Рисунок 1. − Общая классификация измерительной техники
На рисунке 1 представлена классификация измерительной техники как по методам измерений, так и по областям применения. Штриховые линии отражают условность границ между измерительной техникой того или иного применения, т.е. возможности использования одной и той же аппаратуры в различных условиях эксплуатации и для решения различных задач [11].
Под прецизионной измерительной техникой понимают средства, предназначенные для выполнения различных метрологических исследований и экспериментов. Они включают разработки и усовершенствования методов воспроизведения и передачи размеров единиц измерения, а также определения значений природных констант с максимально возможной точностью.
Под измерительной техникой лабораторного применения понимают средства, предназначенные преимущественно для экспериментов при проведении научно-исследовательских работ и определения количественных значений соответствующих величин, а также параметров и характеристик различных процессов.
Измерительная техника промышленного назначения охватывает средства, имеющие отношение к технологическим процессам производства различных видов продукции. Характерным для этих средств является непрерывный режим работы, но используются и средства, которые работают с прерыванием во времени.
Измерительная техника специального применения отличается в основном конструктивным исполнением, что обусловлено спецификой окружающей среды соответствующих областей измерения.
По виду выдаваемой информации различают аналоговые и цифровые приборы. Аналоговый прибор−измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Цифровой прибор− измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме.
По способу выдачи измерительной информации измерительные приборы делятся на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор−измерительный прибор, допускающий отсчитывание показания, регистрирующий −прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы, называют самопишущим, а печатание показаний в цифровой форме − печатающим. Самопишущие приборы снабжены ленточной или дисковой диаграммой для автоматической записи во времени значений измеряемой величины. Дисковые диаграммы обычно служат для записи значений измеряемой величины, в течение суток, ленточные диаграммы (свернутые в рулон) используются более длительное время.
Интеллектуальные измерительные средства.
«Интеллект» датчику обеспечивает встраиваемый микропроцессор, реализующий требуемый алгоритм измерений и первичную обработку данных: коррекцию погрешностей, в том числе линеаризацию характеристики преобразования, статистическое оценивание результатов, распознавание и отбраковку данных и др.
Средства измерения, содержащие интеллектуальную ЭВМ, приборную периферию, воспринимающие и использующие априорную и текущую информацию о измеряемом объекте, осуществляющие предварительное уточнение модели объекта с последующим выбором адекватного алгоритма измерения и соответствующей приборной периферии, параметрическую адаптацию измерительных алгоритмов к возможным изменениям условий эксперимента или входных воздействий, принимающие решения определяющие собственное поведение в части классификации модели и выбора алгоритма и приборной периферии, планирования эксперимента, адаптации алгоритма в соответствии с изменением условий эксперимента, принятия решения о дальнейших действиях по результатам измерения; самообучающиеся в плане восприятия к пополнения новыми знаниями собственного банка; общающиеся с оператором с помощью диалоговой системы и программ представления и сжатия информации называют интеллектуальными средствами измерения.
Обобщенная структура интеллектуальной измерительной системы представлена на рис. 8.6. Сигналы от датчиков Д1 – Д3 поступают с объекта измерений на мультиплексор 1, который в зависимости от плана эксперимента подключает требуемый измерительный канал из набора приборов, включенных в измерительный периферийный блок 2. Управление работой измерительного канала и мультиплексором осуществляет управляющий процессор 3.
Имеющийся в составе процессор-классификатор 4 по результатам предварительных замеров осуществляет идентификацию измеряемых сигналов и строит их математическую модель Мк, по которой планируется ход эксперимента. При этом процессор-классификатор использует банки моделей измерительных сигналов и алгоритмов классификации, хранимые в памяти.
На основе априорной информации об объекте и его сигналах и заданным критериям качества измерений процессор планирования эксперимента 5формирует план измерительной процедуры Ро, включающий рабочую структуру измерительного канала, последовательность и длительность коммутации каналов, число измерений по каждому каналу, алгоритм цифровой обработки в процессоре-вычислителе 6 измерительной цепи.
Процессор-вычислитель производит преобразования измеренных сигналов X(t) в результат Y(t), который получается путем учета выбросов, масштабирования, градуировочных преобразований для каждого измерительного канала и определения результата для косвенных или совместных измерений с их статистической обработкой. Процессор, кроме того, осуществляет измерительные процедуры с адаптацией параметров измерительного алгоритма к изменяющимся условиям проведения эксперимента и входных воздействий, сложной логике обработки, включающей статистические решения и вопросы классификации. Алгоритмы, реализуемые этим процессором, хранятся в банке измерительных алгоритмов.
Метрологический процессор 7 служит для планирования и организации измерений и обработки результатов метрологической аттестации и поверки. При этом процессор взаимодействует с процессорами классификации, планирования и управления периферией. Он, используя задатчик образцовых сигналов 8, подает на вход эталонные сигналы X0(t), проверяя и калибруя измерительные каналы и корректируя текущие результаты совместно с процессором-вычислителем 6. Кроме того, метрологический процессор проводит оценку погрешностей q(t), зависящих от формы преобразования измерительной информации, метрологических характеристик каналов измерения, характеристик используемых критериев достоверности, значений самого измеряемого сигнала и внешних возмущений.
Интеллектуальный процессор 11 обеспечивает взаимодействие всех специализированных процессоров, управляет базами знаний и банка ми данных, осуществляет выбор адекватного алгоритма измерений для процессора-вычислителя, осуществляет связь интеллектуального измерительного средства с оператором через интерфейс 9 и в сжатом виде подает информацию на графические дисплеи, графопостроители и другие средства отображения информации вплоть до формирования управляющих воздействий U(t) для исполнительных устройств регуляторов, функциональных устройств 10, развивает собственное алгоритмическое обеспечение на основе самообучения и синтеза новых измерительных алгоритмов. Для этого в состав включаются базы знаний с априорной информацией о процедурах и математических моделях объектов измерений, алгоритмов принятия решений и метрологической обработке результатов. Данные и пополняемые алгоритмы хранятся в базе данных результатов измерений.
Приборы этого типа могут выполняться в виде микропроцессорных устройств, имеющих развитые структуры адаптации к изменяющимся статистическим и динамическим характеристикам самого прибора и возможность получения высоких метрологических характеристик за счет введения автоматической коррекции погрешностей, а также периодическую самодиагностику передаточной функции и неисправностей с целью их своевременной подстройки иди исключения. Кроме того, эти устройства способны распознать вид измеряемой величины и провести соответствующую адаптацию путем автоматической перестройки структуры или программы.
