- РАСПОЗНАВАНИЯ ШТРИХОВЫХ КОДОВ,
- РАСПОЗНАВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ НОМЕРОВ,
- НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ, ОСНОВАННЫЕ НА
РАСПОЗНАВАНИИ НЕКОТОРЫХ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
ОБЪЕКТ ПРИЗНАКОВ.

23. Примеры систем с обратной связью: - системы оптического трекинга объектов, где предыдущее расположение объектов влияет на определение тек

СРО С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ.
ПРИМЕРЫ СИСТЕМ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ:
- СИСТЕМЫ ОПТИЧЕСКОГО ТРЕКИНГА ОБЪЕКТОВ, ГДЕ
ПРЕДЫДУЩЕЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ВЛИЯЕТ НА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕКУЩЕГО МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ,
- СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ В ПОДВИЖНЫХ РОБОТАХ.

24. Уникальные вторичные созвездия

УНИКАЛЬНЫЕ ВТОРИЧНЫЕ СОЗВЕЗДИЯ
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
0.2
0.2
0.4
0.4
0.6
)
0.6
0.8
0.8
1
1
1
1
N
1
2
3
4
5
6
0.8
0.6
0.4
Название
МарГТУ 3/1
МарГТУ 3/2
МарГТУ 3/3
МарГТУ 3/4
МарГТУ 4/1
МарГТУ 4/2
0.2
0
0. 2
0.4
0.6
0.8
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.2
0.4
0.6
1
Состав созвездия
Геркулеса Ц.Т., Геркулеса, Геркулеса
М. Медведицы, Треугольника, Лебедя
Голубя, Киля, HD 6440 Кормы
Весов, Центавра, Павлина
б)
Геркулеса, Геркулеса, Сев. Короны, Волопаса
HD 94510 Киля, Киля, Мухи, Юж. Креста
M
503.761
2205.86
1405.54
2915.58
146.271
33.441
0.8
1

25. Тест

ТЕСТ
1.САК предназначена для…
a)для
контроля технологических процессов.
b)получения исходной информации в
результате взаимодействия первичных
измерительных преобразователей.
c)для контроля фактического технического
состояния различных технических устройств.
Правильный ответ: a

26.

2.СТД предназначена для …
a) для контроля технологических процессов.
b) для контроля фактического технического
состояния различных технических устройств.
с) для работы с объектами ,
характеризующимися до начала эксперимента
минимумом априорной информации.
Правильный ответ b

27.

Измерительная система это…
а) это совокупность функционально объединённых технических средств измерений и
технических устройств.
b) Совокупность объекта управления и
управляющего устройства;
с) совокупность функционально объединённых вычислительных и технических
устройств.
Правильный ответ: с

28. Компьютерно - измерительные системы

КОМПЬЮТЕРНО - ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ
Компьютерно - измерительная система(КИС) - представляет
собой микроЭВМ со встроенной в нее измерительной платой. В
отличие от микропроцессорных приборов в КИС пользователь
получает доступ к обширным фондам прикладных программ, может
использовать внешнюю память большой емкости и различные
устройства документирования результатов измерений.

29. Обобщённая структурная схема

ОБОБЩЁННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
АЦП – аналогово – цифровой пеобразователь
ЦАП – цифро – аналоговый преобразователь
ИМ – интерфейсный модуль

30. Особенности и возможности КИС

ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНОСТИ КИС
В качестве встроенных мер напряжения в КИС, как и в
большинстве других измерительных приборов, используют
стабилитроны, температурный коэффициент напряжения
которых составляет около 5 10 5
Большие вычислительные возможности позволяют
реализовать в КИС анализ полученной информации в ходе
эксперимента и менять алгоритм обработки в зависимости от
предварительных данных
В ряде случаев, если вид математической модели
исследуемого процесса задан, вычислительные методы
позволяют сократить время измерений
Возможности КИС можно использовать для прогнозирования
отказов некоторых элементов аппаратуры

31. Примеры современных КИС

ПРИМЕРЫ СОВРЕМЕННЫХ КИС
Компьютерная измерительная система Naja Celette
Проверяемый автомобиль устанавливается на
базовой раме (стапеле) или подъемника. Измерение
координат
контрольных
производится
с
точек
помощью
кузова
автомобиля
электронно-измерительной
каретки с ощупывающей головкой по трем направлениям.
Данные по заводским координатам контрольных точек
находятся в базе данных компьютера измерительной
системы.
Измерение
проводится
координат
автоматически
контрольных
при
точек
перемещении
ощупывающей головки вместе с измерительной кареткой
по
контрольным
точкам.
Программное
обеспечение,
входящее в состав устройства, позволяет не только
управлять его работой, но и оперативно проводить
сравнение измеренных координат контрольных точек с
заводскими координатами, хранящимися в банке данных
устройства.

32. Примеры современных КИС

ПРИМЕРЫ СОВРЕМЕННЫХ КИС
Компьютерная измерительная система
С-Tronix
Компьютерная измерительная система
С-Tronix представляет собой измерительный
комплекс на основе лазерного сканера,
управляемого компьютером, и специальных
лазерных
мишеней.
Принцип измерения расстояний между
контрольными точками основан на приеме
отраженного от мишеней модулированного
лазерного излучения, его обработки и
последующего сравнения полученных данных
с референсными расстояниями, приводимыми
производителями автомобилей.

33. Тест 1

ТЕСТ 1
Определение КИС :
a)
представляет собой микроЭВМ со встроенной в нее измерительной
платой
b)
средство измерений, представляющее собой в общем случае совоку
пность измерительных приборов
c)
совокупность определенным образом соединенных между собой
средств измерений и других технических устройств
d)
средство измерений, предназначенное для получения значений
измеряемой физической величины в установленном диапазоне ее
измерения и выработки сигнала измерительной информации
Правильный ответ: а

34. Тест 2

ТЕСТ 2
Назовите недостающий элемент:
a) импульсный модулятор
b) компаратор
c) АЦП
d) модуль преобразования
входного сигнала
Правильный ответ: с

35. Тест 3

ТЕСТ 3
Назовите недостающий элемент:
a) передающее устройство
b) импульсный модулятор
c) модуль интерфейса вывода
d) ЦАП
Правильный ответ: d

36. Тест 4

ТЕСТ 4
Назовите недостающий элемент:
a) модуль интерфейса ввода
b) блок программно управляемых
мер напряжения и частоты
c) канал связи
d) фильтр
Правильный ответ: b

37. Измерительно- вычислительные комплексы (ИВК)

ИЗМЕРИТЕЛЬНОВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
(ИВК)

38. ИВК

ИВК - автоматизированное средство измерения
электрических величин, на основе которого возможно
создание ИИС путём присоединения ко входу
измерительных сигналов датчиков измеряемых
величин
с
унифицированным
электрическим
выходным сигналом и генерация на основе
программных компонентов ИВК программ обработки
информации
и
управления
экспериментом,
ориентированных на применение конкретных задач.
Отличие ИВК от ИИС:
Содержит несколько средств измерений
o Измерительные приборы и ИИС
o Совокупность ИИС
Измерение производят под управлением ПК.

39. Функции ИВК

ФУНКЦИИ ИВК
Измерение
параметров
производственного
процесса
Регистрация
информации
в
реальном
времени
Хранение
и
последующая
обработка
информации
Передача
информации
для
сложной
обработки и накопления в ЭВМ
Обеспечение
работы
эксперимента
символьной и графической информацией
с

40. Классификация ИВК

КЛАССИФИКАЦИЯ ИВК
Типовые
(Широкое
применение)
Проблемноориентированные
(Специфичные
задачи)
Специализирован
ные(Уникальные
задачи)
Типовые широкого применения (широкий
круг задач автоматизации исследований и
испытаний)
Проблемно-ориентированные
(специфичные
задачи автоматизации измерений)
Специализированные
(уникальные задачи
автоматизации измерений)

41. Обобщённая структурная схема ИВК

ОБОБЩЁННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИВК
Объект
исследования
Устройство
связи с
объектом
Датчики
Устройство
воздействия
на объект
ПК
Оператор
Средства
представлени
я информации

42. Тест

ТЕСТ
1.
Что не входит в структурную схему ИВК
a)
Датчики
Объект исследования
c) Устройство связи с объектом
d) Калькулятор
b)
Правильный ответ: Калькулятор

43. Тест

ТЕСТ
2.
Какой элемент отсутствует?
a)
b)
c)
d)
Датчики
АЦП
ЦАП
Исполнительное устройство
Правильный ответ: Датчики

44. Тест

ТЕСТ
3.
Какой элемент отсутствует?
АЦП
b) Монитор
c) Устройство воздействия на объект
d) Процессор
a)
Правильный ответ: Устройство воздействия на объект

45. Опрос

ОПРОС
1.
ИВК – это…
Измерительный прибор
b) Система автоматического управления
c) Автоматизированное средство измерения
электрических величин
d) Инженерно-вычислительная система
a)
Правильный ответ: Автоматизированное средство
измерения электрических величин

46. Опрос

ОПРОС
2.
Какого типа ИВК не существует?
a) Проблемно-ориентированные
b) Специализированные
c) Объектно-ориентированные
d) Типовые
Правильный ответ: Объектноориентированные

47. Опрос

ОПРОС
3.
Отличия ИВК от ИИС
a) ИВК Содержит несколько средств
измерений
b) ИВК строится без использования
контроллеров
c) Комплексы ИВК не имеют встроенной
памяти
d) ИВК не имеют блочно-модульной
структуры.
Правильный ответ: Содержит несколько
средств измерений

48. Интерфейсы с каналом общего пользования (КОП)

ИНТЕРФЕЙСЫ
С КАНАЛОМ ОБЩЕГО
ПОЛЬЗОВАНИЯ (КОП)

49. Структура интерфейса

СТРУКТУРА ИНТЕРФЕЙСА
Взаимодействие входящих в ИВК приборов
осуществляется с помощью канала общего
пользования (КОП), включающего
интерфейсные модули (ИМ) и магистраль.
К магистрали подключают устройства,
например вольтметр, частотомер, генератор
и микроЭВМ, снабженные интерфейсными
модулями.
По КОП передают всю информацию,
необходимую для согласования работы
устройств: результаты измерений, адреса
устройств, команды.
Существуют однолинейные команды,
передаваемые по одной линии, и
многолинейные, для передачи которых
используют сразу несколько линий.

50.

Интерфейс КАМАК (CAMAC - Computed Aided
for Measurement, Automation and Control)
разработан комитетом по стандартам в области
ядерной электроники (ESONE) в 1968 году. Он
представляет собой первую в мире магистрально
– модульную (функционально-модульного типа)
агрегатную систему, предназначенную для связи
измерительных устройств с цифровой
аппаратурой обработки данных. Цель применение в физике элементарных частиц для
автоматизации экспериментов. Утвержден
стандартом IEEE 583 и ГОСТ 26.201-80, 26.201.194 и 26.201.2-94.

51. Интерфейс КАМАК (вид передней панели )

ИНТЕРФЕЙС КАМАК
(ВИД ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ )

52.

Стандарт КАМАК – это функциональномодульная система агрегатного типа,
объединенная единым магистральным
интерфейсом и едиными конструктивными
параметрами. Предназначена для сбора,
накопления , преобразования и обработки
измерительных и управляющих сигналов в ИС
реального времени, соединенных с ЭВМ
(компьютером).

53. Особенности системы КАМАК:

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ КАМАК:
модульный
принцип построения;
конструктивная однородность системы за
счет унификации несущих конструкций и
конструкций модулей;
магистральная структура интерфейса;
программное управление ИС.

54. Конструктив системы КАМАК

КОНСТРУКТИВ СИСТЕМЫ КАМАК

55.

Основой структуры КАМАК является крейт.
Конструктивно крейт — это ящик, в который
можно вставлять платы-модули, расположение
которых в крейте может быть любым. Для
модулей в крейте имеется 25 гнезд с верхней и
нижней направляющими. Место 24 и 25 в
крейте обязательно занимает блок контроллер
крейта. Ширина модуля 17.2 мм.
Функциональные блоки могут занимать
1,2,3,4,6 или 8 модульных мест. На обеих
поверхностях заднего конца платы должно
быть по 43 ламели печатного разъема. Шаг
между осями ламелей 2.54 мм.

56.

Платы модулей входят в розетки двухрядных 86контактных разъемов, укрепленных на задней плате
крейта.
Крейт может быть снабжен источниками питания,
выходы которых соединяются с линиями питания
модулей, расположенными на задней плате.
Основной конструктивно завершенный
функциональный элемент системы - -модуль. Для
обеспечения совместимости модулей стандартом
КАМАК регламентирован ряд условий этой
совместимости: функционирования, электрических и
конструктивных. Модуль – это наименьшая
конструктивная единица системы . Выпущено более
20 типов унифицированных модулей КАМАК (АЦП,
ЦАП, усилитель, мультиплексор и др.).

57.

Модуль представляет собой вставную кассету.
Тыльная часть модуля заканчивается 86контактным разъемом, соединенным с
горизонтальной магистралью крейта. Входные
аналоговые сигналы вводятся через разъемы
на передней панели модулей. Допустимый ток
питания отдельного модуля ограничен 2А, а
рассеиваемая мощность – 8 Вт. Максимальная
мощность рассеивания в крейте 200 Вт.
Охлаждение воздушное.
Обмен информацией между модулями и
контроллером происходит по магистрали
крейта.

58.

Программирование систем КАМАК осуществляют
на языке низкого уровня (ассамблере), Бейсике и
на языке программирования IML (Intermediate
Language), предназначенным для программного
управления модулями КАМАК внешним
компьютером.
Достоинства - высокая степень унификации (на
международном уровне), значительная скорость
передачи информации, простота реализации новых
систем, высокая точность - большое слово данных.
Недостатки - сложное программирование (обычно
на Ассемблере), громоздкость (особенно для
многоканальных измерений), 24-битное слово не
сопрягается с используемыми в компьютерах 16- и
32- разрядными словами, плохая совместимость с
другими интерфейсами.

59. Структура измерительной системы на основе аппаратуры КАМАК

СТРУКТУРА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
НА ОСНОВЕ АППАРАТУРЫ КАМАК

60. Интерфейс МЭК 625.1

ИНТЕРФЕЙС МЭК 625.1
Интерфейс МЭК предназначен для создания
небольших локальных ИС, например, в рамках
научных лабораторий. Он обеспечивает
возможность согласованной работы входящих в
систему устройств в соответствии с заложенной
в ЭВМ программой.
К КОП можно подключить до 15 устройств.

61.

Достоинство интерфейса – невысокая цена
создаваемых на его основе ИВК. На обращение
к одному прибору расходуется до единиц
миллисекунд, общее же быстродействие
интерфейса определяется главным образом
инерционными свойствами измерительных
приборов. Передача данных происходит
побайтно в асинхронном режиме.
Для управления интерфейсом применяют
микроЭВМ , программируемые на языках
высокого уровня. Для работы с интерфейсом
существуют специальные версии языков,
например Бейсик, дополненный
необходимыми для работы с интерфейсом
инструкциями.

62. Тест

ТЕСТ
1. Интерфейс с КОП включает …
ЭВМ
ИМ, магистрали
Крейты, модули
Контроллер, функциональные модули
Правильный ответ: ИМ, магистрали

63. Тест

ТЕСТ
2. Интерфейсы построены по принципу
…
последовательного
преобразования
магистрально-модульному
модульно-блочному
Правильный ответ: По магистрально-модульному
принципу

64. Тест

ТЕСТ
3. Основными элементами структуры
КАМАК являются …
Интефейсные модули
Магистрали
Крейты
Контроллеры
Правильный ответ: Крейты