Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 [ 156 ] 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166


ИнВориаитиость измерительного преобразования

Улучшение харахтеристик прибора


Рис. 12.16. Основные качества и свойства цифровых измерительных приборов, приобретаемые ими с помощью микропроцессоров.

ностике неисправностей и ремонте приборов. Отечественной промышленностью выпускается несколько систем отладки программ С01, С02 и др.

Современные ЦИП с микропроцессорами могут быть представлены как приборы, осуществляющие двухстороннее взаимодействие - с оператором и системой сбора информации и одностороннее - с объектом измерения и окружающей средой. ЦИП с микропроцессором становится как бы узлом переработки этих воздействий. Применение в ЦИП микропроцессоров, обладающих возможностями программной обработки информации, превращает ЦИП в измерительную систему и вводит в прибор некоторый «интеллект», позволяет не только улучшить параметры прибора, но и придать ему совершенно новые качества. На рчс 12.16 указаны те основные качества и свойства по части адаптации, инвариантности, сервиса и сопряжения с системой, которые прибор может приобрести при значительном Снижении затрат на основе использования микропроцессора. Снижение затрат определяется тем, что реализация алгоритмов при помощи широко используемых в ЦИП цифровых автоматов заменяется внесением этих алгоритмов в виде программ в запоминающее устройство микропроцессора. Это соответственно и обеспечивает перевод конструирования средств цифровой измерительной техники на программный уровень.

Рассмотрим подробнее свойства ЦИП с микропроцессорами.

Адаптация к измеряемому сигналу реализуется путем автоматизации выбора предела измерения, нормализации сигналов по амплитуде и частоте и регулирования частоты дискретизации сигнала.

Большой эффект получен от применения микропроцессоров для реализации многофункциональности прибора, для выполнения более сложных видон измерений (косвенных, совокупных). При помощи нескольких измерительных преобразователей амплитудно-частотной группы может быть измерен целый ряд различных величин, например ф; Г; Д/; cos ф; V,, U, UjU, UiU cos cp;

затухание, t/ia sin ф, j/i/* -f t/ и т. д. Возможно выполнение таких косвенных измерений, которые ранее выполнялись операторами при помощи приборов ,1 требовали сложной обработки (многочастотные методы измерения иеэлектри-

6 5-14QR



ческих величин, измерения дифференциальных проводимостей). К этой же группе могут быть отнесены приборы, измеряющие вероятностные характеристики случайных процессов и полей.

Вообще говоря, при включении ЦИП в систему функции обработки данных могут быть переданы вычислителю системы. Иногда считают, что передача ЦИП ряда функций обработки измерительной информации разгружает систему и поэтому желательна. С этим трудно согласиться, так как вычислитель системы более мощный и проведет эти операции быстрее и с меньшими издержками. Тем не менее тенденция эта усиливается. По-видимому, это связано с другими причинами. При этом главной причиной, вызывающей эту тенденцию, является передача «забот» по программному обеспечению предварительной обработки данных от разработчика системы разработчику ЦИП. Это приводит к резкому сокращению сроков разработки больших систем при сравнительно небольшом увеличении срока разработки прибора (в т раз, где т- число типов приборов в системе). Кроме того, эти работы в рамках системы неизбежно будут дублироваться разработчиками различных систем. Второй возможной причиной выше указанной тенденции является разгрузка линии связи прибора с системой от передачи большого числа управляющих команд, что повышает надежность системы. Третьей причиной является, безусловно, увеличение количества информации, выдаваемой прибором в автономном режиме.

Инвариантность, реализуемая при помощи микропроцессоров, позволяет дополнительными измерениями и операциями над ними производить такую коррекцию результата измерения, которая позволяет в известных пределах сделать результат измерения нечувствительным по отношению к внешним условиям, к изменению внутренних параметров прибора и к изменению неинформативных параметров измеряемого сигнала. При помощи коррекций возможно как повышение точности измерения, так и упрощение нецифровых узлов прибора. Повышение точности путем уменьшения систематических погрешностей возможно введением дополнительных измерений на калибровочных точках, а также итерационных циклов, корректирующих погрешности отдельных узлов прлбора.

По части взаимодействия прибора с оператором последнему предоставляется значительный сервис, как в смысле представления результата в удобной форме (например, в натуральных и логарифмических единицах, в полярных или прямоугольных координатах), так и в смысле упрощения управления прибором при помощи функциональной клавиатуры. Легко реализуется нормализация результата, гашение лишних нулей на цифровом отсчетном устройстве до и после запятой, увеличение информативности изображения цифрового результата измерения путем изменения цвета, мигания, звуковой сигнализации при выполнении различных условий и т. д.

Сопряжение ЦИП с системой сбора и обработки информации благодаря микропроцессору может быть улучшено путем введения большого количества команд, выполняемых прибором, и путем создания универсального интерфейса. Особо следует выделить возможности диагностики ЦИП по командам системы. Это определяет степень пригодности прибора для включения в автоматические системы.

Примеры использования микропроцессоров в структурах ЦИП

Внутреннее распределение функций измерительных устройств, основанных на применении совершенных аналоговых и вычислительных средств, определяется на основе достижения оптимальности всего устройства в целом, по критерию максимума произведения быстродействия и числа разрядов АЦП. Например, при создании цифрового измерителя с предвключенным нелинейным измерительным преобразователем НИП (рис. 12.17), следует либо устранять нелинейность в аналоговой части последовательным включением нелинейного ИП с обратной нелинейностью z = Г{у) (при этом возникает погрешность от нестабильности г = }~Чу)), либо определять Хд, в цифровой части с помощью микропроцессора путем вычисления Xf = f {Yj) (при этом снижается быстродействие,

а иногда и точность).

Однако более целесообразно, чтобы микропроцессор только управлял аналоговой частью ИП соответствующим изменением коэффициента усиления опера-



->-

>

РБ Z

-<-

Рис. 12.17. Линеаризация нелинейного измерительного преобразователи (НИП) с помощью

микропроцессора.


Рис. 12.18. Реализация операции цифро-аналогового преобразования ЛГC/jy в микропро цессоре на основе широтно-импульсной модуляции.

ционного усилителя, поскольку при этом достигается высокое быстродействие и точность, а также возможность переградуировки внесением новой программы в память микропроцессора.

Микропроцессоры, особенно быстродействующие, могут быть использованы для цифро-аналогового преобразования. В каждом микропроцессоре есть генератор квантующих импульсов и устройства счета до заданного числа, с по-мош,ью которых реализуются операции воспроизведения импульсов заданной длительности N-Tf. Кроме того, при наличии источника возможна генерация последовательности импульсов с постоянной амплитудой t/o и с длительностью, заданной соответствующим числом Л/. При этом каждое значение кода Ni преобразуется в п одинаковых по длительности импульсов с амплитудой t/o, что обеспечивает возможность их последующего усреднения с помощью фильтра или инерционностью приемного устройства например в виде электромеханического самопишущего прибора. В этом случае время воспроизведения максимального заданного значения среднего напряжения (рис. 12.18)

ср = «л/нТо; ср, = «л/,Го:

п;ах

. (срЛ/,=о«Л/,Го/«Л/„Го,

где я - число осредняемых одинаковых импульсов; - номинальное число ступеней квантования напряжения; Tq- период повторения квантующих импульсов микропроцессора.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 [ 156 ] 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166