close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1aliev t m ter khachaturov a a izmeritel naya tekhnika

код для вставкиСкачать
1
\4.
Ал иев, А.А1ер-{,ачатуров
Азмерител!ьная
техника
вптт1Б!
жп!
[опущэно !_осуАарственнь:м комитвгом €Р
по народному о6разованию
в качоств€ уне6ного поеобия
для т€хнг|оских вузов
твх
{дг
0б
йосква
|' :|1'
вскАя
.. 1'пп, 1
Б[{п!|!{0тв{А
;!;.о!.,.;;}{},;|8*'вЁР'&п0
, '.)
-,.".';]*,.}|т,'{й}0Бп
<<Бьпс:цая лпкола> 1991
339
А5а
ББк
пРвдисловиБ
34.9
А50
удк 6213!7'7
.[дя групгь: электртехнических и электриз|у1ерите'тьнь1х'
Рецевзе1|'ть|:
кафедра''|1нформа:цонпо'вы||исппте'1ьньп(
техни1!еского и|{ст|{тута
д*
те'|д|. 1|аук'
шдст:пут)
;
прф. 8.Ё.
оистем'' [1ензенского
поли_
|\{алштовск:й (|т{ооковский э}|ергот}||!ескцй
&пев 1.й., 1ер-&ватуров А.А.
}1змеритштьная техника: учеб. пособие ш1я техн. вузов. _ м.:
А50
8ьтспш. тшк.,
1991.
-
384 с.:
[1акотшленньтй авторами опь1т ведения лекционнь|х и практических
занят\4й по Ряду электризмеритепьнь1х дисци|пин позволип системати'
зирвать и подготови1ъ матери:ш учебного пособия в соответств1ап с тре-
:шл.
|5вш 5о6ю0о136-7
фваниямут системного изпожения всех р{вде]1ов из]!1ерите'1 ьной техники.
Авторьт учебного пособия удет1!|л14' фль:шое вним:|ние ог[ис:|нию, фильтрации и обраФтке измерительнь|х сообщений. Фгхисапъл методь| автомати_
ческой коррек1ц{и погре1|]ностей срп,ств изр1ерения' преобРазовате]1и
нез'1ектрических ве'1и|!ин, интерфейсь!, сшстемнь:е устрйства отображения
инфрмац:ла, информационно-измеРите]|ьнь1е систе}|ь| и измерите'тьновь|1|ис'1итепьнь|е ком!пексьт. Рассг:отрень| трад}1]ц4оннь|е средства электр_
измеритепьной техники _ ан:шоговь!е и цифрвьле приборь|' описаннь|е
с |юзиц}й обцц.|х понятий. ]|ля гплх в основном приведень| табли'**ые пред_
ст(вления прин!1ипов действия' офбщеннь:е пар:[|у1етрь| и их хар{|ктерис_
Раос*:отролы обпще вопрось1 метропог[{и' методы и- Федства из||1ерения
элекщи|!еск!о( и неэлокщи[!еских велппин' вопрооь| обработки измФитепы{ь'(
Фтгнайов, теория поще:шйостей; изложе1{ь| принш:тлы пос1роения щедств отобрФкения информап|ии, измеритепы|ьп( информа|ц{он}{ь-1х.-систем' измерительно_
вы!шспитель}|ь1х комт1 |ексов и измеритепыъ|х и|тФфейсов; описакы аФегатнь]е ком|ш|ексь! федств 9'|ектои3мерительной и вы|иФ1итепы|ой техники'
а также намечень1 перспективь| развит,{'| из|}1ерите]1ь1{ой тех:п:ки.
А200401о0щ-(4_1920щ_щ0)
- 314
ББк
125 _ 91
34.9
6п 58
тики.
/чебное цэёанце
8 щебном пособии зна1!ите]|ьное внимание удепено вопрсам государствепной системь| прифрв и сРедств автоматизш{ии (гсг0 _ струкцре
орг!|низации' агРгатнь1м сРедства|}' электризмерительной и вь]|!иФ1ите]1ь-
Алиев 1офик йамедовин, 1ер-{анацров
Аркадий Амбарщп:овии
измвРитв]ь!!Ая твхникА
и средствам контрля и регщ|ФоваЁ{[я' а также вопрса1}1
шк в3!}имосвязц, с учек)м вФ|(ности системной совмести]}1ости средств
измерен|й и техн1г!еских средств автоматизирваннь|х систем ёбработки
и упр!!впения. 9казаннь|е тРи агрегатнь|х комтц:екса |€[1
'.шформац|л{
пр:!ктпческш обеспе|п{вают аппаратно-прграммную ре:шизацию задач
упр|1вления на всех иеРархпческих урвнях.
Авторьл с[шта|от своим приятнь1м допгом вь!разить искреннюю при_
знатепьность и б'|агодарность коллективу кафедрьл''}1нфрма:шонновьг|ис'1итепьнь|х систем'' ||ензенского политехнического инстицта (зав.
кафедрй д-Р техн. наук, прф. 9.1(. |||ахов) ц д-ру тех|{. наук, прф. 8.}{.
йшпиновскому, взяв[||им на себя труд по рецензирванию руко|1иси и
ной тех1{}|ки
3ав. редакйей н.и. )(руоталева. Редактор }1.|' 3олкова' )(удожеотвенный
Реддктор т.м. скворцова' 1!|лвцптй рФдактор }1.А. фсакова. [осническгй
р"па"Ф !1.й. йатю:д:д*а. [(орректор 8.8. 1(охуткшта. Фператор }!.3. &щаткупова,
иБ
г.]9
}1зд.
8271
}{ц
Бум.
стд669.
фц Р
специа.]1ь'
ностей имеется много учебников, учебнь1х пособий и т*юнографий по э]1ек'
трическим измерениям, сьру и обрафтке измерите'1ьной инфрмации.
Фднако ни одна из книг в полной мере не отвечает с1{стемнь|м трефвания|}1 к изпохению отде]|ьнь|х разде]1ов. 3то и бьшо предпосьшкой созда'
!{ия учебного пособия' отр:[кающего специфику совреме[!ного состоя}!ия
сиотемнь1х средств и3мерительной тех}п,1ки. €ледует отметить' что в настоя'
щее время средства и3мерите]1ьной техники преимущественно применяются
в сост:|ве систем и ком1шексов.
сцано в набор 29.10.90. ||одп. в пЁ!а1ъ 20.05.91. Формат 60х887до.
2. !арнг:тура
||ресс-Ромшт. [1ечатъ офсет:лая.
2352 усл,кр.-отт., 24,08 уч.-ич.л. 1ираж 2?.000 экъ 3ак ш
}|здател:ьство ''8ыс:дая !школи'', 101430,
йосква, !€||4,
96юм 2352 усп.п6!.п.
14з1.
|{ена 2
р.40 к'
}1егп:д:}'ая упф А.2911:4.
1екст набран на наборно_тппшушц{х ма|дин:1х }|здательсгва' отпечатано в йосковской
типоцафпи Р 8 при !оскомпечати сссР. 101898, }|осква, !егпр, [охловский пер.7.
сде]1:в[цим ряд ценнь|х замечаний' способствов:ш[]|их }4ту||1цению содержа-
{
Авторь: также приносят б:агодарностъ
{
]
!5вш 5-06ю0о736.7
@ т.м. Алвев, А.А. 1ер_[аяатуроц 1991
ния книги.
свои|}1
коллегам за помощь'
ок|в:!нную \4м14 т1ру| подготовке рукописи унебттого пособия.
Фтзьшьт и пред'1ожения прсим напРавлять в издательство ''8ь:с|цая
:.цкола'' по адресу: 101430, йосква, гсп4, Ёегл:дтная ул.'р,.29|14.
Авторьо
Р
Азд в
л
1.
вввдвнив в измЁРитЁльную тЁхнику
г л А в А 1.оБщиЁ сввдвния оБ измБРитБльнои
вещества, время' сост:}в вещества (тг:отность, ы1ажность' содерж'}ние ме'
х:!нических примесей и др.), н'шряжение, с$ла тока' скорсть и др. [1ри
этом !ис]1о требуемьлх д'|я измеренш1 параметрв достигает нескольких
тысяч. Ёапример, в атомной энергетике нисло требуемь|х д'|я измерения
параметрв прцессов достигает десятков ть|сяч.
[1олрение и обрабтка из]!1еритФ1ьной инфрмац}1!{ пРедназначень|
не только д'|я достижения требуемого качества прщ/кции' но и орга||и_
за1ц{и призводства' учета и сост!}впения баланса количества вещества и
энерг]{и. 8 настоящее время ва>ктой обтластью применения измерительной
техники явпяется автоматизация на}дшо'технических экспериментов.
.[дя повы:цения экономит!ности пректируемьхх объектов, мехапиз1\4ов
и ма[шин фльтшое значение имеют эксперимент(шьнь1е исспедования' прводимь|е на их физинеских модФ1ях. [1ри этом задача получе|1ия и обраФтки
измеритепьной ш*фрмашии ус]1о)|с{яется настолько, что ее эффективное
ре}]|ение ст:1новится возможнь1м ли|шь на основе применения спе|ц{{шизи'
рваннь|х измеРите]1ьно-вь|1диспитепьнь1х средств.
Роль измеритольной техники подчеркнул великий русск*й уненьй
.|[.}1. йендо:еев: ''Ёаука начинается с тех пор, как на1|инают измерять...''.
}|змериты:ьная техника начапа с-вое Развитие с 40-х годов |[!!| в.
и хар11ктеризуется поФтедоватепьнь|м переходом от показьтвающих (середина и вторая половина {0< в.) :ш:шоговь1х сап,|о11и[шуших (конеш
т€хникв
$ 1.1. Роль и значение измФительной техники.
[.|стория развития
}1змерито:ькая техника
_
од}**|
из важнейгддах факторв ускорения
нау!шо_техническог0 щогресса пр.!ктически во всех отрас]1ях нардного
хозяйства.
[1ри отисанутп явпенпй и прцессов' а также свойств матери!шьнь|х
теп испопьзуются разлит|нь]е физинеские вепи!|инь|' !]ис]1о которь!х дости-
гает нескопьк|о( ть|сяч: электрические, магнитнь|е, прстранственнь]е и
времетлн:!пе; механические' акусти[!еские' оптические' химические, биологические и др. [|ри этом указаннь|е вепи|!инь| отличаются не только качествен|!о' но и количественно и оцениваются разпи!шь|ми !!ис]1овыми
значениями.
9становгление !ис'1ового значения физинеской вели(инь1 осуществля-
ется гтутем измерения. Результатом измеРения является количественпая
характеристика в виде именованного 1дис.]1а с одновремент:ой оценкой
степени прибтпижения пол)д|енного значения измерлемой вели1!инь1 к истиншому значению физинеской вели!инь[. }кажем, что н:[хохдение !исловог0 значения измеряемой ве]1и|динь1 возможно ли1шь о|]ь|тным п)дем'
т. е' в прцессе физииеского эксперимента'
[1ри реш:изш{ии пюфго прцесса измерения необхошдрть: технические средства, осуществпяк)щие воспршятие' преобразовшлие и представление чис'тового значения физинеских в Ф1 и!дин.
Ёа практике при измерении физивескшк вели!|ин применяются зпект-
рические методь|
и
{
{
'/
3лектривеские методь! измерений |юлучили г|аифлее [|]иркое Распрстр:!нение' так как с их помощью достато!шо прст0 осуществпять пре_
образованше' передачу' обработку, хР:}нение' представление и ввод !1змери-
38й.
1ехтические средства и р:вли!|нь|е мет0дь1 измерений сост:!вляют
основу измерите'1ьной тех::ики. .}1юфй призводс]зенньгй прцесс характеризуется фльцпам 1|ис']1ом параметрв' изменяюцшхся в [цирких пределах. .&дя поддер)кания требуемопо режима тех}|ологической установки
необходимо измерение ук:ванных паРметрв. [|ри этом чем достовернее
0сущеотш1яется измерение технологическшк параметрв, тем лу||1ше ка-
чество це.'1евого вь!ходного прдукта. €овременные предприятия' например нефтехимическопо прф:штя с непреРь|внь|м характерм призводства,
д'|я
поддеРжания
качества
вь|пускае|!юй
прдукции
измерепие Р:вличнь|х физивеских параметрв, таких'
как
объемнь:й и массовьлй расход веществ' д!вленше, урвень
ритольной техники ис[юль:юв!шись радиоэлектрннь|е коп/1поненть1 _
вь|пРямитФ1и' усипитФ1и, модуляторь| и ге1{ераторы (ламповь|е, транзис-
торнь|е' на микрсхемах), электрн[{о-лшевь|е трубки (при пострен:*;
осц:ш:лографв) и АР.
1аким образом, рас|ширение номенкпатурь| и качественнь[х показателей ср9Аств измеРитепьной техники неразрь]вно связано с достижениями
раш.|оэлектрники. Фдним из современнь1х направл:ений ра3вития и3ме.
рито:ьной техники, базируюшейся на достижениях радиоэлектрники'
являются шифрвь:е приФрь: с дискретной фрттюй представления инфрма|щ1{. 1акая фрма предст!!вления результатов оказапась удобной ш:я
преобразования, переда.и, обработки ш хранег:ия информации. Развитие
дискретнь|х средств шзмерите]]ьной техники в настоящее врег{я привело
к созда}{ию цифровьпх вольтметрв постоянного тока' погре|||ность показанй которь|х ниже 0,0001 %, а бьтстрдействие преобразователей напряжение _ код достигает нескольких миплиардов измерений в секунду;
верхний преде]1 измерения современнь1х цифрвь:х частотомерв достиг
гигагеРца; цифрвь:е и3мерите]1и временн6го интерв1}па имеют нюю+ий
пРедол измерения до долей пикосекундь|; электрические токи измеРяются в диапазоне от 10-! 6 до 105 А, а щ:иньл _ в диапазоне от 10_12 (размератомов) до 3,086.101 6 м.
неэлектрические (папример, пневматические' меха-
нит!еские' химические и др.).
то:ьной информац:лт в
' и цифровьтх приФрв (середина
_ нач{шо [{, в.) автомати[!еских
'
[){ в. _ 50е годьп) к инфрмационно-измерите'1ьнь|м системам.
}(,онец [0( в. хаРактеризов:шся первь||}1и успехами Радиоовязи и радио'
э]1ектРники. Ёе развитие привепо к необходи]!юсти создания средств измерительной техники нового типа, расс!итаннь1х на м:шь[е входные сигна'
ль|' вь|сокие частоть| и вь1фкоомные входь]. 3 этих новь[х средствах измех|х
используют
температура'
и копичество
4
1
''1||иркие возможности открьшись перед измеритольной техникой
в связи с появлением микрпрцессорв (мп) и гш.:кро38й. Бпагодаря им зна[итФ]ьно Рас1|]ирипиоь об'1асти применения средств измеритепьной техник|4, упу\{!!!!4лись их тех}|ические характеристики' повь1сились
надежность и бь:стродействие, открьшись пути ре1шиз3|{|{|{ 3яАяч, 11916.
эксп9римента предпопагает н!шитие технических устРйств' которь]е могут
обеспещлть заданную точность пол)дения резщьтата. 1ехттические устрйства' участвующие в эксперименте' зар{шее нор\шш1руются по показате]1ям
точности и относятся к средствам измерений.
[!о птирте и эффективности применения й[! ошдо из первь|х мест
занимает измерительная техника' причем все более |||ирко применяются
й[1 в систем1ж упр1}впения. 1рулно переоце}1ить значение й|| и ттп+кр38й
при Фзданг:и автоматизирваннь1х средств измерений, предназт|:}ченнь]х
ш|я управления' исс]1едов:}ния, контрля и испьттш:ий сложнь[к объектов.
Развитие науки и техники требует постоянного совер|1]енствования
средств измерите'1ьной техники, рль которй неукло:лто возрастает.
тики точности.
!(оличественная инфрмация' полученная пугем измерения' пРедстав'
ляет софй измерительную инфрмацию.
[4змеритшльная информация _ это количественнь|е сведения о свой'
стве ш1и свойствах матери:шьного объекта, явлеу|ия ипи процесса, шоп)дае'
мь1е с помощью средств измерений в ре3упьтате их взаимодействия с
рь|е ранее не могли бь:ть реш:ень|.
техтп.!ке,
гост 16263_7 о'
е р е н и е _ это инфрмационньтй пршесс полг{ения опь!тнь|м
ггугет}1 |!испенного отно|шения ме)кщ/ данной физинеской велцчиной и неко_
торь|ту1 ее з!|ачением' приня1ъ11!1 за еш|ницу сравнения.
Р е з ул ь тат из мер ени я_именованное!ис'1о'найдегп:оецу{ем
измерения физииеской ве]1и!инь|. Результат }|змерен1{я ||1ожет бьлть принят как действитотьное значение измеряемой вели!ди|{ь1. Фдна из основнь|х
задач измеРения _ оценка степени прийижения ш|и разности |}1ежду цсту|янь|м и действите:тьнь|м значен|{ями измеряемой физишеской вшлитптнь: _
погРе|шности измерения.
|[ о г р е |ц н о с т
и з м е р ения_ этооткпонениерезультатаизмерения от истинного 3начения измеряемой велш[динь|. [1огреп:плость и3ме_
рения является непосредственной характеристикой тоштости измерения.
1о чн о с т и 3 м е р енп.я _степеньФ:изостирезщьтатаизмерения к истинному значению измеряемой физинеской велич:тль:.
регламентируются
|,1
зм
ь
ь
' }1змерение умень|шает исхош{ую неопредепенность значения физинес_
кой ве'|и!{д{ь1 до урвня неизбелсной остато.цлой неопредепенности' опре_
дел:яемой погре[1|нос1ью из1|[ерения.
3начение погре|]|ности измерения з!шисит от совер!шенства техн|д!еских устрйств, способа их использовану!я !4 ушловий прведения экспери-
мента,
[1ринцлл: измерения
-
это физииеское явлену1е
у[лу|,
совокупность физи-
ческих явлений, поло)|(еннь|х в основу измерения. [1римергт ]!южет
)кить измерение температурь| с использованием термоэффекта
и
с,]1у-
другие
физивеские явления' используемь!е ш|я прведе|{ия экспери|}1ента' которые должнь1 бь:ть вь:брань| с учетом получения требуетттой то!шости и3ме_
Рен]4я.
}1змерительньтй эксперимент _ это научно офснованньтй опьлт д:я
получения колцчественной информации с требуемой или возможной точ6
(редство измерений - это техцическое устрйство, используемое
в измеРите]1ьном экспер1!менте и имеющее нормирваннь1е характерис'
объектом'
|(оличество измерительной информации _ это численная меРа умень'
1пения неоцредепенно сти количественной оценки свойств объекта.
$ 1.2. 9сновнь!е понятия и определения
||онятия и опредФ1ения' используемь|е в измерительной
ностью определения резу1ьтата измерений. [1рведение измеритФ1ьного
Бзаимодействие объекта исследования и средств измерений в пр_
цессе эксперимента предпол:шает н.пичие сигн{шов' которь|е являютс1
носите]1ями инфрмации. 8ал<нь:г'дд носителями инфрмации являются
эпектрический ток, напРяжение, |1мпщьсь| и другие электРические пара'
метрь!.
|,1змеритольнь|й сигн!}л _ сигнш]' функционштьно связанный
ряемой физитеской вепи1и!{ой с заданной то!шостью.
с изме'
йетод измерения - это совокупность приемов использования !!Рин|р1пов и средств измерений. Бахстое 3начение в измеРите]1ьной технике
имеет единство и3мерений,
Бдинство измерений _ такое состояние изп:ерений, при которм их
резщьтать| вь1рокень! в ук:ваннь|х еди1{ицах, а погре1цности измерений
известнь! с 3адашной верятностью. вдинство измерений по3воляет срав'
нивать резщьтать| разли(|нь]х экспериментов' прведеннь!х в разл1'{!|нь[х
ус]1оъ\4ях' вь1полненнь1х в разнь|х местах с использованием разнь!х методов
и средств измерений. 9то достигается путем то!шого воспроизведен|ля у1
хр1}нения уст:|новпеннь1х единиц физинеской вели!инь1 и переда!и их
размерв применяемым средствам измерения.
[1ере.:иотеннь|е вопрсь| составляют предмет метрлогии.
_ это уче!!ие о меР:}х' это наука о методах и сРедствах
йетрлогия
обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точности. йера предназначена ш1я воспри3ведения физинеской ве]ти1инь|
данного р!|змера.
3аконодатольная метрология _ это р(вде'1 метрлогии' вкпючающии
комт1пексь1 взаимосвязаннь1х и взаимообусловпе!{ных правил, треФва'
нууй и норм' а такхе дру.гие вопрсь1, нуждаюш{иеся в регламентации и
контрпе со сторнь| государства' направленнь|е на обеспечение ед'[нства
измерений и единообразия средств измерений. Б соответствии с изложен'
нь|м характеристики средств }1змерений' определяющие то(шость измере'
}{ия с их помощью' назь1вают метрлогическими характеристиками средств
,|
измерения. йетрло гинеские характеристики но рмируются в о бязател ьно м
и уст!|нов]1енном порядке с целью о6еспечения единства измерений.
(онтроль _ прцесс установления со0тветствия между состоянием
(свойством) объекта контрля и заданной нормой. 3 резщьтате контр_
ля вьтдается су)кдение о оостоянии объекта.
$ 1.3. Физинеокие величинь:. @сновь: метрологии
Физическая вели1|ина отображает свойства объектов, которь|е мо)|(но
вь!р!ркать количественно в шринять|х единицах. Бсякое измерение реапизует опеРа1ию ср;внения од}!орднь!х свойств физинеских ве]]и({ин по
пР|(,}наку''фльц_1е-меньц]е''. 8 резупьтате сравнения каждому размеру
вели!динь[ при||ись|вается положите]1ьное действительное
измеряемой
1{ис]]о:
(1.1)
|це ц _ 1ис]товое значение величи1|ь!; [х] _ раз]!1ерность величинь!' назь|ваемой единицей величинь|.
Б0иницей велцчцнь. назь|вается ее доля с числовь|м з1{!}чением' Рав-
нь1|}1
единице.
}равнение (1.1) является основнь!м уравнением измерения. |{ио:овое
зпачецие 4 находят
ц =х||х7
как
,
с]тедовательно, оно зависит от принятой ед,1ниць1 измерения.
||усть мьт ип4ее1!1 две единиць| изр1ерения ощлой и той же физинеской
величинь|
вьтделяк)т следующие групг!ь1 производньтх величин (единиц):
механических, те1шовь[х, эпектрических' акустических' световь|х и энер_
гетических вел!{1|ин' характеризующих оптические свойства' и' нако}{ец,
ионизирующих величин' характеризующих излунение. |[ризводнь!е еди_
ниць! вь!ражают через основнь!е и получают из уравнений связи п4ежду
величинами' хаРактеризующими данньлй физинеский 3акон или опреде-
ление [1.2]
и стандартизации
х=ч|х],
8 €|1
[х'] и [х2] . 1огда коэффициент связи ш|я двух единицизме= [*т1 / [х'] и шасловое значение величинь| в дру-
.
Ба практике |ширко при|у1еняются кратнь|е и дольнь|е единиць:. (ратв
ная единица в несколько раз фпьхше основной, а дольная единица
едикратнь1х
и
Ёаименование
основной.
дольнь!х
несколько р!в мень[|]е
ниц всёгда приписьтвается к основной единице. (ратньте и дольнь|е единицьт образуй'с' у*'')!(ением единиць1 на 102, при этом п 17рцЁл1мает
цель[е положите]]ьнь|е значения ш!я кратнь!х еди11иц или отрицательнь|е
-
ш1я дольнь1х единиц.
Фсновньттчшд нормативно-техническими
документами государственнои
системь| обесцечения единства измерений являются государственнь|е стан_
дарть|. !{а основе базовь:х стандартов разрабатьтваются нормативно-тех_
!{ические документь1' конкретизируюц$'[е обцрте трефва!лия базовь:х
сп!}щартов к отдельнь|м отРасля}1 народного хозяйства' областяг: изр1ере_
ний и методикам вь1полнения измерений.
объединень| в единую государ_
1\{етрология и стандартизация в €Р
|осударственшь:й комитет сп}цдартов (|осстандарт
ственнук) шлуясбу
сссР). [1оддерх<ание единства во всех областях измерений осуществляется
чеРез цаучно'исследователь'
метрологической службой |осстандарта €Р
ские орган|к}^|\!^|л |4 ла6оратории государственного надзора за состоянием
измеРительной техники. |1х основной задавей является: обеспенение ед:*л_
_
достоверности измерен|й в отраслях наРодного хозяй_
ства путем обеспечения повсеместного соблюдения пр:вил зак ошодательной
]\{етРологии; планомерное внедРецие методов и средств измерений, отве'
ре\1ия 14меет впд !{1,2
ства измерений
тервапа, то здесь встретимся с понятиету1 гшкш]ь1 данной ве'1и(инь|.
[||кшлой данной величинь| назьгвается совокупность ее чисповь|х значегйй в рассматриваемом интервшде. 1|!кшла полностью определяется нач!шом отсчета хо и единицей [х] . |[рактинески 1|]к:1лу определяют вьлФ_
рм двух значений 16 |1 /1 вепичин' назь|ваемь|х Репернь1ми. }{нтерват
|т - *о величин назьтвают основнь]п{ интерв{шом.
чающих современнь11!1 требованиям пРоизводства и обеспечивающих вь|'
пуск пРодук!1ии вь!сокого качества; постоянньй контроль за состоянием
и пР!|вильностью применен}1'! сРедств измерений}довлетворение основнь|х [[отребностей нарп,ного хозяйства в современнь|х технических средствах автоматизации осуществдяется в рамках
|осударственной системь| прифрв и средств автоматиза|щи (|€||) . Фсновная :ддея |€|] при построении А€9 состоит в том, чтобь1 исцользовать
тишовь1е'шгоритмь| измерения' коштрля' диагностики' упр(шления, реали3уемь1е с помощью ограниченного нафра технических средств' 1!1етодов
гой системе единиц может бьтть определе}{о по вь|р!}кению 4э = (т,,э4т.
Рсг:и мьт осуществляем и3&1ерение в каком-нибуАь интерв(ше ';с - }о =
= ц [х1 1 |[€ )(9 - опреде]1енное значение, принятое за нач(шо отсчета ин-
Фсновньтми физинескими величинами
систем1е единиц
в
(€|4)' в соответствии с |Ф€1
принятой }у1еждщардной
8.417_81 ''Бдиницьт физи-
ческих вепи'{ин'', являютоя:. единица д'!инь1 - метр (м); единица массь!
кипограмм (кг); единица времени - секунда (с); единица су!!!ь\ тока _
ампер (А); единица термодинамической температурьл
|(елтьвин (();
единица силь1 света - ка}цо:а (кд); единица количества вещества _ моль
(моль) . в си имеются две до11олнитет1ь}{ьте единиць! _ единица |шоского
угла - ра[\!4ан (рад) и единица телесного угла - стерад,т1ш (ср).Аополнительнь|е единиць1 не являются производнь1ми' поскольку не зависят
от вьлбра основнь|х единиц.
-
8
уц
:грегатирвания.
3 настоящее время в составе |€[1 вьтпускается фль1шое число типов
промь|[|шенньтх приФров и средств автоматизации; значите]1ьное число
прмь|||ленньхх А€} пострено на базе технических средств |€[" €остав
и их характеристики определяются пара]!1етричес'
кими рядами издел|й. |€[| объед:.:тляет ряд агрегатнь[х ком[лексов, !!РеА'
сп}в]1яющих взаимосвязаннь1е межш/ собой изделия' объед|ш!еннь|е по
типов устрйств |€[1
9
назначению' принципу деиствия' основнь|м техническим характеристикам,
а такхе обеспечиваюцц.{е конструктивную' технологическую и метрлогическую совместимость. в [€[1 входят 1грегатные комтпексь1' при этом
шдя А€9 наифльцлий интерес представпяют с]1едуюшие |2.29,2'30| :
агрегатнь:й ком|пекс средств эпектризмерительной техники (Ас3т) ;
агрегатнь:й ком1шекс телемеханической техники (Астт);
агрегатньтй
ком1шекс вь|!ис]1ите'1ьной тех:лики (Асвт) ; агрегатнь!й комтг:екс технических средств локальнь|х информационно-управляющих систем (ктс
лиус)
с 1961
г" бьхла начата совместная ра6ота ряда стРан по созданию [{ежцг_
народной универс:1льной системь: автомати!|еского контоля' Регулирова_
||у|я 14. управления (уРс) котоРь1е ставят перед собой з:!дачу обеспечения
'
единьп( технит!еских средств автоматиз{}ции.
$ 1.4.
1|!есто
Ёеобходимое ус]1овие эффективного управления 14 [1лш|!4рования это то(!ность и полнота сведений, поступающих по кан:|пам связи, своев-
ре{у1енность получения информации, наде)кность ее передачи и перераФтки.
(опичественнь|е методь| оценки инфрмации стрятся на одном об_
щем положении: чем неог1редФ1еннее исход того ипи иного со6ь:тия' тер1
фльтце информации несет сообщение о его !езщьтате.
[1олунение инфрма:щи об исследуемом объекте возможно при н.ши_
нии информационного воздействия исто!|ника сообщения на адресат |4г1и
систему. Реа.г:изуется это воздействие бг:агодаря с,4гна!|ам' представляющим софй и3менения физинеских, физиологинеских или других прцес-
сов' присходящих в трактах переда!!и информаци::. €игнал: является но-
сите]1ем информации в прстр1шстве и во времени.
[::формационнь|е прцессьт ойщают с']едуюшшми свойствами:
всякий информационньлй пршесс свя3ан с ко}[кретнь|1у' матери{шьнь:м объектом плц системой объектов и пртекает в количественно оп-
грницах
;
люфй информашионнь:й пршесс скпадь1вается во времени из некотоРь|х качественно и количественно различньлх стадий, фаз, собь:тий п;тн
состояний, пртекаю[1шх в флее узких прстранственно_времешнь!х гРаницах по ср:|внению с рассматриваемь]м прцессом;
информационшьтй пршесс пРедставляет софй сост.}вн),ю часть более
|]!ирких в прстранственно-вРеменном отно1цении процессов.
€овременнь:й этап разв\4т\4я прмь|1|ленности характери3уется |ширким внедрением А€9 в нардное хозяйство. 3то обусловлено уве'1|'чением номенкпатурь] и сложности вь|пускаемых пзделий, ростом с]1ож_
ности упр{|вления' требованияттш: научно-технического пргресса, увеличением объемов перерабать:ваемой инфрмации.
Адя создания люфй системь| управления необходимь| с]1едующие
основнь|е ус.||овия: задапие це]1и управления, вьпФр направ'1епия поиска'
10
реапиза1дии ущ1|вления' информа:щя
о состоянии объекта.
||ри управлении пюбь:м обьектом
}д1р:1в'1яюще1у судстеме требуется ин'
фрмашия,
рль которй
очень важна
в совре1!1еннь|х ус]1овиях.
[1рстейтпая отруктура с|'1стемь|
упр|шпения объектом представпена
на рис. 1.1. Разрыв в любой цепи
структуРь] привод|{т к !|ару!цению
за1!1кнутости системь| упр'вления и
пос]1едняя перестает существовать.
8ажпьтм моментом
измФительной техники в А€)/
редеп еннь|х прстр1!нстве}!но -време1{н:6:х
критерии упр:вления' ресурсь| д]|я
в
пРоцессе
получения количественнь!х сведений
Рптс. 1.1. [1ростейтпая сщуктща А€}
о велит!ине твраметра является вос'
произведение и се'1екция требуемой
ш[я измерения информацшд от ойекта упр:|вления.
14зплерителльньтй пршесс представляет со фй пос'19довате]1ьность изме_
рительнь|х преобразований от воспртаятпя фпзпческой вепи1|инь1 до фР'
мирвания и представления ее |!ис]1ового значения в той или :шой фрме.
1аким образом, д]|я исс]1едования люфго физического объекта, т. е. поз'
нан}1я его свойств, необходим ''контакт'' сРедства изйерений с исо]1едуе'
|}1ь[м
оьектом.
[1ри этом д'1я искпючения потерь информа|ц{и необход}1м прав:ш:ьньлй
вь:бор метода измере|{14'я врет}'ени усреднения резщьтата измерений.
Бо
пр
еьо
'|
оля само ко нтрол я
1. каковь1 дости)кения совреме1п|ой измер1{тельной техники по бь:сщодействило
и точности?
2. \ф:с е опредепение пощ е1|!вости (тонности)
3.
4.
5.
6.
.
|(акова роль законодательной мещопогии?
[1риведите основное уравнение измфения.
}{азовите основнь|е величигът в €}1.
|(акова роль измерительной техники в А€9?
г л А в А 2. оп€РАции
и3мвРБния и сРЁдствА их РБАлизАции
$ 2.1. 8идь: и методь| измерений
Б измерительной технике встречается фльц|ое чис]1о вели1{ин' под'|е_
жащих измерению, при этом применяются Разпи1|нь[е схемь1 его реапиза|щи.
{асто иско:утая вели!ина опреде]|яется на основе измерения других
параметрв' функционально связаннь!х с первой. [|озтому всегда Ф1едует
различать це'1ь измерения (искомая вепшшна) и те вспомогательнь|е пара-
11
метРь] и вепи!!и'{ь| (ойем измерения), которь]е непосРедственно под_
лежат и3мерению. € щетом це'1и и объекта измерения' а также вида функт$донш;ьной связи между ну1м14 в соответствии с |Ф€[ |626з_'7о существуют разпи1шь!е в!{ць| и методь| измерения.
8идьп измерегпй. 8се измеРения подр.вдепяют на четь|ре вида: прямь|е' косвеннь1е' совоку]1нь|е и совмесп!ь]е.
|7рш прялоолс ц3''Фенцц искомую ве]1и[ину находят непосредственно
по резу'1ьтатам опь|та ! = |, |. е. це]1ь и обьект и3меРения совпадают' 3десь
использов!|ния
/ _ вь[хош{ая вепи1ина средс]эа измерения. [|римерм
прямого измерения являются приФрьг стРепо||ного типа' весь| с наФрм
гирь. [1ритем когдд поворят о пря1!'ом измеРении' не имеют в виду' как
долго д]|ится прцедура пзмере}1пя. [1рямь:е из]!'ерения хз'ляются одц!и}|
из основнь1х в!{дов измерений.
!1рш косвенно'' ш3л'Фении искомую ве]1и|шну находят [{а ос||ове пРямопо из]!1ере}|ия ряда параметрв при известной функционш:ьной связи
[!1е'(ду ниттшс. 9равнение из1}1ерения и]!'еет вид
!
=
Рт(х',х',..'/п).
[1римерм косве[|ного измерения мо)|(ет с]|у)Фть измерение сэпртивпе,1у\я с помощью а1!1перметра и вольт]\,1етР; измерение массь|
в фльцп:х емкостях (пщем измерения урвня и 1потности 'йдкосп{
'(идкости'
а такхе геометрическ]{х ра]меров емкости); измерение :потности
щшиндРи1|еского
бруска
и др.
пу|ем
измерения
его геометрических
размерв
и массь|
}(освенное измерение применяют в тех с'1)д|аях' когда не применим
из|}1ерения либо когда оно обеспе'п:вает полунегпае Флее
вь:со кой то1|ности измерения.
Абсолютное измерение _ это косвенное измере|{ие' д']я ос)дцествпения которго используется пРямое йзмерение массь|' ш|инь| и времени.
|1рш совокупном
ц3мерен1/!| [1р|\сход.{т одновРеменное из]}1ерение
однои]\4еннь]х вепи!ин. 8 этом спучае искомь!е вели!динь| опредФ[яются
на основе ре1шения системь] ур{!внений' 1ис'1о которь[х допж[{о быть равно
итли бопьц:е {ис]1а неизвестнь!х вепи!!ип.
' €овместное
ц3меренце ан!шоги!]1{о совоку[|пому р!!л неод!{ордных
прямой метод
величин.
Фсновньте уравнения связи при совоку}1ном и совмест|о]!' измррени-
ях имеют вид:
Рт (ут,'.',!р, *{') , -.,*А') ) = 0;
Рэ (ут, ..',!д,'{2) ,..., *) ) = о'
(2.!)
Р'(!', ...,!', х|п) ,...,х(!1 = о,
_
|Ае |т, ..., ! д _ искомь|е вепи!инь|; )( 1 1'.., х
п [1араметрь] ипи вели[инь|,
на
основе
прямого
или
косвенного
измерени$} Рт, .,.,
установпеннь1е
Р' _тазвестнь:е функ:цла связ|1'
[1риведепл примеР ре|шизации совоку!1нь|х и сов,!'естнь:х измерений.
\2
вида *, = &о (\ + а! + $с2), т. е.
изве!тна связь между сопртивлением.&, при любой темперацре , и состаз'
_Ф п постоянн;]ми коэффи:щентами с и !. Ёеоб_
ляюц!ир:и _ .&6 при !
ходг:фо опредФ1ить значения.&9 и с, $.
фя релшенй этой задачи используется совместнь:й вид измере!|ия.
|!ри т!ех известнь|х значек|1ях температур !т, !э !4 /3 изме!яются сопротив_
летшя &', , Р'., Р'^. 3атешт составляется система уравнений, ре|цение кото[1усць известна функ|ц{он1шьная связь
р
й по зв<1ляе{
о
пре-делить искомь1е
ло (1
+
а[|
+
р!1)
ло (1
+
а/2
+
р!22)
до (1
+
а!3
+
р[2э)
-Ё',
в
ели.инь|
:
= 0;
_Ёг,
= 0;
_Ё'.
= 0.
1(роме того' измерения могут быть:
неизбь:то,*:ь[ми' т. е. когда чмс!|о 7п неизвестнь]х цараметрв уравнения
равно чис]1у п уравненпй (, = *), или избьтточнь[ми' когда тп 1 п '
множественно-многократнь1ми или многокан{шьнь]}{и.
1аким образом, люфй прцесс измерения представляет софй тот
итуп т*той прием оравнения измёряемой
велит|инь! с велпичиной восприз'
водимой мерь1 с использованием разпичнь1х средств измероний (€!{).
Разт:ичают также статические (входная измеряема'! величина не и3ме_
няется во времени) и динами1|еские (входная измеряемая ве]1и|ина из}1е_
няется во времени) вгць: измерений.
йетошп измерепплй. €овокутштость приемов использования принципов
и средств измерения предст:шляет собой метод измерения. €ушествуют
с]|едующие методь1 измеРения: непосРедственной оцешки' ср'|внения с
мерй, дифференци:1пь}{ь|й, нупевой, замещения' совпадения.
[1рш маоёе непосреёственной оценки результат измере}!ия определя'
ется по отсчетному устрйству €1'1. 3тот метод паифлее [пирко Распр'
стр:|нен в измеритФ1ьной технике' на нем основань| все сц)е'1очнь:е устрй'
ства,
но
он
имеет
наифлее
низкую
то!шость,
так
как
в этих
приборах
применяются меРь| ограничен[|ой точности.
17ри лсетоёе сравненця с лсерой из^/1еряемую вели(|ину вРемя от вре1у|е\\]!у\ в каждо|}1 опь|те срав|{ивают с мерй. Результат измерения (срав'|у|
нения) оценивается по сравнивающе]у{у устрйству, например' из]}1ерение
массь| на вес1]х с помощью гирь |{пи измерение с помоцью компенса1ц4онньлх приФрв' в которь]х периодически устан:1влпваетс1' то1шое значение
мерь: (раФиий ток в компенсаторах) .
11ри ёиффценццш1ьно*' лоето0е на вход средства изм1ерения подается
разностгь:й сигн!}л т!1ежду измеряемой вотичиной и мерй. 3то точнь:й
метод. 9н, как пр:}вило' испопьзуется в повер1шь|х схемах и уст:}новках.
1ощлость метода характеРизует следующее. Бспи разность между изме'
ряемой ве'|и(*1ной и мерй составляет 9,1 %п испопьзуется(Ас погре[]!'
ностью |%,то общая погре1цность оказь|вается равной о,оо1 %.
|1рш нулевом метоёе разность ме>!Ф} измеряемой вели(иной и мерй
с помощью специ{шьного устрйства доводят до нулев9го значения по
ср!1внивающеш:у устрйству.
1з
\
1рш метоёе за'!ещенця измеряемая вели!ина опредФ1яется фтем
замещения ее известной мерй.
[|1етоё совпаёенсля (:ш:и метод ''нониуса'') применяется в тех ш'/ная*,
когда измеряем.ш вФ1и(шна мень|ше цень| деления заданной мерь/. ||ри
этом применяются две мерь! с раз1{ь!п4и ценами де.'1ения, котоРь|е {тпина_
ются на размер оце1{иваету1ого разряда отсчетов.
11усть пмеем одну кш:ибрванную меру с ценой дет:ения Ах.- { измеРяемую вФ1ичи}{у А;с, которая мень!це цень| деления. Б этом ш'уЁ^ъ &спользуют вторую меру с ценой деления Ах*'. 1аким образом, ес'|и чувствитель_
ность необходиту1о увели1ить в п раз, !о соотно1шение между ниттаа будет
иметь вид
А'*,
=
А'*,
{1
_ ||п)
10
".,,*ф
'
Ах-- =09 Ах-_
=
|4змеряемую
д1 у;;;-;#,ьают ,,1ежду нулевь1ми отметками
мер и находят чис'|о 1{'*, равное |{омеру совпавц|их делений мер (рис. 2.1).
3 этом с]тучае справед/|иво соотно[цение
3 настности, при и
:1{''Ах*, =
А,
*
откуда.
Ах=1['* (Ах*,
|*А"*,
_А'*')
,
=1{''
(Ах*, _ 0,9Ах*') =1й''0,1А.:г*,
.
йетод ''нонщ/са" }{аходит 1циркое примене!!ие при измерении временн6пх :ллтервалов двух блпизких частот (биений) и в других слшаях.
Б шастоящее время существует еще и кпассификация методов измерите]1ьнь|х преобразований, основанная на концеп{ии измеРите]1ьнь1х пРе-
образованй.
.]1юфй измерительньлй прцесс предст:вляет софй посг]едовательное
преобразовштие сигнала измеряег:ой вепичинь1 в велш{ину, рада которй
бьц:а поставлтена задача измерения. 8 этой связи любое €11 предотавлляется
как пос'1едовате]1ьно соединеннь1е звенья, передающие сигнап измерительной ш;фрмации от входа к вь1ходу и образующие как бь: канал преоб0ор0оя
с0
отупвняпа
'10!0Ахр,
34'б789
раз\вания. 1огда в общем случае пюфй метод измерения мо)|Фо предста'
вит{ как пос]1едовательное преобразов:!ние измеряемой информации в
9цд,\удобнь:й щля восприятия найюдате]1ем.
$ завцсимости от состава' результируюшей погре|||ности и погре[цнос_
ти ойепьнь:х преобразоватепей раз]]ичают методь] прямого и ур{|внове1ци'
ваюш|рго прео бразований.
[7р ш ла ето ё е пр ям о 2 о пр
но пфходит все
е о бр аз о в
ан:,;я
в
ходгто
й
пар аметР по
с]1
ь'
едо в ател
преобрак)вате,ти разомкнутой цетп: преобразования и
по вь['одному отсчетному устрйству оценивается резщьтат и3мерения
(здесь 1д'ви)кение информации присходит только в одну сторну). [1огре:,ш'
ность 1акого средства измерекия попностью определяется погре11:ностью
всех првобразоватш:ей цепи преобра3оваг{ия.
|!рсл метоёе уравновешцвающеео преобразованця в устрйствах су_
ществует' к|!к минимущ два канала преобразования: . прямой и обратньтй.
3ьтход кан!ша прямого преобразования
((||||) подается на вход
отсчет_
гтого устройства 14 одновременно на вход канала о6ратного прео6разова'
ния (коп) предназначенного дпя преобразования вь|ходного сигн.ша
'
(|!|| в вепичину'
анапогичную по физинеской прирпе входной ве]1и1|ине;
}|а вход ([1[] подается Разность между изгтеряемой велишаной и вь|ход_
нь1м сигналом 1(Ф||. Результирующая погре|шность такой структурь1 прак'
тически полностью опреде'1яется погре|]]ностью (Ф[1 (влияние (||[| нич'
тожно м1шо при соответствуюшем вь:боре коэффи:шента его преобра_
зования).
йетод прямого преобразоваЁия представляет софй метод непосред_
ственной оценки' а метод уравнове1шивающего преобразования _ нуле_
вой метод при обшепринятой кл:ассификации методов измерения.
$ 2.2. (лассификашип
|{
характФистики сРедств измерения
.[,ля реш:иза|щи методов измеРения приме}{яются разли1|нь|е видь: €}1:
мера' измерительньтй преобразователь' измерительньй прибор, вспомо'
гательное сРедство измеРения' измерительная информа|щон}*}я система.
74ера представляет соФй средство ш1я воспроизведешия физинеской
величинь| в единицах измерени'1' пиф в виде дольнь|х и кратнь|х единиц.
йерь: бь:вают однозначнь!е' или постояннь|е' и многозначнь|е' ипи перемен'
ньле. !т1ерьг в виде отде]тьнь|х элементов составляют набор. Рслпи они меха'
нически связань] между со6ой, то представляют софй магазин мер.
|1змерительньсй преобразователь _ это €}1, предна3наченное ш|я вь|'
раФтки сигн:ша измерите]1ьной информашии в фрме, удобной д'1я пере_
дачи, д:шьней:пей обработки' хр!|некия и ввода в 3Бй, но не поддающее'
ся непосредственно му восприят}{ю на6гтюдателешп.
1злачштельньай пршбор (ип) _ это €14, цредназначенное для вьтработки сигн€ша измерительной информации в форме, удобной дщя непосред'
ственного восприятия най юдател ем.
Руцо.
2.1. Рониуоный метод измфе}!ия
€педовательно,
при6ор должен представлять софй совокупность
и обязательно иметь вь|ходное отс.|етное
нескопьких преобразователей
устрйство.
15
!
}{аифлее распр страшеннь!ми €[1 являются прибрь: непосредств ефо й
оценки' у которь|х имеется подвихсть:й элемент в в|це стРелки и н{подвижнь:й элемент в в:це !шк:шь|' цена деления которй соответс1вуе' [''',нь|м и кратнь]м значениям единиць| измеряемой физинеской велищаньт/.
!{асто приФрь: сна6жаются специ:1пьнь|м подви)кнь|м
устрй!твом,
осуществляюц|им регистрацию на бумаге. 8 этом с]|учае приборь:
ют
/
8спомоеательньое срФство ц3.1|'еренця
совоку[1ность рафи,шь:х
вспомогате]1ьнь!х эпементов' предназначеннь1х р:я
работьт совм{стно с
1'1||. 3ти вспоп4огате]1ьньте €}1, как правило' влияют
'" '''р''фческие
характеристики(А и поэтому они также нормируются,
!
( вспомогательнь1м €|,1 относятся:
раз:1и!{нь!е цг).нть| д}|я Расц|ирения
!цкчь| приФра, специа]1ьнь|е вь|сокочастотнь1е коакси!шьнь|е кабетли й др.
Фбразцовьте приФрьл предназначень| д]|я воспризведеттия
.физинесобеспе:павается
единство
измерений.
Фбразцовь:е п,1ерь! и приборьт находятся под охран1й госупарства.
осуществляется поверка раб.птх мер и |1||' Раф.дае мерь: и-прйборьт
}1тии
подраздел яют на л аб рато рнь!е |! т ехни1{еские.
)1абораторнь|е мерьт и приФрьл применяются искпю[дито:ьно в лаф_
раторнь|х условиях' их то!!ность вь|1||е' чем то1шость технических приФрв, хотя во многих с']у{!}ях конструктивно и метрлогически они не отличаются. ||овьтдшенная то1|ность лабораторнь1х меР и приФрв
о6еспещт_
ъает ся' специ(шьнь|!!1и градуирвочнь|ми
характеристиками, прикп адь]ваемь|ми к ним.
Р1злсчштельньое шнформаццоннь'е сшстемь, (!4|1с) _ это €14, пред1{а3наченнь!е для автоматического цредставле1|ия инфрмации в в'иде,
}Аобном д'|я использования в систем:х упр{1вления ипи регулирва]1{!4я,
3 поо:еднее вретия в связи с ус,'1о}кнением ре!цаемь]х задач в |4Ё€
!||ироко применяются р(впит!нь1е специализирваннь!е вь|!ис]1ительнь|е
устройства и 38]т4.
3 зависимости от назначенпя14А( ра3пичают четь|ре их разновидности:
и3мерительная система (|'1€), предназначекная д/|я уст:}новления количественпь,х характеристик о6ъекта;
система контроля (€(), предназначенная д'|я уст:шовпения соответствия пар!|п4етрв объекта нормам :т:и требованиям на характеристику
объекта;
система диагностики ((.|[), препназначенная дця уст:шовле11цяпричин
неисправно стей и их ло к а[\!4зац!4у| в о бъ ект е ;
система распознающая (€Р), пРедназначенная для усп|новления цринадлежности д:}нного объекта к некоторш(у к}|ассу образов объекта.
3 настоящее время не существует единь|х критериев дтя оценки эф-
'
-
фективности €[,1, поэтому оценку 1€ 1 осушествляют по следующим четь1_
рем основнь|м характеристикам: точность' бь:стрдействие' чрствитель-
ность' надежность.
?очность _ характери стика (А, под ко'торой понимают степень т|рийих<ения результат0в измеретп:й к истинному значению измеряемой вейи16
!
-
но.фнанения измеряемой вепининь: (х') .
.[дя оценки погре1цностей вводят ряд понятий:
а{солютная погре1шность
\Ау _ х-;
фзьтва-
рег}.|стрирующими.
кой вел:итп,тнь|' с их помо![{ъю
{асто вместо понятия ''точность'' применяют понятие ''погре1шность'',
под \<оторой понимают степень откпонения показаний €|'1 от действитель'
нлл;ф.
А\=
о''о"'[о',"ая погре1цность
о * д/х 100 и]!и 6
]д
!
пр|{ведфная погре||]ность
6
/у
'?'ц1д1//;д1у
"пр =!А!
;
где !А!!пах
максим:шьное значе!{ие абсолютной погре1цности] !^'* значение 1шк!ш ь| измерител ьно го прибо ра.
||огреттцность €|,1, возгплкающая при !торм{шьнь|х ус]1овиях его экс'
11пуатации, назь1вают основной погре|пностью. ||огретшности, возникаюмак
си|у1ап ьно е
щие при вне|'шних ус]1овиях экс!1|уатации' отпичнь1х от
}{о|}1инапьнь1х'
стями.
Бь:стродейстьуте (А хаРактеризуется !дис]|ом измеретптй в еш'1ни1у
времени; полосой частот входного параметра, при которь]х 6['1 не вь|ходит
стрелошльтх приборов бь:стрпействие
за заданньтй преде]1 точности.
оценивают временем с момепта из|у1енени'т входного сигн{ша до мо]!1ента'
когда стрФ|ка прибора во||ла в полосу не 6опее 1 % от установив1шегося
значения входного г]араметра по т]|к!ше при6ора и остается в этой полосе.
9увствитш:ьность (|'1 $ представляет собой реакцию приФра на входной сигнал, т. е. отно|'цение вьтходной величинь| к входной:
назь[в атот допопнител ьнь|тии по г ре|||но
9
з =ёу|4х.
{асто под
$
понимают вели[ину
в=Ау|Ах'
(рпле того, в некотоРь]х с'1у]аях ист[ользуют понятия чувствитепьности' вь|!|исляемь:е по формупам:
А/
., =
|ц!14
Ах/х
^х/х
.[дя стрш:оштьтх приФрв с =а| х. [!оэтотиу и3меряеп,{ая вели(|ина'
*- | *.
$
_
- показ:|ние приФра; 1/г постоянная приФра ипи цена дФ1ения.
Ёе о:едует тутать чувствите]1ьность €}1 с поргом чувствитепьности'
где 4
под которь]м понимают н:!имень1шее значение входного сигн:ша' при кото'
р м уверенно
о
6нару>лолвается из1!1енение
Фш*ой из в
ность' под которй п<|ни}|||#1'|ёФ*!'й'ё
в заданнь]х предеп:ж { фтанб!ленЁьй
01-
1*
гическая надеж-
;9ж€€шшё
'9гя'э
арактеристик
€1,1
ц|{и при опре11
де]]ен|{ь|х вне||:них усповиях окружающей средь:. [1ри этом имеется
Рутс. 2.2.
ду не топько вь1ход из стря какого_пиф элемента €}1 и
прекращение его работь|, но и обязате::ьное сохр:!нение метрло
характеристик (погре:шности, чгвствите'1ьност1{' бь:стрдействия
при указанных ус'1овиях.
Фдной из важнь|х колш|ественнь|х характеристик
виде
Рис. 2.3. 3груктурная схема
др.)
€!'|
щ)ямого преобразования :
а _ последователы{ая; 6 _ парьл.
измФительнь|й
лельная (ип
|1|2г'.,?1
си
от
безотказной работь:. бфзна.птм через т в
при|и!юмента вкпючен]{.я €|4 в раФту до |\4омента' когда по каким-л
на]}1 оно вь|[|ло из стря ипи уже не отвечает своим
параметрам, а чеРе3 / рассматриваемь|й прме)ку!ок вРемени' т
с'1учаихъляетс$.вероятность
Фщуктура €}1 в общем
_
преобразователь)
а)
н:}я вепшдина и поэто|у'у
р(|)= р(т
[де р(|)
)
[)
,
_ верятность того, что данное средство измерения будет рабтов рассматриваемьтй прме'уток времени. [1рименяются у\ дРу-
способно
гие вероят1{остнь[е хар{}ктеристики (например,
дР)'
вРе]}1я восотановлен!!я п
3 настоящее время в технических уФ1овиях на люфе €|,1 указьгваются требова\1у!я к характеристикам наде)|с!ости. [апримеР, 3а с = 1000 ч
ъели'птнар(с)дол)кна бь:ть ке мепее 0,85, т' е'р(с)> 0,85.
1( характеристикам [}1 так:ке относятся: диапазон измерения (задаваемь:й верхним и нижним предФ|ами измерения) вход1{ое сопртивпение'
'
собстветплое потребг:ение энергии' стаби'|ьность хаРактеРистики' зашищен-
ность от вне[шню( воздействий' габарить|, масса' стоимость и др.
тогда), =
(х/0 + к9)
Рспи принять
.
(Р 2
г{остью коэффи:щента [
,=*
$ 2.3. €труктурь| средств и3мерения
1,
то вся погре1дность €|,1 опредепяется нестабтдт:ь-
:
"
Руас. 2.4.
(трукура €}1 в о бщем в!ще показана ъ\а рис. 2.2. 3десъ на (А ут вь1ходнойсигнал у воздействуют как пара]}'етрь| 2т,2а, ...,2,э т!к 1|1,.0э,...,
4, _ знаяения внутренни)(' конструктивнь|х' геометрических ипи дргих
парат}'етрв (плп материапа' тре'!ие, контактная 3А€ и ряд других деота6плизирующих в}{утренних факторв)' которь1ми характери3уется д{|нное
коп _
- значения вне[||них неинфрмативнь|х паРа}1етрв' воздействующих
на €}1'(влажность' температура, давпение и др.) .
зависимости от кпассификации методов измерений - прямое или
)Ф.внове|циваю|цее преобразование * типовая стРуктура может бьдть
разомкщтой и замкнщой
Разомкшуть:е струкцрь[ могуг бь:ть поо:едовательного \,\л'1' |1ара[!.
пе'1ьного в:ца. Ёа рпс. 2,3 предст!влень| примеРь| ра3омкн}ть!х структур
(прямого преобразования) .
€труктура замкнутого вида (уравновегшивающего преобразования)
приведена на рис. 2'4. 3цесь &|! цмеет коэффициент преобразования
(; [(9|7 имеет коэффициент преобразованууя 9' 3амктцтьте стРуктурь1
подр{вделяют на статшческие и астатические. |1о рпс. 2.4,
18
у
=
^х.(,
Ах =/_)(|
\
хт
=!9
,
схема
€й
урав-
канал обратного преобразования
Рис, 2.5, 3лекщогтнь:й элемент памяти:
- структура эпемента; ,б - времотн&
ш{аграмма (Р6 _ревфсивнь|й очетч!д(;
цАп цифроанапоговь|й щеобразо-
4
(|1; а,
8
€щуктурная
нове11|ивающего преобразования :
кпп - к:|нал пря|\4ого преобразования;
_
ватель)
а)
х
1\317
Рс
цАп
ццФр000б
б]
цн0цк0т0р
Рв0ерсц0ньут|
0чепццк
пре00рф00атепь
0н010е "
,, /10а-
| о',,
!9
[(аждь:й ]{з кан{шов про6разования может состоять из пошледова{ельнь|х' паР:шпельнь]хлиф пош:едовательно.пара'1лепьнь!х
!
96язато:ьнь!м ус]1ов}{ем работь: системь| статического в:тда явл}ется
*
Ах 0. Фсобеннооть €[4 со структурй статического вида состоит { том,
что погРе|шность в ней хуже астатической из_за н:ши(ия вь|ходного указа-
звеньев.
теля.
система
отличается
от
стати!|еской
ре присутствует элемент памяти. €хема
пока3ана нарпс' 2.5,
тем,
что
,?
/_
{
Астатическая
о)
'11
в ее
электрнного элемента |тамяти
"фу*'у-
[аличие э]1емента цамяти обеспечивает поддерж!шие вь|ходного сигнала д;}ке при значении Ах = 0.
3лектронньтй элемент па|}1яти работает следуюцц{м образом. Реверсив_
нь:й счетчик Р6 подскить|вает поступающие на его вход имггульсь1, при
этом показ!шия его изменяются, что видно на пщфрвог: индикаторе. ФдновРеменно буАщ меняться значения 0,"'*.
г
Фбщим недостатком структур урабйовепшивающего преобразования
является возникновение автоколебаний при уве]1ичении коэффициента
щеобразования (|||| с целью умень|цения погре1дност\4 си, поэтому
в поспеднее вреп4я ст:ши пРименять структуРь| прграп4много ур!|внове|ци_
вающего преобразова:пдя. 3ти структурь| отли(|аются тем' что они р:!зомкщ/того типа' спедовате]тьно' в них отсутствует огр:1ничение на уве]1ичение коэффициента преобразования. 3 этом с]1учае исто!|ник кот'1пенси_
рующего сигн:ша фрмирует вь|ходной с!^г11ы! по заранее заданной прграмме.
Ёедостаток такой системь|
в том,
нто требуется фль:шая скорсть
сигнала д'|я пол)^|ения ]у1инимапь_
развора[!иваншя компенсирующего
но необходимого (|испа точек отсчета' с помот|1ью которь1х затем мож-
но
восстановить исход}гую непрерь|вную вь1ходную функцию
птмой погре|шностью.
2.4. €татшеск
мостью
между
входной
и вь|ходной
вФ|и!инами:
у
1арактеристпкп
|А
ме[{тальную:
= [(х).Ёаиболее
харак-
подразд$|яют на заданную' расчет}{ую и экспери_
'
3а0аннал хФактерцстцк4 }1де€шьно отр:)кает связь |}1ецду х и]и.
Расчетная х Ф акт Ф цс тцка 14меет ву[д
ур^",
гАе
{:,
'.., цп
[р^"' (*', 4т, "', 4^,4д11,
в опор!ш( и др.).
2о
-
нел|'||е|1нь|е
нулем; а *
лпднейная с
функшии
мин:1льнои:
=/р'"".-"''
(х'
4',' ""ч-о)
'
[1о этой характеристике обь|чно осуществляют согласов!}ние эпемен-
тов €|1.
2 кспчшла ентсш1ьная
экспер1{мента
!"*"-- [
х
Фактерцстшк4
п/'о
жет бьпть установлена на основе
,
"*"(х)
]]ля всех видов характеристик' крме нел::дтейнь:х, чувствительность
постоянна' а д]|я пФ1инейнь|х _ увствитепьность явпяется функ:щей полоточки на хар!!ктеристике.
Рассмотрим вопрсь| чРствитепьности на примере кривой рпс'2.6, е.
[1усть тонка .4 находится на хар!!ктеристике у = !(х)' 3Аесь х" _ х,
представляет софй диапазон изменения входного сигнала' а !в _ !н -
же}{ия
,
_ конструктивнь]е параметрь!, характеризуюшие €|,1;
дестабилизирующие факторь: (термо 3.[€,
_ цп
внутренние
...,
"',4,)
0, е
Ёшпи значения параметрв 4т, .'., 4, со6тветствуют зад:!ннь[м значе'
н||ям с|1 = 4то, ..', цп = 4.,, а внутренйие дестабплизируюц|}',]е факторь:
4п+\ = 4!'*2 = 4'_ 1 = 4' = 9, то характеристику назьвают расчетно'но/расв.-ном
статическом режиме о|1ись1вается а|т:|пити1|еской зависи-
тернь|е в|!дь| этой функ:щи представпеньт на рпс' 2.6'
уо =!о(х)
допус-
порогом !{ечувствите]тъд|оегп;
ие характер|'стик и федств измерения
в
.]1юфе €}1
с
Рцс. 2.6, 8иддт статияеск|о( характФистик €}1 :
л1п{е!л{ь[е; в - тпдлейная со смещен|!ым
а, б _
4уп+1,
тренйе
[цк:шу €|4. 8 этом слг!ае
х;
пу
маспштаб по
оси/.
',
=
*
=
+
[в9,тде
п1х
_
масш]таб по оси
2\
]&огда дл:я но:инейш:ь!х характеристик €14 привод]{гся сред|{яя чув.
ствитепьность
1'- !в-!н
'в-''
=
=
^
*|89о
'
т. е. соединяют кра&*ие точки
характерист\\ку|' у = |(х) пряг'юй л*птпе1у п
с(|итают постоянно й чув ствитепько сть во всем диапазоне 1{зт}1ерения.
[1риведем методику расчета характеристик €]4. .[ля структурь| разом-
к[|утого типа (см. рис,2.3, с), установление функтщонштьной зависимости
€}1 осушествляется пугем сост:шления уравнений отдельнь|х звеньев:
ут
=
!т8)
,
уа =[ э(ут)
|'= !р(/'-1)
[{'\)]
}
'
3 этом слг{ае
в =ёу|ёх.
Бо:и правую часть
ёу',ёу''...'ё!,,
ёу1|4х =
$
=
#
'',4у2|4у:
* 4у'|ё.у'_
*
=$?, .'.,
в1,
призведению
тогда
'3
=
п
Ё, '',
1'=$,
и подставив
т. е. ч,вствите]1ьность
€1,1
зна_
равна
! т(х);
[э(х);
+
',.*
!,
,
,=4*=а4#*4?+...+#'
$ = $1 +$2 +...+л-п = Ё г,
!=|'
тде
.[дя сщукцрь| ур:в|{ове|'цивающего преобразования (см. рпс, 2.4)
! = [л [х -[э(у)1 '
[т(х) _ функ:щя преобразовштия (|!|1; !'(у) _ функция щеобразова-
ния [(Ф[.
22
ау
7й- _'''
4хэ
-ат_
= $2
.
1,1так,я=г:(1 -ггэ),$=$1 -$$1$2 чи$= т+ь'
з = 1|пт 3:
= ||вэ' т. е. вся чрствительность
я само
ко
.Бсли$1 + ф,!Ф
€[4 опредепяется чув-
нтрл я
и3м€РЁний
$ 3.1. Фсновнь|е понятия
чувствитепьностей отдепьнь!х звеньев.
йохс*о нйти функ|{|{он(пьную связь мещду входом и вьтходом €|1.
9та связь мо)кет бьтть также найдена известнь|ми графивескитъпт метода}'и.
]]ля разомкнутой структурь: (см' рис. 2'3,б) имеем:
!'= ['(х);
!= !т *уэ
=
г л А в А з. погР€шности
умножить и раздФ1ить на
чение $,' полу|им 8 =$1$2, ...'
=
=
а
'
т.
1. 1(акие видь| измерений вь: знаете?
2. }(акие методь! измерепия вьт знаете?
3. [1еречислите основнь|е характеристики Федств измерений.
4. [1ереиислите структурь| федств измере}|ий.
5. !(акова методика раФ{ет} характеристик Федств измерений?
1
! =|' =!'1['-т...!э
уа
ёх, _ 0т'
*?=;#
#_!*_хэ!=
=* п- #21 4+ [! - #. ##л,
ат' _ 4у
)^ -...#4.\' -# 41
3о про сьо ёл
,
тогда общее ре[цение примет в]ц
(7
!т
этой структурь1
51+ф 1+,$1.'2
ствите']ьностью (Ф[.
,
!'_т- !'-1(|'-2)
Фбозпла.пдв
!дя
|[огрегшности измерений в общем слг{ае вь|звань1 действием фльгпого
шао:а факторв, которь1е могут бьлть объединень1 в две фльтцие группь1
||.з' 2'21 : слунайньхе и систематические
3 первую гругтпу входят факторь:, которь|е проявляются весьма нере_
гулярно и интенсивность появления их трудно предвидеть. €оставляющая
погре1шности' определяемая действием этих факторв, на3ь|вается штщайной погре:.шностью измерений. Фсновная особенность закпючается в ш:уиайшомизменен*{'4 еепР!4' повторнь1х измерениях одной и той же вели[шнь1.
Бо вторую группу входят факторьт, не изменяющиеся или и3|\4еняющиеся закономерно в пр цессе измерите'1ьного экспеРип4ента. €оставт:яющ:}я погре[цности' определяемая действием этих факторв, назьвается
сцс[ е!|4су цчес кой пое реиан опь ю шз лсер еншй,
||огре:шности измерений подразделяют на :
абсолютньте и относитепьнь1е по способу вь|ра;кения;
системати!|еские
и ш:унайнь:е
по
характеру
измерения;
инструмент,шь}{ь|е и п'етодические по месту возникновения;
,пдитивнь|е и мульти|т'|икативнь|е по зависи]у1ости от значения изме-
ряемой вели(|инь|.
.4дя средств измерения погре|цности подразделяются на:
абсолюттую' приведенную ]1 относите'1ьную ;
основную и дополнительную в з:висимости от причин и уш:овий воэникновения;
2з
систематическую и с]1учайную ;
яддитивную и мульти11ликативную
и
статическую
динамичеокую
в
;
зависимости
измеряемой ве'|ичинь|.
от режима
изменения
8 пршессе из]у1еРения оба ьпца погре!цностей прявляются одновре_
менно в виде сум\4ь]:
А=о+0,
где о и 0 _ соответственно слунайная и системат!д!еская составляющие
суммарной погре|цности измерения.
.[дя описания с]1учайной погрегшности пользуются понятием ''диф-
которая
наифпее
!]!я
распр_
ференциш:ьная функ:щя распределения'',
стрш{енного норм{шьного 3акона распреде'1ения слунайной вели'цдньт име'
ет вид
(х-тп
|2
р(х)
где !п у
-
=й
^_
'х'
_ттт_-
!х
матема'тическ0е ожидан}{е с'1г{айной величиньт
{.
.(йфференциапьная функция норм:шьного закона распределения пред'
ставлена на рис. 3. 1 , при этом
*!-о(х)ёх=|'
|еометрипески это озшачает' что т1пощадь' зак]1юченная межш/ кривой
и осью абсцисс, р!вна единице.
распреде]1ения
-
Анш:огично можно установить, что вероятность попад?шия втуяай'
ной величинь: { на отрезок [х', хэ'] равна гшощади фигурьл (залштрихова_
на на рис. 3.1), образованной кривой распреде'1ения' ооью абсцисс и двут!1я
ординатами р(х т ) и р( хэ ):
р/-т:
( /4
*э
хэ) = 1-р(х)4х.
х1
Фдним из основнь|х понятий при оценке системат}д|еской и слщай-
ной погрепшностей является матеп4атическое ожидание резщьтатов
людений:
м
\х1 =
п'
*[
хр(х)ах
'
погре|шность гтри этом предст{шляет собой откпонение |}1атематического ожида}1ия результатов
€истематическая
наблюдений
от
действительного
измеряемой вФ1ичинь|:
0=Р1
пхх| х2
х
Рис. 3.1. |(ривая р(х) нор-
мального закона распределени'| опра||ной велич!1нь1
24
наб-
[А*хд,
,д
значения
[арактеристикой рассеивания результатов наблюдентй относительно
их математического о)к]цания являются дист\еРс|1я
о
[х1 12*
х р(х)4х ''
=# |(х - тп*)21=
!0
-
и среднеквадратическое отклонение (€кФ)
Ф*=
6 |х1
=\/бв
[п")2 х
:
.
Ёа основании имеюц{ихся эксперимент!1пьнь|х данньтх осуществляют
оценку истинного значения измеряемого пар11метРа' т. е. находят резупь_
тат и3мерения и оценив;1ют его точность' т. е. меРу его прибпижения к
истинному значению.
Фценку резупьтата измерения осуществляют по методу точе1[нь|х
!4л'1 иъ\тервы|ьнь1х значений. [1усть имеем |'{' результатов измеретпая 1
'.
*!, |э, ..., х'. Фшеттивае|}1ь|ми паРаметрами являются математ]д!еское
ожидание и €(Ф. Фценка с* параметра а будет тоненной, если она вь|ражается одним 1ислом. .|1юбая точет!ная оценка' вь|численн!}я на оспова1нии
опь1тнь|х данць|х' является их функцией и поэтому сама представляет слунайную величину со своим распределением.
точечнь:м оценкам предъявляют ряд тре6ова:пдй: состоятельность'
цесмещенность, эффективность' €остоятельн4'! оценка означает' что пРи
реличении цдсла 1{' наблюде:пдй ока сходится по вероятности к значению
оцениваемого параметра. Фценка является несмещенной, еслуу, ее мате]!1атическое ожидание р:вно оцениваемому паРаметРу, и эффективной, естп4
ее диспеРсия мег{ь]ше дисперии любой другой оценки данного паР€1метра.
о){мда1!1я 1пх и щасперспй |*
(
'*#;'#ъъ,:'т;#''математического
.1у
+
',}}=
,2'*,,
,;
=
.м
гт
€уществует
слрйной
,_?,
1х,
-
тп}12
.
так)ке интеРв:шьная оценка действитепьного значенйя
величинь[. €ушность
метода интерв.шьной оценки зак||1очается
в нахождении интервала' назь|ваемого доверительнь|м' между границами
котоРого с опРедепенной (доверительной) вероятностью пежит истинное
значение оцениваемого паРаметРа.,[опустим оцтлайная вепи({цна
Распределена г[о норм:шьному з:1кону с дасперсией о2.. 3 этом слу{ае
вероят7пхв цнтерьыт (гп" о|: тп* /о}) опгеп..1".'.'
р{'"}_|о!€гп'
.'''.
-
:::.::.3^::"аца|\||я
но|ле[{ием
{
ги} + Ё,::]=
2з'(!')
,
_
|де $м(|)
распределение стьюдента: о'у-\'
ния величинь\ п1*:
ско
вь:боронного расг|ределе-
у
9;
[1о заданной доверительной вероятности р из таблиц распределения
(тьюдента (входами в таблигу являются заданн:ш р и п =л _ 1) находят
11
|={'8*,
г,[$ 5* =
1/(л _
п:
1)
о" 412 о}
с заданной вероятностью Р буАет лежать
,
ная вероятность р.
[йтервштьная оценка испопь3уется при ограниченном
!.
|1ри
л > 30 распределен1{е
иислле
7'=
€ушествует
'(е систематических погре:пностей:
нет1:ре разновидности
0
[1ри воздействии много1исленнь|х вне.]]них факторов (температура'
впа)кность' д!вление и др.) хаРактеристики €!4 могут изменяться. при
этом возник:1ют а/щитивнь]е (погрегшности ''нул$.'') (рпс. 3'2)' щ/льти_
ппикативнь|е (погрегшность крутиз[{ь1 хаР1[к1еРистики) (рис. 3.3) и нели-
нейньтё погРе1||ности (рис. 3.4).
26
)
х].
|
=
=
-1у
'],
]),1
,л'м,м
*|='й|*!| = +,.:,
м [0!] = х610 '
н,]
-м
2
_хо = _*;
1у
!|| |х,+
0/ =+
,?-м
в1
+
0'.
'_|
[1остош::тьте систе|!1ап{ческие
погре1цности могут бьтть умегъ::ю:ът
и искпючень| ли1шь на основании некоторь|х априоРнь1х знагпдй о них'
полу{аемь[х цри провеРке €}1. Разность между сРдним арифмеплпес:с:м
результатом измеренпй и значением мерь[' используе!!{ой при экспеРименте, Р:вна искоьтой систе]!1ап{ческой погре::п*оспд. €ледовательно' искпю_
чехп.:е этой погре1шности осуществляется |утеп4 введения попр:вок в
резуль_
1|а пос1'оянньте ш переменнь:е. ||остояннь|е погре1цности возникают'
мени.
*
где
неинформативнь1х вне1шних факторов ;
' погре11]ности' вь|званнь!е непРавильнь|ми действиярти опеРатоРа'
|1о характеру проявления систематические погре|цности подразде-
дические'значениякотоРь1хповторяютсячерезравнь1епромежуткивре.
от нелпне|&*ости
'" !=\
* '
величинь|.
например' при непр:1вильной установке !{ач(}ла отсчета' непр!вильной граду'
|!Ровке €|,1 и вспедствие других пРичин.
€редт переменнь|х погре1шностей вьщепяют прогрессирующие' моно'
тонно во3растаюцще или убьлвающие в процессе своего изменения' и пеРио_
-4-
м в'|
метод,1ческие' вь!званнь1е используемь|м методом измерегпай;
инструмент:шьнь1е' вь|званнь|е погре1шностью испопьзуемого €1'1;
погРе1пности' вь|званнь1е непРавильной установкой €|4, влиянием
ляют
поще1||носгъю
ческие погре1шносп.| 0,,
ти измерения' остак)щ:}яся постоянной или закономеРно изменяющаяся
при повторнь|х измерениях одной и той
катив|{ой
Ёеисключен:*ь:е Рзультать| наблюделплй вклк)чают в себя системаш.1у1, следовательно'
измерегтий
(тьюдента обрашается
в шорм!цьное и отпадает необходимость в н(|хождентлс | !| ^! т ,'[э'
€истематической погре:пностью назь1вается составляющая погре!1лнос-
_
х0
"1
нь|х Результатов
и3|!{еРния опРеделяется как
14
(л < з0) вели1инь|
х1
Резутьтать: наблюдегплй, пол)деннь1е при яа!|1ч|4л системат!д|еских
погР|цностей, назьтвают неисключеннь1ттш1 и обозначатот и)( со 11пРих:|ми
и т.д.). [|ри этом сред}!ее арифш:етинеское значение неисключе||@'' '
"!э - вели!|инь1' определяемь!е из РаспРеделения |1ирсоша (12)
по таблицам. 3ходами в табпицу явдяются п =]л| _ 1 и заданная довеРитель'
гАе 7:
поФе1д-
!'.'#,*'''й
+ Ё..|1овейтельнь:й интерв(}л щтя вьтборочной дисв пределах [п- =
персии (ско 6*) оп!ёделяется и3 соотно!цения
{
хох
(Ах,):
1аким образом, значение /??у
т' о-}
х0
х0
Рпс. 3.2. Адд:тгивная по- Р:с. 3.3. йульт:штликатив- &с. 3.4. [1отрелдность не_
ная поц'е|дность (Ахм): ,инейности (|'.')'
щешность
1 _ идеальная характерис_ 1 - пдеатьная характерйё- 1 _ идеапьная *[р.*'щ'"_
тпка;2 -характеристика т*тка; 2 _ с му]Бтип'1и- тпкц2-спо.ре1дностью
величину/а. [1ри этом
тат измерегп.тй.
,
$ 3.2. Фценка результатов наблюдений прираз:изнь:х
в:щас измерений
[1оказа:пде
(Апрппюбьдх измеРениях мохно представить в
||=|д+о+0
в!{де
,
где хп _ дейстзительное значение из1!1еРяемого паРа|у1етРа.
фи многокРап|ь|х измерениях среднее значение измеряемой ве'1и!и.
нь| пРи
:\{'
наблюдегп:ях имеет
вид
27
7л=]г'+о+
$
|,'/
0епичггла 7
(3.1)
$
|=1
Аз (3.1 .) видно' что при многокРатньтх набл:юдениях пРоисход}1т
ли[ць умень1шение спрйной погре|дности. Ёа практике до пРоведения
1
измерений стРемятся максим:шьно умень[||ить систематическук) сост1}вляюц0/ю погре|шности. [1ри од!|окРтнь|х измерениях показ:!ние прибора х;
приним{}ют р.внь[м Резульгату измеРен|{я' при этом 1рудое]}1кость и время
измерения минимапьнь|.
[1рш многократнь|х наблюдениях результат и3мерения полу!ают в ито_
ге обработки результатов наблюдений' что позвопяет умень|||ить слщайную погре|||ность' но трудоемкость и вРемя измеРения 3озРаст:||от.
3адача оценки эффект*:вности €}1 пРи одно- и многокРатном изме'
Рениях рс1шена в прдположении отсутствия систематической составляющей
погре1||носп.|. [1оэтому при любом набпюде|ии предпопагается' что сущест_
вует компози[щя двух з:}конов РаспРедепения погре1цностей: пог[ю1|]нос'
ти отсчета' распределенной Равномер}!о в д{апазоне цень| делепия прибора
+. ьх|2, и сйщайной погРе!шност!{' имеющей €(Ф о ноРмального Распреде-
лени4. Рслш Ах| (2о) = 25 * 3,5, то можно пРовод{ть однокРатнь|е измеРе'
ния' так как м![па вероятность того' что слрайная сост:|вляющ![я пог(|1.
ре|ш!|ости буАет имет[ знанение, боль:шее половинь| цень| деления
можно
использо'
[[аблюдениями
многокРатць1ми
с
пзмере$пя
.4ля
вать си с менее совеР|||еннь!ми эпементап4и схемь|' обпадалощее зца1штель'
ной слщайной составляющей погре|шности' ко флее чувс1вительное. [|ри
этом Ах/(2о) = 1 +о,25. 1акое €1'1 неудобно ш|я однокРатнь|х наблюде'
ш1й из_за вр|сокой вероятшос1и погРе|цности' пРевь|т'|ающей попови}ту
цень| деления пРибора. Фднако результать| многокРатньп( измеРний, выполненнь!е од1{11м и тем хе си, целесообРазно обРаботать' усРеднить и
таким обРазом сниз!{ть с]учайнь!е погре|цности Результ|та наблюден|й.
}1з опшсанного видно' что метод|{ка оценки Результатов многократ'
нь|х набпюдеш{й при Различнь]х вид!1х и3мерения имеет свою спещ{фику.
[1рямой вид и3меРения. ||ри постоянном значении измеРяемой вели1пп1-
ньт,{полупаемвь|боркухт,)(э,/3,...,хм'
8 этом случае
сред1{ее значение
-х.'=,п*= 2(./"',
!у
* ,-, ,(!'
где п} _ оценк['математического
измеряемой велит!инь.
ожид!|ния;
цм
,?, с,=
.
(з'2)
1| €;- _ коэффи:и_
ент веса к,ркдого отдельного результата набпюде[п{я.
[1ри ощ:наковом доверии к каждому отдельному результату' т. е.
прп 1
€ = (2 =. . . = €' = 1|/х/, такие измеРения назь|вают р:1вноточнь|ми
и в этом случае
:м
[ ).т.'
7.'=
!
|у
/[
;=:
Бспи коэффициенть| €г, €а, . ' см неодинаковь|, то следует д'тя каж'
дого зкспеРимента оценить значение ''весового', коэффи|шента (6') и
значе[|ие 7, опреАелить по (3.2) .
28
у
являётся стунайной в ''малом''; |\,1атематическое ожидание
равнохд'аразбрс
о(&) = о"|\/г,
где он -*ско
(3.3)
одного наблюдегшля; при неи3вестном значении он н!|ходят
"''1;] ?з:''Ё"##3:что
при необходтмости умень|ц енпя
следует т[роизвести 100 наблюдегптй.
о(7") в
10 раз
Беличина о1 явпяется также слщайной и ее математическое ожидание р!вно о", а разброс о[ошенивается как о* (о}). [1ри нормальном закоше распределе!1,4я случш11\ои величинь|
н-
о* (о}) =
о:/\пм.
Фценка о*(.тд) определяется из (3.3). }вФпичегпде 1исла |'{' измерений целесообразно осуществлять до тех пор' пока
не станет мень:ше
'*(т1{)
погре:шности 0.
8 общем случае €}(Ф оценки о* (.7д) д'!я норм1шьного закона распределенця слщайной погре|ш!|ости определ яе тся из вь|Ра;кения
о [о*(!-')]
= о*
(т)/\/Ф_т.
йетодика обработки Результатов многократ!!ь|х наблюдений при
прямь|х измерениях следующ![я :
исключают систематические погре|цности из Результатов наблюде:пай;
опРеделяют среднее арифметинеское
резр1ьтатов наблюде:*:й и
приним!|ют его за оценку истинного 3начения измеряемой величинь|;
ошРеделяют оценку €(Ф результатов наФлюдеы14я иоценку €](Ф о*|
х
среднего арифметинеского;
осущ€ствляют проверку гипотезь| о ноРмальности закона распределе_
ния результатов наблюдения по 3аданному уРов}по зна1|имости' вьхбираемо_
му в пределах 002 - 0,1;
определяют доверительнь]е границь| при заданной поверительной
вероятнос1и;
. устанавпив{|ют гр{шиць1 неискпюченглой систематической погре[пности
7,
('')
Резупьтатов измерений, неисключеннь|е систематические погРе|шности
€!4 рассматривак)т как слу.айнь[е величинь\ и есл'| з!}кон и3 распределения
неизвестен' то принимак)т, что они изменяютоя по з(}кону равномерного р:ю.
предедения. 1огда границь| неисключенной систе мат!{!|еской погре:шности
резульп}п! опРэд9щцщтся из соот}|о!цения (при числе сосп1в ляюшртх гп } 4)
0=]ст/,т
*
где *1
гР€!ниць[
коэффициент, равньтй 1,1 при р =0,95 га 1| прп р =0,99; 0'_
отдельнь!х составпяющих неисключенной систематической пог-
ре||]ности;
опРеделяют довеРительнь1е
рения:
а)
еслп отно|шение 0|о*(7у)
границь| погре1шности резу1ьтата
(
из!у1е-
0,8, то систематической погре|шностью
29
пренебРегают и определяют довеРительнъ|е гР8ниць] погРе|цности Резул|_
тата как доверитедьнь|е гРа!п.1ць1 случйной погРе|цности А = Ёо*(ф
при р =0,95 (плп р =099);
б) если отно|цение 0|о* (7у) 8, то слуийной составляющей погре:шноспт пренебРг!|ют и тогда А ]? пРи р =о 95 (плп р = 0,99) ;
в) если имеет место слщай |,8 0|о* @л) < 8, то доверитель1|ь1е
гРаниць| погРе[цност}1 Рез)пьтата опРедепяют по компози1ц{и двух з:1конов РаспРеделешия к!!к А*2о2, тде Ёэ _ фухпстия довеРительной верят'
ностц числа ср!мируемь:х погре:шностей (в литератуРе о|1исань| экспеРи;
мент!шьнь|е подходь!' позволяющие опредепить значение *2), а о'=
пРи этом границь[ о и 0 погреш:носш{' входяцц'{е в по=
'
следнее 6'ь:ралсейе, необход:амо вьтбрать при опной и той >ке довеРительной верояшлостп (ууэ =695 путп р =о99) ;
Ре1упьтат !вмерения за|1ись|вают в в[це 7 у + (А; р) йногократньхе наблюде:пая пр1.| прямом виде измер;птя могщ бь:ть
Реапизов:}нь1 по рис. 3.5 гутем использов:!ния временного фис. 3.5, а)
тп:бо простРанотвенного (рис. 3.5, фусредпения. [1ри време:шлом усред_
нении используется одхлт|1!1 пв 8|п+акаплувак}тся резульгатьт]['изп:ерен:й,
затем осуществляется усРеднение с полу{ением Результата 7'. [1ри схеме
,птслу |[' усредне:птй результатов
рпс. 3.5, б щтсло }1|1 равно щебуемому
)
1
'/ок;т-
измерпшй хт
+т
*хм.
}1з сопостав]{етотя схем реа]1иза|{и|{ по рис. 3.5 мо:лсто отмептть' что
пРи вРеменн6м усреднении имеет место миниму{}1 аппаРатнь|х затРат и
периоддческим помехам, однако
обоспешдвается помехоустой.ппвость
требуется боль:дая затата времени на изме1юнио и ощеделение Резу1ьтата измеретптя. [1ри простРанственно}1 усреднении (:+тли комтшексиРо'
вагпли) об9спеч:двается у|!!ень[дение времени при н|ш(ожде||ии Р3у]1ьтата
к
и3|}1ерения' ош|ако пРи этом успожня0тся
'|ппарати)а'
вь1|ца€тся надежность из-за н!шш(|ия :1{' резервов.
но
3на1|ительно по-
1аким образом, времегпт6е усРеднение мож1|о пРдст:вить как тр:}нс'
_
формашию бь:сщодействия в точнос1ь' а простРанственное усреднение
1|п|иРатуРнь[х затат в точностъ.
(освелгньй вид пзмереш!{я. [адим некоторой фугшстпшл у : [в) приРа_'
= {(х + Ах/. Раттож:в пр!1вую часть этого вь1Р)ке'
щение &, тогдд у !
^у х, пощ['1!им
н!4я в Ряд 1ейлора в точке
_ т!'!
,*=], 2с.,',
Рис. 3.5. (1ема реализации
-х,=71н
прямого
видд измФений' при многократнь1х на-
блюдениях:
'. ущеднение3 б _ лро'
временнбе
пзстранственное уФеднение (Р1|1
_
мФите]ьнь|й щеобразователь;
а
-
вь1числпте'ьное устройсгво)
з0
_
ву
|'|ь
(*|)' *' ..
=[(у)!!'(х)Ах +["(х) 2!
^у
Фгра:плнив::ись линейной частью' полгим
у
!
^у
- ![,(х)^х.
|[олоясив
Ах
=
0х, д'[я относителькой погре1пности найем
6у=Ау|у=*а{1п
||(4!}
в.4)
1аким образом' д'{я слу{ая функцшд нескольких нез'висимь|х аргу_
ментов хт *$тп а}|апогично (3.4) полутим
6'**ё|\л[!(х',)(а,...,*)|3,
(з.5)
т. е. относитольн!}я погре|шность функтши равна д{ффеРе}щиалу от натур{шьного логарифма этой функ:ии.
Фортиульт $.ф п (3.5) приблпаженнь|е' т.е. они год||ь| ![14|!!ъ у|!я лу1нейной функщци; однако в пракп.1ке }1змерительной тех:паки пРи опРе.
делении результатов косвеннь1х измереллай на основе опьттнь|х даннь]х
аРгументов методическая погРе[шность обьшно мень|]]е погре!дности прямь1х измерегп.|й, поэтому такое приближегпте приемлемо. Б'сли известнь|
систематические погРе|пности Ах. оезультатов измерегптй х', то по (3.5)
вьтчисляк)т систематическую ,'{рЁ*"'''ь А.у
косвеннь]х
измере:птй. 8сли частнь|е погре|шности Ах, и1}1еют ра3нь|е знаки' то мохет
произойти части|!ная *'','''''ц,я
систематических погРеш:ностей'
||редепьная погРе||]1{ость Ау*^-' резупьтата косвенного измерения
мо)кет бь:ть также полу{ена
задань| предедьнь|е значения
погре1дностей ! Ах/гпах результата косве}{ного измерения.
(.)становимся {акхе на особенностях оценки
косвенного
р''у,,'''''*
"'"ё$,^'.,"
результата
измерения при наличии слувайной погРе|цности. [1ри отсутствии взаимосвязи между аргументами оценкой результата является функ:щя математических о:псаданий измеряемь|х аргументов' т. е.
'|*
= 1'
[л|
[х
'1
,$
|х']
'
...'
м [х *1 1 '
11ри налишти в3аимосвязи измеряемь|х аРгументов оценкой резупьтата является математическое ож|цание фуг,<:ии измеряемь|х аРгумен-
тов'т.е.
||, =м
|! (х
',
х',
...,
.к-)|
Ёижс привод,1тся методика оценки результата косвенного и3мерения
ш\я слу{ая линейной з!}висимости' нормальности 3аконов распределения
всех аргументов и отсутствия корРеляционной зависимости между ар_
гументами.
?аким образом' исходнь|ми д:шнь|ми при косвеннь|х измерениях
яу!ляются результать| наблюдений аргументов' которь|е предварительно
стбработань: как резупьтатьт наблюдений при прямь!х измерени'о(.
йетодика обработки Резупьтатов многократнь1х наблюдений при
следуюшая:
косвеннь1х и3мерениях
3|
устанавливают отсутствие корРеля|ц,1оннь!х связей мех<ду кат<дой
парой аргументов;
опредедяют результат косвенного измерения
п!
!м= !=\
?'Б;1;'
гпе },
_
постояннь|е коэффи:щенть| пРи д(|ннь|х измерекиях; х,
тать| измерения аРгументов;
-
резуль-
определяют оценку €1(Ф погретшности Результата косвенного изме-
рения:
о* @м)
о*
=
2
(х')
;
определяют оценку неисключенной систематической составляющей
погре1пности результата косвенного измерения; обьтчно принимают' что
неисключеннь!е системап,1ческие погре|цносп,1 к{|)кдого аРгу]у1ента распределень| по р!}вномерному з{1кону' как показано в (1.4) :
-
0 _ ]у1',
где 0, _ доверительнь|е
{_-
границь1 неисключеннь|х систематических погре1цностей аРгументов' вь11иопеннь!е для одинаковь1х вероятностеи;
опРеделяют доверительньте границьт общей погре1||ности результата
косвенного измерения А = Ё'о\, гАе &, _ коэффитщент распределения
и неискпк)ченной систематической погре!|]носш{
компози|ц{и слрйной
рзультата косвенного и3мерения при зад{|нной доверитепьной вероятноспл (знанения &. могут бьтть опредепень[ из литературьт);
о3=
о*' (ум)
+ 02
; х|(ъ),...,х,*(Ё)1=
#',',?т1'у!,..., )'|,
т. е. '2',''?=
когда обрашаются в нуль все
по искомь|м величинам:
измере:птй осуществляется на основе ре|цения системь| уравнег*:й (2.1)
(з.6)
Р'= (/т,!э, ...,
х||) , '.., *#)) =0 у! =7,2, '..,п
!';
'
т. е. достаточно иметь п у;авнет*хй по числу определяемьр( искомь1х вет!||чу|| у! (, = 1, 2, ...,п). 8 этом слу{ае результат измерегш,тй и доверительнь:й интерв!ш1 погре1шкостей можно опредепить методами обработки резупьтатов косвеннь1х измерений.
уп с
Фдтико в действ:тгельности пРоизводят число наблюдеппй п
целью повь[|дения то1[ности измерегп:й' 3 сипу на!ту!ч!4я слутайнь:х о:цибок
пРи опРеделении велит{и}| у| т1Ра3ая' 'часть (3.6) не обращается в нуль ни
щ)и каких значениях искомь1х воли!и1{. 11оэтому (3.6) не имеет ре|цезадача здесь оводится к нану|я п |{азь|вается условнь]м. €ледоватепьно,
хохдению оценок искомьп( величин, предсп}вляющ:лс собой \1аи!|у|!!!!4е
приближения к истиннь|м зн|}чениям.
€истема уравнений (3.6) штожет бь:ть предст:влена в виде
)
*(&)
* €!'=
Рк (!|, у:,..., !$;. х|(ь),...,,
0,
!с
=1,2, .'., п1,
1т|п,
(3э)
частнь|е производнь|е функции (3.7)
('-:-р с,' -'0'
0
0у* *=1 &
1ал&м образом, получаем систему п уравнел*тй, которая мо:кет бь:ть
относительно оценок искомь|х величин.
[1ример. Асследуется температуРг{!ш| зависимость сопротивдения ма_
тери:}ла элемента схемь1 с цедью введения темпеРатурной компенсации
в (А' 3ксперимент!}пьнь|ми исследованиями полг]ень1 даннь|е, сведеннь|е в табл. 3.1. Результать: экспеРимента пРедставлень| на рис.3.6.8ос_
пользуемся известной зависимостью сопротивлени'{ от температурьт (см.
ре11]ена
гл.2):
*г =Р' (1
+
а[
+
р|2)
[аблица3.1
'
Результать: 3кспериментальнь!х исследований :шунта
|зь2|
3.4есь &" = 1, еспи неисключеннь|е систематические погРе|дности пРедст{шлень1 граничнь|м значением р{1вномеРного 3акона распределения.
€овокупть:й и совмесш{ь:й видь: измерения. Рештиза:цдя этих видов
32
где ,/1 ) п, так как число уравнетпай в системе вьлбирается боль:ше, нем
число определяемь1х /'.
3десь .г{ + ),; - оце!{кц определяе&1ь1х величин', х1 +.т} * оценки
измеряемь|х велцчин после соответствующей статист|г!еской обработки;
€ - невязка (остатонная г!огре1цность условнь|х уравнетпай).
Ёайти оценки истиннь|х значений определяемь!х величин можно по
метод/ к!имень1ших квадратов' г|ри котором доб:ваются условия
Ёомер опьлта
[1ара-
метрь|
/;.
Ё''
10
'€
9м
+1,1
+9,6
1'0
1,06
гтли обознацдв
полу{им
&г
=Р'
+
+20,1 +29,5
1,09 1,11
+40,5
+49,1
\,17
1,25
Ё6с =€т || Ро9 =€э,
с|[
+
Р
указанной зависимости.
8
соответствии
10
)
1'[&;
с методом
_&' - €т|; _ с'|?
-
1431
1,53
)
|,
)
н{|и_
/,0
]
2
=гп!п
-
'
Р1сходя из этого условия, дафферешдируя эту функтщю по Р6,
2
+89,9
[
/,+
€ едоватепьно, необходимо оп_
л
ределить параметрь1 .&о, 6' !а €э
мень!||их квадратов
\,34 1,41 1,48
ё,0м
|,б
с2|2
+58,5 +70,5 +19,8
20 40
0
б0
00 [,гра0
Рис. 3.6. 9кспериментальная зависимость
(т)
п.
'=!
33
а
попуштм систему из
уравнегп+й:
%6' ' ф *€т|!_€2!!
_2{
=0; )
[Р;-*'
затем
_
\||\\4
2
тРех
,
т10
[&; _
&'
_ €т|'
- сэс|!
:!'',: л.
1о_
.1
1Ёг]1
Ретшив
значения:
,&6 =
эц
ности |-го звена на
!
[|ри
!
}
|
1,031; €1 = 2,523 ' 10-'; €а =3,7\3 ' 10-5; а=€1| Р1
+
3,'713
' !0-5 |2
,?'=
1,031
$ 3.3. €уммирование
.
,
+ 3,6' 10-5*2)
а1{а!!т^зе
,-=
.
€[4 воздикает задача ср!миРов|1ния
значе!|ие.
Фсновной задачей госудаРственной системь: о6еспечения ед1{нства
измерегпай в стРане является установпение такого уровня измере:п:й,
при котором п0гРе!цность бупет известна с заданной веРоятностью. €ледовательно' основнь1ми должнь| бь:ть вероятностнь1е метРологические
хаРактеристики средств измере:п:й' в частности математическое ож1{да.
ние систематической сост!вляющей погреш:ност1| и ((Ф слрйной. 8о
значение
измеряемой
|$о!
+
22
о-о,
о! имеем
Ё-,,
Ёсли ряд погРе1шностей одного или нескольких звеньев вь|зь|вается
>ке общей пришаной, в результате чего они оказь|ваются доста'
одной и той
всех существуюцц{х ста!цаРтах при Ре|дении задач сумгу1иРования погре1ц_
ностей за основу пРинят вероятностнь!й подход, обеспецаваюццай возможность опРеделе$'\я интеРв:шов, внугри котоРь1х с задатп*ой вероятностью
ист}{нное
погре:шпостей, распреде-
где Ё,; _ коэффи:щенткорреля1ц{и ме}(д/ спунайньтми величик!ми с индексамух''в и |. 3нак 3 # | ознанает суммирование всех возмо)кнь|х парнь|х
ве]!ит|ин' имеющих корреля|ц{онную связь (прп * = 1 значетпде о' 1входят
алгебраинеску|, лр\][ * =0 _ геомещивески) .
3 совремепгтьтх €}|, к||к уже указь1вапось, общее число пош1е'(а|1шх
суммиров:|нию погре!цностой мотсет достигать 2о _ 5о' 8 этих условиях
точгь:й у{ет всех возможнь1х корреляционнь|х связей весьма сложен.
[1ри этом часто нет необход:дмости определять ср{марную погРе[пнооть
каждого звена в отдельности' определению под'|ежит общая погре1цность
€[4 в целом. Б данном слу{ае все 50 сост:шляюшщх могут суммиРоваться
1|езависимо от того' какому из звеньев огпд обязань[ своим происхо)кдением. |!оэтому используется следуюшщй упрощеннь:й подход к опРеделению вз:!имной корреляции погрепшностей.
прои3ведено по определенному правилу. €овремен:ъте (А состоят из
10 _ 15 узлов' поэтому общее !иФ1о сост'[вляющих погРе1цностей может
ср!миров!}ния в этом
бь:ть равно 50 и 6олее. €педовательно''пР:|ви]1о
наход{тся
слщйной составляющей
||ри этоц дл:я'-Р9:]цдщР!,рщ9го значения
погре1шностей. Резульп:р}ющая погрейность €}1 скпадь:ваетоя из бопь:л:ого
!исла отдель[{ь1х сост:вляющих и поэтому суммиРование их должно бь:ть
случае приобретает п€Рвостепенное
6".
сушлпгировйпшт
между собой.
погрещностей средств измфения
[1ри метрологическом
пап,
становится весьма трупоемкой. [1оэтому стРемятся оценить сут||маРну|о
слрайную погре1шность болое пРость1м гутем' пРинимая во внимание
особенносшс ср[миРования слунйньпх сост!вляющих _ разделение ее
на а/ц1итивнь]е и мульп{пликативнь!е, а также исходя из сведетпдй о степени их коРРелированности ме}(ду собой.
, Адд:ттивная || мультп[[лцкат'1вяая составпяюш{ие слунайной погР|шности сумм\1ру1отся отдельно. 8 этом слг{ае су!{мирование пРовод4тся
по всем €|,1 и ушлть|ваются сведения о степени их коРр]|иРованности
у|ли
(!+2,ц6 '10-зг
6
леннь[х по разлшчнь!м закон!|1!!' необходрлмо опРделение их компози:цй,
т. е. суммарного закона. [1ри'п:спе составпяющих более 3 _ 4 эта задача
систему относительно ]?9, 61 и €2, оп|е[е]1им их чисповь|е
[аким образом,
&, = 1 р3! + 2,52з. 10-3 г
^[уу|-
относитсльная погре1цность €}1; 6, _ относительн!!я
гАе
погрейность |_го звена; с, _ коффи1ц{ент влияния относительной погре:ш-
-\
€"{с1={с.?Р,')
'1, 1 , |
'|
сиотематических составля!оцц{х погре:::ностей си
6" _ суммарк!я
'10^+ '10-'10^
+с'
Ё}1
'1-,
€уш:мировагг:е
с!= о
с,*с'1,+ с,\,0с] = 9{л,;
л'*
тивнь1е погР1цносш|.
вь|полняется по формуте
6" = 61с1 * 6.2а2 + ...+
!0 э2[!=2Р,;
-!-0"| !0-1'
10*'+€'2[,+€
! '
1
+
ческие и слувайгь:е погРе1||ности и отдельн0 муль1и[1ликативнь!е
то1|но сильно коррелиРованнь1ми' то коэффитцент их взаимной коРроля'
ции пРинимают рав1|ь|м + 1 или _ 1.
Бсли же погре[цность вь1зь|вается притинами' не имеюцими между
собой явной съязп, то их коРреляцию пРинимают равной 0. [1ри этом
вели1инь|.
Б настоящее вРемя в соответствии с [Ф€1 8.009_84 ''Ёорттшаруемь:е
метропогические хаРактеРист*1ки средств измере:штй'' все погре1|]ности
пРомеж).точнь|е значения коэффи:щента коррляции
зуются.
суммируются следующим образом: отдельно ср!миРуются системати'
в
Расчет.е не исполь-
1аким образом, ш[я суммирования погре1цностей прежАе всего ня|о
з4
35
!
в)
вь[делить гРщпь: погре1шностей, сильно коррелированнь|х между собой.
3спедствие такой взаимной корреля\7ц14 14 общей причинь1' вьтзьтвающей
все эп| погре|шносш{' внутри каждой из групп погРе1|!ности должнь1 скпадь|ваться алгебраинески с учетом их 3наков.
Результирующие погре!цности' полг{е|!нь|е после суммиРования в
каждой из гРщп' уже не имеют между собой заметнь|х коРРеляционнь|х
связей и должнь1 Рассматриваться как сташ.!стически независимь:е. [1оэто_
му нез!висимо от того' являются лу\ эт|{ погре1||ности в обь:штом смь|спе
систематическшми итти слуайтль|ми' они должнь] складь|ваться по прави_
распределения суммарной слщайной погРе1цности;
г) определяются гРаниць|' в котоРь1х с довеРительной вероятностью
( ( &.)
Ах данного конкретно-
нахо.4ятся значения охшибки
.т
р (- Ах"
го €[4 на основе следующего неРавенства:
лам ср!миРования слрайньтх погретшностей.
[1ри раснетах обь:нно, еслп !с,, > о1, то *,, принимают равньтм | и
о> опРеделяе-тся как алгебраивес*1я сумма; ес#* !с', 19,7, то &', пРитпамается равной 3 и о, опредепяется геометрически.
3десь следует отмеш,!ть' что при суммиров:|нтшт слуайнь!х независи_
мь|х погре!|]ностей различнь1х звеньев €й
определение ср!марной погре:пности можно упростить, если пренебречь погре|цностями' имеющими маль|е
значения. 3то осушествляется по критерию гшчтохстой погретшносша. Рас-
м |Ах]
=,1
о| > о|
[1риняв 62=Фт
'
$ 3.4. ]1/!етрологические характеристики
и классь| точности средств измерений
о".1огАа
€редства измерегптй обладают рядом обшщх свойств, необход:амь:х
дл|я вь!полнения шх футп<шионирования. }ехтические хаР:|ктеРистики'
опись[ваюцц,|е эти свойства и оказь]в:1ющие влияние на резу1ьтать| и на
о'.
погре[|1ности изг:ерен:й, назь1ваются метролое1/.|ескшл'ц. [1ереиень ва:ютей|цих из них регл:|ментируется гост 8.0о9_72 "[си" Ёормируемь|е метро-
полг{им
о: < т/7!3з о| 3
логические хаРактеристики средств лвмеренй''"
Фдной из основнь1х метрологических характеРистик измеРительнь|х
прео6разователей явпяется статическая хар:|ктеристика преобразова:пая
0,3оп
?аким образом, если одна из составляющих с'учайнь|х погре1||ностей
втРое мень|ше' чем друтая, то мень|шую можно отбросить. 3то уравнение.
является критерием ничто;сттой погре1ш}{ости. Фтсюда вь]текает известное
пр:}вило' что т|Ри поверке средств измерения образшовьлй прибор до]ркен
иметь погре1шность не менее чем в три раза мень1цую по сравнению с пове_
ряемь|м,, |руппа погре1|]ностей отбрасьтвается'есл!4 их сумту|а мень|!]е одной
/
параметра
формативного паРаметра х входного су|[на!1а.
у1л\4
у
характеристика нормируется путем задапия в форме
графика
или таблиць1 некотоРой номинагтьной отатической
уравнения'
характеристики' которая официально пРит1ись1вается данному измеРитепьному преобразователю прц номин!цтьнь|х значения)( неинформатив€ташдческая
1аким образом, порядок суммиров:1ния погРе1||ностей спедуюшщй:
а) осуществпяется подготовка к суммированию' при этом погре1дности подразделяют на систематические и слунйньте составляюц{]1€, 3АА]{тивнь!е и мульти|1ликативнь|0; цля слунайной составляющей погре|!]ности
находят математическое о}(идание, (1{Ф и закон распределения; опреде-
нь1х параметров входного сигнала.
Бажной хаРактерисп.1кой цп<альтъ!х измеРительть:х приборов явпя_
ется цена депе'т!4я' т. е. то изменение измеряемой ве]]и!инь1, котоРому
соответствует пеРемещение указателя на одцо деление |пкш]ь]. у
'ц{фровь:х приборов |шка'|ьт в явном виде нет' у| !!\1 |{'цх вместо цень| допения
ляют корРеляционнь1е связи между составляюш]1.1ми погРе1цности;
б) осуществляется
граду'\ровоштой хаРак= !(у) информап:вного
вь]ходного сигнала измеРитепьного преобразоватепя от ин-
(назъ:ваемая иногда функ:цаей преобразоватп'тя
териспткой). Фна устан!шливает зависимо!ть
трег}1 мак симал:ьной т|огре|шности,
всего устройства в целом;
(
пенв [1.4].
.
|0,о5
|Ах]1 + &о (Ах)
(
Разделишт последнее р[1венство на неР{венс1во и полг{им
о2+
( Ах{ м
/ь4 [Ах], о(Ах), где & _ коэффициент' опРеделяемь:й довевероятностью
и видом ср|марного закона РаспР0деления.
рительной
1ак' если закон распредепения нормальньтй, а р (- А.х" Ах { Ах") =
= 0,95, 16 Ё =2' 11ля законов' блпдзких к [{орм{шьному' тРеугольному' траАх { Ах")1 пРивепеце|{дальному, график з!висимосп,1 тс =[ Р(_ Ах"
где пРинято о, } о2'
[1о кршгерию ничтожной погре:':штоё||! б2 можно пренебрень по отно!]]е-
о'т-,1
_ *о (Ах)
пРи зад:шньтх
смотрим о'р]1яслуая двух суммируемь|х спагаемьтх [1.4]
/т_--то'=х/о| + о; ,
нию к о|'еслп о, {0,05
осуществпяется суммирование слщайньтх составляющих погРе|ш-
ности всего устройства в целом' при зтом суммируют все математические
ожидания слунайньтх погре1дностей и попренную сумму математического
о)о1дания складь1вают с систематической погРе1шностью (рассматривая
поспеднюю как слрайную погре1пность) и тем самь|м полг|ают сиотемати_
ческую сост:вляющую срлмарной погре|шности средства измерекия;
н;ходят значе1!ие €(Ф слунйной составляющей погре:1]ности и з:1кон
суммирование систематических погрегшностей
указь1вается цена еш{киць1 |\4лад|1тего Разряда 1испа в показании прибора.
|1огретшности €|4 подразделяют на статические' имеюшп!е место при
з6
5!
!
и3меРении постояннь|х вели1|ин после з:вер|шения переходнь1х процессов
в элементах прибоРов и преобршователой' у\ ду|нам!,\ческие' появляющиеся. т1р|]', измер€нии переменнь1х вели1ин и обусловленнь[е инеР|щоннь!ми
свойствами си.
€истематические погре[цности н!ш(одят |1Р!1 проверке п аттестьц4у{
образцовьтх €}1, например измерение н:!перед заданньп( значегпай измеряемой велич:л:ь| в нескольких точках 1||к:шь|. Б результате стРоят кривую
ипи составляют таблищг поще|пностей, которая используется д'|я определения поправок. [1оправка в каждой точке |дк:|пь! численно Р:вна с|{стемашдческой погре|цности и обратна ей по згику' поэтому пРи определении
действительного значения измеряемой величинь| поправку следует прибавить к показшп:ю €}1.
Аинамические погРе|пносшл обусловле}ъ1 инерцио[{нь1ми свойстваттшд
|А уц появляются при измерении переменгь|х во времени велп'лхн (2.4) '
1игптчнь:м случаем яъляется измерение с региста|ще1т сит!та;та, измешяющегося со временем.
.[ля краткости здесь и в последующем будем назь|вать х([) входлъхм,
а у(с) вьтхо,цнь|м сигналами..['опустит"л, х(с) 14 у(|) * сигн!шь! на входе и
на вь|ходе €|,1 с чувствительностью 1(, тогда д}|намическая погре|цность
ё(т) = у(с)|к _ х(|)
(3.8)
.
!ля (А, являющихся линейнь:т'шд динамическими системату1и с сосРедоточеннь1ми' постояннь1ми во вРемени параметрами, наиболее общая харак-
терис1ика динам|д!еских свойств
_
шсфферешщ'шьное ур:внение.
3
этомт
спучае имеет место п:плейное уравнение с постояннь|ми коэффи:щентами:
п
5
,{'
'.'
а,у(')111 = $' 6.у(1)
]4!
17; ,
,!
н!стей'уравнения' пРичем п} тп.
[иффере:шщапьное уравнение я3ляется метрологической характеристпкой (|А, поскольку позволяет при известном сигн!ше на входе х(с ) тлйп! вь!ход}{ой сигншл у(|) ц после подставнокй их в вь1р:ркение (3.8) вь:т!ислить щ{нами(!ескую погре|дность.
норм\|роьан'1я динамичоских свойств €]4 часто указь]вают на
само лиффеРенщ!штьное уравнение' а дРугие производ}|ь|е от него Р1на-
.[дя
!у1ические характеристики
н:!ходят' например' экспериментальнь|м гу-
тем. €юда относятся пеРедаточная функция, ам|!л|4тудная и фазовая
и
нас-
импульсная пеРеходнь|е функ:цпл.
явпяется кпасс точности' опРеделяемь:й пределами допускаемьп( основньп( и дополнительнь|х погРе!пностей, а также РяАом дргих свойств, впияюц.п{х на то![ность оо)дцествляемь1х с их помощью измерений. (лассь: точности регл||}1е!{тируются
ста!щартами на (|4 с исполь3ованием метрологических хар!1ктеристик
тот|{ь[е характеРисп{ки' переходная
Фбобщенной хаР11ктершстикой €[
и споообов их нормиРования' излохеннь1х Ра|!ее.
€пособь: установпения классов точности изложень1 в |Ф€1
''|€|4. [0:ассь| точности средств измеРения. Фбццде требовшпая''.
38
8.401_80
либо
в виде
А=!а
од}|о!шегптой
могуг
зада_
формуль:
'
либо в виде дву1ш1етптой формуть:
А
где
= * (а +бх)
А их
,
в
пРедставпяется од1|овРеменно либо
|{ли воспроизводтмой
мерой
вели!инь|'
либо
е4{ницах измеряемой
в депения)(
!||каль|'измери-
тепьного приФра; а п 6 _ положительнь|е числа' не зависяцие от х.
Более прАпочп|тепьнь|м является задание пРеделов дотускаемьт:(
погРе!пностей в форме приведенной и]1и относительной погРе1шносп{.
[1редель: допускаемой пр:веденной о сновной поще1||ности нормиРуют
в виде однонле:гпой формуль:
(3.')
6=А/х*=!'2:
где !исло а вьтбирают из ряда э =| '10и; 1,5 '|0п;
10п; 6 . 1оп (п = |; 0; _1; _2нт.д.)3
4 '\0п; 5 .
2'|0п; 2,5'\0п1'
хн_
ноРт\ш{Рующее
значение.
[1редоль: догускаемой относительной основной погре:ш[!ости могуг
нормироваться либо од:тощ:енной формулой
(3.10)
6=А|х=!4,
либо дву'ленной формулой
6 = А|х= 1
п|
где у(1) (с) п х(!) |с) -;+ и7е производ}ь|9ы(одногоивь|ходногосигналов;
а' |а Б, _ постоян|{ь1е коэффицие|'ть|; п || ,п _ поРядок левой и правой
|
[1репельл допускаемой абсолютной основной погре1|:ности
ваться
[с
+6(\х'|х! _
1)
].
(3.1 1)
где х'_ _ конечное значение д|!апазона измеретптй ипи д}|апазона з|!аче'
ний в6спроизвош:мой многозначной мерой вели1[инь[; 4, с п ё _ постоян'
нь1е чиола' которь1е вь:бирают из того хе ряда' что и число 2.
8 настоящое время сущоствует три способа ноРмиРования ос:товной
погрепшнооти €[4:
нормирование заданием пределов допускаемой основной абсолютной
приведенной + 6 погрепшнос1}1' постояннь|х во всем д}1апа3оне
* А или
измерения или преобразов:|ния;
ноРмирование заданием пределов допускаемой основной абсолютной
:ш:и относительной 1 6 погРе|шносш{ в функ:щи изгтеряемой вели|инь1
по (3.9) или (3.11);
нормиРование заданием постош|нь1х пРеделов допускаемой основной
погре]цност}|' Разпичнь|х д'1я всего [ц{|шазона измеРения и одного и]]и
нескольк}|х нормиРованнь1х )дастков или Раз'!ичнь|х д]|я разнь|х д{а||азо'
+
А
нов изм ерени
я
(д;уя многощедельньтх
приборов )
.
измерений, предель| допуокаемой основной погРе1||носп{
котоРь!х зад:}ются относительной погрепшность1о по од:лочленной формуле
(з.10) щисв'ивают кпассь| точности' вь:6ираемь:е ,4'з Ряда ч1соп 2 у1 Рав'
'
нь[е соответствующим предеп||м в процентах. 1ак, щ:я сРедства измерегшй
€редства
с
6. =
0,002 кпасс то1!носпд обозначают
0,2.
з9
Бсли пРедель! допускаемой основной относительной погре:шности
вь|Ра>каются двучленной формтулой (3.11)' то класс то1[ности обозначается как с'| ё,гдеч'|слас и / вьтбирают из того же ряда' чтоу1 2'но за||ись|вают
в процент:1х. 1ак, €|4 класса точности 0'02/0,01 хаРактеризуется пределами допускаемой основной относительной погретшности (%) :
6=* [0,0002+0,0001 (1х'|х! -1)] =*
[0,02
+8,61(\х'|х!
-:)]
.
(пассьт точности (А, цтя котоРь!х предель| допускаемой основной
приведе;плой погре!дности нормиРуются по (3.9), о6означаются одной
:лифрой, вьтбираемой из ряда д]|я чисел 2 и вь|Р:'кенной в процеггах. всли,
шапРимер' 6 = + 0005 = ! о,5 %, то к|[асс то1|ности обозначают как 0,5
(без крркка), если ноРмиРующее значение вь!р:гкается в единицах вход_
ной или вь:ходной вепи1шнь|' или как 0,5, если нормирующее
значение
пРинято р!1внь|м длине всей |1|капь1 и]!и рл|тне какого_либо ее интеРв:ша.
(лассьт точности о6означа"тот римскими цифраттшд или букваму| лату1нского аллфав|тта !ля €}1, предель] догускаемой погрешлности которь1х
в форме графиков, таблиц или сложнь|х функций, измеряе_
воспРоизводимой величинь:. ( буквам при этом допускается
присоединять и1цексь| в виде арабской :{ифрьт. 1[ем меньтше предель| допускаемой погре!шности, тем 6лиже к нач:шу алфавита должна бь:ть бук_
ва и тем мень|ше
такого обозначения класса точности
задаются
мой
утутут
является его чисто'Р'фра.Ёедостатком
условнь|й характер'
Бо про сьо
0ля
салсо ко нтрол
я
как используется доверительнь1й интервал погретшности?
!(акие способьт умень1шения (исклюнения) систематических
1. !(огда и
2.
и
слуиайнь:х
составляюшд}ц пофе|дностей вь: знаете?
3. 1(акова методика обработкй многократнь|х
наблтодений при прямьп<, кос_
веннь1х и совокупнь|х измерениях?
4. 8 каких Ф1учаях Ф1едует учесть корреляционнь]е свяэ}1 пру1 суммировании
поще:шностей средств измерения?
5' Б чем сущносгьдинамической потре1],ности средс|в измерений?
.
6.
ц|то
точности?
такое классь| точности Федств измчетлтй' и как нормируются клаось1 .
Р
Азд е
л 2.измвРитБльнь|Ё сигнАль|
их пРвоБРАзовАния
гл Ав
А
4. измвРитвльнь|Ё
и
сигнАль]
$ 4.1. Фсновнь!е видь! моделей сигналов
€игнал представляот собой физивеский пРоцесс' отРФка|о|ций состоя'
н|[е некоторой системь|. в измерительной технике разпичают два типа
оигн:шов: обРазцовь1е и измеРитель'ъ1е [1.2, 1.4] .
Фбразцовьсми назь|ва1от сигнапь1' хаРактерисп'1ки котоРь|х :!приор'
но известнь:. Фбразцовь|е сигнапь1 фортпшаруются с помощью обРазцовь'(
мер и лщфроаналоговь1х преобразователей. Фбразцовь|е сигнапь| позволяют_полу[п{т; информа:ию о характеРист}|к'ш( изу{ае\4ь!х (А; в этом случае
на вход €}! воздействуют соответствуюш|}1ми обРазцовь]ми су1т*!алау|'1,
а измерению под!еРгают сигн:шь] на вь1ходе' отРФк1||оцще свойства изу_
чаемого объекта.
|1змчштепьнь'е оц[на!\ь! в отли(ие ,от образцовь]х характеризуются
апРиор}{ой неопРеделенностью значений некотоРьп( своих параметРов.
8сли межщг пар:!метрами сигн:ша и измеряемой вепищ.{ной, характеризующей состоян!4е ||л'1 свойства изг|аемого объекта, существует известная
при
фу:п<ционш:ьная связь; то этот параметр назь1в,[ют инфоРмат11в!ъ|м.
к
неинфор'
относится
параметР
такой
связи
фулкциональной
'тсу'ств:"а
мативнь|м. бштн и тот же пар:1метр с'1[1\^т!а может с]штаться какинфоРма'
тивнь|м' так и неинформативнь|м в зависимосп| от того' какая физическая величина цзмеР яет ся.
€игналь: на вь[ходе €}1 назьтвают вь1ходнь|ми' €игнш!ьп, дейс'!вуюцие на вход.ш( €14, назьтвают входнь1ми измеРитепьнь1м}{ сигн:|'пами. информативнь:е пар'1метрь| входнь]х измерительнь0( сигн:шов функцио'
напьно свя3ань! с измеряемь|ми вели1мнами. 14нформативнь[е паРаметс инфоРмативнь|ми пара'
Рь1 вь1ходнь1х сигн!шов фу:п<:щонш:ьно связ:|нь|
метрами входнь|х измерительнь|х сигналов.
[1ри классификатщи сигнапов ут!ить1вается пРежде всего их принад'
к основнь]м видам физинеских процессов: механических' элект'
Рических и м!шнитнь1х' тепповь|х' акуст}1ческих' световь|х. в зависимости от хар:1ктера изменения во времени и в простр:1нстве различают пос'
лежность
тояннь[о и переменнь|е сигн.шь|.
1,1змерительнь]е сигнапь|' предст:вленнь|е физинескиттшт прцессами'
закон изменения которь]х во времени и в простРанстве носит непРерь|в_
нь|й хаРактеР' назь]вают непрерь1внь|ми ипи ан!шоговь|ми. в отли|п'1е от
непРерь|внь]х областью определения характеристик д,|скретнь|х сигн:1лов
является мцожество определеннь]х моментов вРеп4ени или опРеделеннь]х
точек прстРанства.
предст.шления процессов разли|{ной физинеской приРодь| исполь'
зуют общие математические модели' о|1ись!ваемьте функциями вида
!ля
;|
4[
х = Р([,2, Ф, .'.,А, в, с, ...)
'
_
где х
информативнь]й параметР сигн:!па; [, 2, Ф _независимь|е аРгументь1 (текущее время' координата точки в пространстве' частота) ; А' в'
6 - параметРь| сигн:ша.
8ь:бор той |ш|и иной модепи опРедепяется пРи пост!|новке задачи изу-
чения конкретной физической системь1. в 6опьцпднстве случаев используются модели сигнапов' з{}висящие от одного нез:висимого аРгр!ента'
котоРь|м яъляются' текущее вРемя' кооРщ{к1та точки' частота.
}1спользуемь[е пРи Ре[||ении задач измерения модепи сигналов должнь! в наиболь:цей степени отра)кать су.щественньте свойства изучаемь!х
щоцессов. [{еадекватность модели' опиоь|вающей некотоРьпй измеритель-
ньтй сигнал' Реапь[|ому физияескому пРоцессу обусловливает возникновение спетщфинеской погреппности. Фдг:ако модель сигн1ша должна
бь:ть по возможности простой, содер)|(ать минимапьно необходамое р;я
адекватного о|]'[са'{]^я су1гна!|а количество цез:висимь|х аРгр!ентов и
параметров.
Реальньте измеРительнь|е сигн:шь| всегда наблюдаются в условиях
воздействия помех' т. е. пРедставляют собой реализа|ц{и спучайного процесса.
Фднако
в
зна||ительном
!исле
слг{аев
в
моделях
измер}|тельньр(
сигн:шов не отР!}кастся нш1и!ие слщйной компо|{е}|ть1 в изщаемом физи-
ческом щоцессе. 1акие модели пРи нш1и|!ии информации о значения)(
паРаметровназь|вают ёетчмшншрованнь''!ц.,[етермитп.трованнь|е моде-
используются в основном ]ти[1ь д'1я о!1исания образцовь:х сигнапов'
!(вазш0етцмцнцрованной назьтвают модель' в которой значения одного и]1и |{ескольких параметров апРиорно неизвостнь]. 1(вазидетерг"л,тнирован[|ь|е модели используются р|!я пРедст!шления измеРительнь|х
сигн!шов' в котоРь[х влиянием слрайной (шумовой) компонентьг мо>:с:о
пренебревь. [1римером испольк)вания кваз|щетерминиРова:*той модели
может служить о[1ис:|ние измеРительного сигнапа в виде гаРмопического
коле6аяия с извесптой настотой, ||о не известной амгш:итупой.
8 отличие от квазидетерминиРов:1нной п:одели, позволяющей описать
,ти
3акон изменения измеРитольного сигнапа с точностью до неизвестного}
сигн:ша используют д'|я предст!|вления
паРаметРа' модель слрайтого
физлвеских щоцессов' закон изменения которь1х во вРемени ипи в пРостРанстве носит случайпьтй характер. йодель такого с}1тна!!а щедставляет
собой отшсание статистш|еских хаРактоР|{сп{к слрайного процесса путем
зад:|ния ппотносш1 распРеделе1!ия веРояп{ости, коррелятццонной функ:цш:;
спект!шьной гшлотносп; энергии и др.
$ 4.2. Форшь| сигналов и их характор]'стик]|
8 измерительной тех:пдке используются Разпи1!нь|с преобразовштия,
в том !!исле и т1}кие' котоРь|е осуществляют кв:!нтов!|ние и д}1скРеп.1за|щю значе|!ий сигнш:ов и их паРаметРов.
[|роцесс квантов:}ния свод}'тся к пРедст:влетпдю фсконе1!ного
42
|}{но-
жества знанетплй, котоРое может
прпнимать непРерь|вн:ш! физинеская
вепичина с помощью огР:}|{иченного
а]
х
множества допуст|1мь1х значетптй.
[{вантованнь'м сцеш'лои назь!вается
физинеский процесс' основная ха'
рактеристика которого может пРи'
нимать только кв!штованнь1е 3наче'
нтця. \\а рпс. 4.|, с приведен исход_
нь:й непрерьхвньпй сигнал х = Р(|)
б,
х
и соответствуюцц{й ему ква[ттов:1н'
нь:й сиггил х =Р*"(|) (рпе' 4.1,б) '
!4змеритель'{ь1е сигн.шь|' у которь|х независимая переменная отлич'
на от ну1я только в определеннь|х
точках пРостр|!нства' в определеннь|е моменть1 времени 1|т\'1 пРи
Ф
х
опРеделеннь1х частота)(' назь|ваются д14скРет'13иРованнь1ми. .[дскрети'
бьтть полу'
помощью соответствующей
процедурь| к:|к из исход1|ого непре'
рь1вного Фис. 4.1, в), так и из
кв!штов!]нного сиг!|ала (рис. 4.|, е).
зирвантъ:й сигн:ш мо}кет
с
чен
[1рименяя в опРедепенной ком_
6пнатушт процедурь1 дискРеп'1зации
и квантов:шия' можно из исхош|ой
формьт непРеРь|вного сигнапа по'
лу1|и1ъ тРи производ}!ь|е формь::
непрерь1внь|й по времегпт и кван'
е)
х
0|
Рутс.
4.\. Формьт
измеритель}!ь[х сиг-
н:ш1ов:
сигнал; б _ кванто- д1{скретнь1й сип|ал
из нещерь1вного; а - дискреп{ьй сиг-
4-
непреРь|впьтй
ванньхй сигнал; 6
товангътй по значению информатив'
на.'1 из квантованного
ного [ир1!метРа сигн||ла;
ш{скРеш|зирваятъ:й по времени
шпи частоте с непрерь|вной по значегптю информативного паРамец)а сиг'
нат|а;
д|{скРеп,|зированнь|й по вРемени или частоте с кв:!нтов!!нной по зна'
иегплю информативного параметра сигнапа.
.[дскретнь:й характер изменения независимой переметп:ой }1од9ли
может бь:ть обусповлен самой физинеской природой процесса.
1ак, пз теоРии гаРмонического 1ш!шиза известно' что спектр периошд'
(представляет собой модель с\4сна1!а в частотной области)
ческого
"".'.-'
отличен от нуля пи|дь при определеннь|х значениях частоть|. Фшлако кван'
тованнь|е значения информативного параметра сигнала в виде ионизи'
с14[|\ы1а
рующего |1зт\учену|я связань1 с физинеской природой процесса' представ_
ляющего собой поток дискРтнь|х частиц.
4з
8опросьо 0ля сагпоконтроля
8алсгъдй кпасс сложнь1х ква3идетерминированнь]х сигн!шов представляют период|д!еские сигналь|' математическая . модель которь|х является
пеРиодической фу:п<:щей времегпт х(г) = х(с : *7), где 7 _ пеРиод' & = 1'
1. [1еренислите в!'дьт измерительнь|х сиг1|алов.
2. |(акова обшдая математ[{[!еская модель измерите]ъ[|ого ситтила?
3. ||риведите основнь|е формьл измеритФ]ьнь!х сигна]|ов.
г л А в А 5. квА3идЁтвРминиРовАннь!в
2,3,.'.
||ериодинеские сигн:шь1 могут бьлть предст!шпень| гутем р:вложения
их в ряд Фурье:
сигнАль|
$ 5.1. |!араметрь! квазидет€Рминированнь!х
х(т) =
сигналов
т. е.
14
значе\'14е
- |') -
дельта_функция' приним.ающая значение 6 прп [ # !
'_-..ъ;;;;*#''*#'.
коне!|ность
-поу|[=[
и бес',1
явпяется иде1шиза|$,!ей реш:ьно наблюдаемь|х
импульсов конечной д'1ительности и ам|шитудь|. Бдинственньтм паР:|мет.
ром единичного имтупьса является /"' гказь:вающее его положение ша
оси вРемени.
фитпатньтй имгупьс обпадает следующим]{ математическими
ствами:
[
*х(с)ё(с
_ [л)а[ = х(т")
3то означает' что едигтичньтй импульс о6падает стробирующим дейотвием. Б частности, еслп х(!) - А _ постояннь:й сигн!1л' значение которо-
го равно
'|
,
то из (5.1) слепует:
т. е. |1пощадь ед{ни!{ного имгульса разна ед!|н'4це' что и объясгтяет н!}звание злементарного сигн;]па.
|армогпанеский сигнал о!1ись|вается моделью вида:
+
2{)
+
+со$ (*
*т)1
ЁетруАно убедиться, нто коэффициенть| разложения
Аь=
'/4тф
(5.з)
'
в
(5.2)
и (5'з)
:
9у= а[с!3с*|вь
'
и
Ао=4['х(с)ёс
'
-т12
частотнь|м спектРом' предст:шляюцим собой набор коффициентов
(Аь, 9ь; * = |,2, ...) _а{!1ттпитуд и фаз элементаРнь1х гаРмонических сиг-
н![лов:
9у= агс!$съ|вь,
2т
с|7)ёт
''=
,' = \_'|;'х(с)соз(*
# !'','х(с) з|л(/с 2т с/т)ас
,
.
{астотть:й спектр период{ческого сигн:}па имеет щ:скретнь:й хаРак_
тер (рис. 5.1). в зависимости от ре|цаемой зада,па информапавнь1м в час-
тотной модели периош{ческого сиг[ипа может бь:ть любой из паР:!р1етрв _
гармоник' настота, фаза.
х(щ
9)
и имеет три параметра: а]у11тлитуду.4, настоту сл (или период 7) и нава.ттьную фазу 9.
|армотшлнескцй суттныт ||]иРоко испопьзуется в измерительной технике
рля ана!1цза и синтеза измерительнь]х сигналов
€ложнь:е квазидетеРмикированнь|е сигн{шь| могут бьтть предст!влень]
с помощью элементаРнь|х сигн!шов путем разпожения их в ряд по соответствующим функциям.
44
соз(ь
связань| между собой соотно|шениями
:|м11питудь[
!-аг'-|у|)а[=\,
х(|) =2 соз (о с + 9) =А соэ(2{- с
4э- * Ё_, | .
свой-
(5.1)
.
(5.2)
[1ериодинеские кваз1.1детеРминиРованнь|е сигн!1ль| характеризуются
сРедним зназетлтеуАо:
х=ё([-[
).
'
у1"
где ё(г
_9*),
-!
^
^-1
А.
Ёдигмщльтй импульо описывается математической моделью вида
|'','соз@)|
ряд представлен элементарнь|ми гармо}ическими сигн!шами.
х(с1=
сп\1усо!4да]|ьнь|й с|4гнап.
},|одель постоянного сигн:ша предст:вляется соотно|це1]!лем'х = А,
[Ае А = сопв{. Ё'динственнь|м паР:!метром постоянного сигн:ша $впяется
*
Аругая форма записи ряда Фурье имеет вид
[|ри огисан:са квазидетеРминированнь[х сигн!шов ]'!]иРоко испопьзуют
понятие элем0!{таРного сигпапа. |{ элементаРнь|м от1{осятся: постоянньй
сиг!|:ш' едитп.:ннь:й импульс
+
0
Ф0 2ш0||сл14Ф6
к0)0 Ф
Рис. 5.1. 9астотнь:й спект
др{ческого сиг1{ш|а (&ф
ная частота)
_
перио_
централь_
Рис. 5.2. [1рямоугопьтьле им-
гцльсь|
45
' !!астньпм случаем пеРиош{ческого сигна]|а яъляется периодииеский
импульсньтй сигн!ш1' которь:й во временной обласша |}1ожет 6ь:ть описан
моделью вида:
{з0 _
х(|)=[0
где
з(с)_
Ёсл*т
}1з соотно:ценй (5.4) и (5.5) следует, нто фу:п<:ия х(с) пРедставляет
собой проек1$|ю вектора 11(с) на ось абс:щсс, отнооительно которой от-
."ит,'вае'с'
угол р(с). |(роме того' в точк!}х' где функшия а(с) равнанулю'
имеет место Р:венство:
кт) прп!с71[ <[-+ кт ь=0,1 1, !2...:
прп!с7+['171(*+1)7,
А(с)='171
фугп<:щя, оттись|вающая форму импульса.
з(с) = соп$[, то имеем пос;тедовательность пРямоугольньр( им_
пульсов' которая хар!|ктеризуется тРемя параметра,у'и: ам|1питудой, периоповтоРет*тя 7 и д'|ительностью имгульса [и (рпс,5'2). 1(алсдФтй из
[1етрупно показать' что при э(с) =
венство:
аА([)|а[
до1}1
эт}0( пар:}]!:етРов мох(ет бь:ть инфор!у1ап{внь1м.
.[дя периодических и]у1щ/льснь|х сигн!шов - опРеделяк)т производ:ъгй
параметР * скв:'кность имгульсов 4:
о, =[ |\,,
|с
[1ри аншпизе пеРиод{ческих сигнапов произвольной формь] |||ироко
испопьзуются следу|о|]ще характеристики :
сРеднее. значение (постоянная сост:вляющ.ая) :
,.,
сРедневь1прямленное
=
""р."
де йс тв ую
*
[:*г,:г
х"р',." =
г-т'
'/ +|,*{с)ас
а(с1=
],? п) -
р(с ) = агссуэ(с
)
п0
Ао.,=|сл1
|х(с
),)
(5.5)
[де 7([) _ нов!1я функция, связа|{ная' с функцией.т([),охштсьтъалощейисходнь:й спгнал соотно1шениями в|ца:
,ф
2([)=_*:-}!|ас;
*гс)=
тртя
46
* !*
-з10
47
9(с) +
9.]
.
9ш: соотно:пения назь|ваются преобРазованиями |ильберта, а функ_
э([)_ функ:цдей' сопряженной по |ильберц фугп<:шп х(с).
-сл2!
ёо5Ф2!
'
1
4 9#9,
т. е. Резу1ьп{р1поший сиг||шт
мохно
с!{|{гатъ
}!спользуя отп:сагпълй подход' з:ш1и[цем
(5.4)
']7
+
|А2
при1!ем
а(с) =
"
А(с) =
д1',з1п [о:6г
х(с)=А1со$@1,
торой центршльной частотой &'о полосе частот.
}4атематическ!1я модель подоб:ь:х сигн:шов имеет вид
где
,
3 пракп:ке измере*птй изме}шюцп{хся во вРемени ве]ти|ин встречается
::змеряемьхй сигн!ш' пРедст||вляюццай со6ой сумму двух гаРмонш|ескпх
колеба:пдй с близкими частотами 0)1 |1 Ф2'-
ое значение
.
,
€ едовательно' в точках' в котоРь1х з([) =Ф, кРивь|е А([)у1 х(с)пмеют
л
общие касатепьнь1е.
}1з свойств преобразования [ильберта следует' что в то|!к:п(,тде а(с)
обращается в нуль' фун*щ.' х(с) пртпт*тмает значения, близкше к ам[т]1и_
туд!|ь|м. 1аким образом, футпстия А(с) жляется огибающей бьлстро ос-
то сопря)кенная по |ильбеРц фуюод}1я а(!) пмтеет впд
3 измерительной технике 1|1иРоко используется кпасс сигнапов, котоРь|е хар|!ктеРизуются тем обцим свойством, что все их спектр:шьнь1е
сост:!вляющие группируются в относительно узкой по сР:внению с некох(с1=11'1соз9(г)
.
х(с)= д1'1сов [о;9/ + 9(|)+ 9о]
а'
'
ёх(с)|4т
дополнительно Ра-
х(с )'
Бсли 16;9днь:й сигн:1л записан в форме
значение
щее илд-с'р9д|це.[(ц-адратическ
=
6 имеет место
фллиру''шей фуктцлтт
*о[ х(с)ёс;
=
'
ш'
А1
з!п о.:1/
+
А2
з!п
узкополоснь!м.
сл2[
(5.5), найщем огибаюшую сигнапа:
пРименяя
-А(с1=
|пт+п|1
где* =А2|А1;
=
А*/1 |иБдБ7
Ао.: = (,)э -(')т
,
.
А:*алогично можно найти пол:ую фазу, а затем мгнове|п{ую частоту
и начш1ьную фазу резульп1Рующего колебания.
Рассмотрентъ:й сигнал является пРпмерм так назьваемь|х почт1|
период{ческих сигнапов' т. е. сигн:шов' о6разова:п*ь:х ср!мирв:1нием
независимьо( пеРиод|{ческих процессов. }[астотньй спекщ таких оигнш1ов
является д1скретным' хотя сами сигнш1ьл в общем случао не являются
период]!ческими. [1римеР спектРа почп{ период.|ческого сигнала пРиве'
ден на рис.
5.3.
47
Р:ас. 5.3. €пекщ почти
период!!!!еск]о( сигналов
*(с)=
м
РтА'е'(с)
,
|[е А' _ коэффи:щент ра3ложения'
Рис. 5.4. |!щеходньте
Ф2 !!3
а)|
ФсФ
Ф4
1{азь1ваемьтй
спектром;
9'(с)-
эле'
мента$ньте функтши.
отвечаюц{их
Фбь:чно д'1я разпо'(ения используют систему функ:цдй'
ортогон!шьности:
(с'+['\
усповию
на некотором интервапе времени
не-
период}1ческие ситналь1 и
!!( спектрь1
[р
1,
, |'" р"(с)9-(с)4с=|
|к
'п {п
лрът*# п;
*=|,2,''',['/;
п = 1,2, .'., .
^,|
€истема фщк:шй 9р(|) назьтвается ортонормированной'
удовпетворяет также и уоповию:
если
она
|к
[|, е](с) = \'
оРтого!|:}ль!|ь|х функций' используе|у1ь1х !ля разпожения
сигн!ша в ряд, !{азь|вается обобцден_
квазидетерми||ированного
сложного
нь|м рядом фрье, ] с'''ве'"'ую1цие коэффициенть[ разложения - обоб-
€истема
Ф
,\
спектром Фурье.
Раибопее часто используется раздожение в ряд по системе тригоно'
метрических функ:шй. 8 этом слу{ае ряд Фурье имеет вид, описьтваемьпй
по си_
1:.2). Аругая форма тРигопометРш(|еского ряда фрье - разложение
ще}{нь||}1
'^
стем е к омплек снь|х эк спонен1{|'{альнь|х ф
3 отли.дде от шеРиош{ческих и почти пеРиодических сигн(1пов непеРио_
дические сигнапь! пРедст.шляютоя 1{епРеРь|внь|м спектром. [1римером
таких процессов являются сигналь:, изобрахеннь|е }|а рис,5'4, а, б, в'
8 измерительной технике процессь| типа оР11!очного прямоугольного
имщ/льса' экспоненци{1пьно затухающего колебательного сигнапа встРечаются достато11но часто и потому их Рассмотрение также представляет
интерес. !!астотлътй спектр непеРиодических сигн!шов опись|вается (при
условиях абсолютной интегрируемоспл фу:псцпп х(с) на интервале _ ф <
</<
1
-)
(о)
с помощью интегР:шьного преобразова:пля
=
! -"(с)
е-
!-| а!
Фурье:
}!а
ряда при заданной погре1]]ности представления.
-
Ёепериодинеские квазидетерминированнь|е сигналь1 представляются
с помощью соответствующего интегр!шьного преобразования' базисом
которого могут бьтть указанньте функции' Фбобщенньтй спектр Фурье
.
информаплвнь]х параметров непеРиодических сигн:1пов
вь|ступают ам|ш1итуда
и
непериодических сигн:1пов имеет непРеРьтвнь|й характер'
Ёаряду со спектрапьнь|м подходом к описанию квазидетерминирован-
Рис. 5.4, е, ё, е.
Б качестве
и
д.]1ительность имтульса (рис. 5.4,
постоянная времени затуха$14я (рис. 5.3,
вРемени затуха|{].1я,фаза и частота (5.3, с).
б),
а),
нь|х сигн(шов часто на практике оказь!вается полезной хар(1ктерцстика,
,1ающая представление о некоторь:х свойствах сигна}ла' в частности о скона элементарнь1е состав_
рости изменения во времени' без разложения его
,|яющие. 8 качестве такой характеристики |пироко используется авто_
ам11питуда
амп;тптуда' постоянная
$ 5.2. !\/!атематш.еское описание
корреляционная функти я сц[|\а!\а.
.[дя квазидетерминированнь|х сигн:}лов конечной д,1ительности автокорреляционная
инк:ия определяется следующим соотно1шением :
$
[( (т) = '| !.у(т)х(с _т| с1 т,
,[дя представлепия квазидетерминиРов:1ннь!х сигн1шов 1циРоко ис-
пользуют аппарат разло)кения сложнь1х сигн!шов на ср!му элементар-
ньлх, обладающих известньтшги свойствами
48
ший
в ряд по системе функций }олтша, [аара, Адамара и др. 8ь:бор определенного базиса д]!я разложения некоторого квазидетерми1|ированного сигн'1ла диктуется конкретнь1ми чсобенностями задачи. Фбщим сообрая<е_
нием для вьтбора является минимизация погре1шности. представления
при задан1|ом [|исле 1шенов ряда, ли6о минимизацця количества членов
Амггтитуднь:й спекщ непеРиод.1ческих сигн!1пов (рис' 5.4, а, б, в)
щедставлен
рк
9р(|) = ехр (г' & Фо ,) '
Ёаходят так)ке приме!{ение полиномь! .[!елсандра, 9коби, ряд 1(оте:льникова и АР. 8 цифровой обра6отке сигн([лов используется разложение
*
;
!
(|
4ч
где 7 - временной сдвиг сигн:}ла; к(т) _ характеР}{стика степени связи
чайного процесса явпяется закон РаспРеделения веРоятности мгновенного
значения о:щайной фугп<тцди в опРеделенньтй момепт вРемени. 3начеппля.
котоРь]е могуг принимать отдельнь1е фщк:ши в момент вРемени' соответйую,ий- задагптому сечению случйного пРоцесса -1([), являются
слу{йнь[ми.. €таштспдческие парам0тРь| сечения могут бьтть определе:ь:
по известной плотности РаспРеделения веРоятности эп{х зтаанет*тй р(х).
о6лалает тем свойством' что при люФм нещ)Фь|вном
Функ:щя
форреляции) сигншпа х/ [ ) с его копией, сдвинутой по оси вРемени.
[|ри т = 0 функшия |((т) достигает своего максимума и пРинимает
значение' численно равное энергии сигнала.
€ увелшнегплем т функ:щя ((т) убь:вает (не обязательно монотонно)
и при значении сдвига г' превь!!дающем длительность сигн:ша' обрап1ается
в нуль.
Автокорреляционная функция кваз|цетерми1|ированного сигн!ша свя_
зана со спектРом Р(<о) преобРазованием Фурье:
к(т) =
ш(<о)
=
т+ !
!-1((т)
[|у(о)| !-"ёоэ
е_|Фтё т
/х)
ед1{нице пнтегрыха [ р$)4х
распределепии допжно вь|полняться Р:[венство
грани|{ь| возможнь|х значений
в пРедел!ш( {-{п *}-"х' где лп}1п !! }-"*
л
_
вели1{инь| х'
условие : .2. Р:= 1 , где р ' веРоятность ['го ш)овня
'=\ |1потносш{ вероятности
р(х) позъоляет оценить статиспд!ес'
3адание
пугем усреднения з|!ачений х
сечении
любом
в
сигнапа
параметрь!
кие
(ппли фугпстии от эп{х значений) по :}нсамблю реытпэащтй. [1ри этом могуг
бь:тъ опрАелень| следуюцще паРаметРь[:
сРеднее значение (матемапанеское ожид:1ние, первьтй момент) '
цшей :( (г) пает спектр |1лотности энергии !,| (сл) квазпдетеРми1!иРованно_
го сигнапа' а обратное преобразование позвопяет полу!ить !штокоРРепя_
1шонную функ:щю по известной спектральной гш:относп.: (спектру мощ_
ности).
!,1з приведеннь!х соотногцетпдй вь1текают следующие свойства: чем
спектр сигнала' тем мень||]е время корРелящ1и' т. е. значение сдви_
га т' в предела)( котоРого !втокоРРеля|ц.|онная фу:шстдия отпи|на от нуля;
:втокорРеля|{}{онная функция не зависит от фазовой характерисш{к1{
|шире
м'
о
автокорреля|](ионная функтшя квазидетерминированньц
сигналов?
|(аковьт основнь1е свойства автокорреляционной
рованных сигналов?
|х(с)|
=
$а
[х(с)1
- м1
деления вероятносп{1
функшии квазидетермини_
Ру
1х([)|
[х т (с
'\
,х'
(с
')
, ..',
х,
(гд) 1
.
8 частности, испопьзование двумерной гц|отности Распредепения веРо'
ят}|ости позволяет опРеделить автокоРреляцио!{ную функцию нестац|{о'
наР||ого слрайного гтрцесса :
а! | а [2 ,
(г
к (! |,
2) р' [х(г, ) , х(с
=
г л А в А 6' случАинь]в сигнАль!
[) !- !-*
')7
')х(с
котоРая пРедставляет собой статистически усРедненное пРоизведение
$ 6.1. 6сновнь|е статистические параметрь| слунайнь:х
сигналов
значений х([ ) ъ момент вРемени
[
1
п 12.
ста:щонарного слунайного пРоцесса совместное Распределение
вероятности зависит не от самих значений 11 п 12' а только от их Разнос'
Адя
измерительнь|е сигн1}ль| спедует РаосматРивать как спуайньтй процесс' представляюццдй собой совокупностъ слщйньтх функтщй
вРемени (или коорпинат простРанства). Фсновной характеРисп|кой слу€лунайнь:е
50
;
&пи гш:отность распределе:б1\я вероятности р(х) не зависит от вь1бора
сигн!1п назь1в']ют ста!ц{онар_
''време[п!ого'' се,{е}пп{я, то такой слрйнь:й
нь|м. 3начегпдя математического ожидания п д|1с[1еРсии ста1шонаРного
слрайного су|тны1а не зависят от врем')ки.
!ля определения статистических параметров неста|щонарнь|х слщай_
нь|х сигн:|пов необход11мо использовать мн0гомерную |1потность распре_
я
4.
[
-х2(с)р(х)ах
средний квадРат откпонения (писперсия)
1. .[айте пон'ттие и ука'к!.|те математш!еский свойства един|п!}{ого импу'1ь&|.
2. ||ривелите матем ати[!еское описание период}{ческ|о( сигналов.
3. (акой вид имеет
значение квадРата (второй момент)
м, [х(с)| =
о|1ись|вающая их общие свойства.
сагоо ко нт рол
|х0)1 = [*х({)р(х)6х;
ср€днее
спектРа сигнапа; при одном и том же ам[|литудном спектре и ра3ньп(
формах фазовой хаР1}ктеРист}1ки форт'ьт кваз1цетеРминиРованньр( сиг[|апов с)пцественно отличнь|' поэтому можно сделать вь|вод о том' что
разпи![}!ь|м по форме кваз1{детеРминиРован||ь|м сигн:шам может соответствовать одна и та же автокоРреля{1{онная фукк:щя, математически
я
.
Ёслп х - д|1скретн:1я слуйная вели!|ина' т. е. р1о)кет пРини|9'ать ли1ць
одно из конечного |исла д}|скРетнь1х значений' то должно вь1полняться
.
?аким образом, преобразование Фурье над ;}втокорреля:щонной функ-
8о п ро с ьо ёл
-
х |1'2|
,
тит=|э-|т.
|
3октъ:й класс стационарнь|х слщайнь:х измерительньр( сигн(шов
представляют процессь1' отвечающие условию эргодичнос1и. 3ь:попне;п:е
д:!нного условия позволяет вместо оценки статистических параметРов
слщайлого сигн:ша пугем усреднения по ансамблю Реытизатуицй опРеделять
0тклонения процесса от среднего значения (шентрш:ьгъ|й момент втоРого
порядка). !ля характеРистики степени стап{сп,1ческой связи значетпдй
сигн:ша в разли!нь1е моменть| вРемени используется автокорреля|цонн!!я
фугткщтя, которая для ста]п,1онаРного эргодического сиг1{апа мо>кет бьлть
определена с помощью формуль: (6.1).
3начение :!втокорреля:щонной функшии пРи 7 = 0, как нетрудно убе-
их путем временного усреднения одной Ре{шизации.
.{дя эргортческого слщйного сигн:ша х(с) среднее значение и авто.
корРепяционная футклш.:я могут бьлть опредепень| по одной реа!\14за|]14п;
п1т |х(с)] =
.т
'-*
! х(с)ёт
7--1о
7--|0+ [х(с)(с
((т) =]1гп
8
|1гп
практике
[|14ться'
-т)ёт.
(6.1)
изш:еретпай слщайньтх сигнапов
в
боль:'дпанстве спучаев
к
об их ста:ц,1онарности и эргоди![ности. .[дя корректности применения соответствуюцих методов оценки статистических
}1спользуется допущение
ста]_ц,1онарности' процесса
условия:
ом'/Р!'",1
пРи этом является вь|полнение
слщйного
сигн:!.па используется
1|гп :( (т) = 9.
т+|1ракптнеское применение этого кРитерия сводр|тся
ве}!ства:
((т
' |пах')(
(рпс'6.1,6).
к
:
релированнь:х опщайнь!х сигналов (процесс типа ''белого штума'') кор_
реляционная функ:щя Равна нулю для всех значегп:й т' кРоме т = 0, при
котоРьтх значение функ:ши 1((т) обрашаетоя в бесконе'птость. [одобный
!шр!' имеющий игопьнатую стРуктуру с бесконечно тонкими слунйньгтъша
вьлбросами, иногда назь1вают''депьта-коррелиРованнь|м процессом''.
!дсперсия такого процесса бесконечно вепика. 1акой процесс' очевидно'
является математической идеа.гпдза:щей ре:шьно наблюдаемь1х сигн!шов'
:|втокоРреляционн?!я фугпспия котоРь|х предст!шпяет собой кррой пик
пр!4 т = 0 (рис. 6.\, а)' 3 противопопож!!ость некоРрепированнь1м слщй'
|{ь|м с|!гн!шам' :втокорреля|{|{онная функция узкополоснь1х процессов
||редставляет собой меш|енно затухающую период}1ческую функцию
Ё,
где Ё _ зад:}нное допустимое значение.
3 качестве критерия эргод|1чности
условие:
ункшия)
|{ем медленнее' т1лавнее изменяется во вРемегпт слрйнь:й сигнш:,
тем больпше щ)оме)куток времени т' в предел:ж которого наблюдается
стат}1стпческая связь ме'(ду мгновеннь]ми значениями слрйной фун*ци''.
3то сказь:вается 14 на форме корРеля1ц.!онной функ:щи. 1ак, д/|я некор_
процедуре. .[остатонно д'|инщю Ре:шизацию слулйного процесса разбпвают на 1{' унастков и для к1ркдого участка определя1от сРеднее значение
м |' (' = |, 2, ..., 1{').-3атем по совоку|]ности значений Р1', опрепеляют среднее значение по всей Реытизах\пи 74'", и среднеквадратйтнь:е отклонения
критерием
орр епя|Р1и (нормиров анная ав ток оРРел яционн ая ф
у (т)=к(т)|к(0)
паРаметров необходимо в каждом конкретном слу!ае осуществлять проверку' используя соответствующие критерии.
[1роверка сигнапа на ста|ц|онаРность осуществляется по следующей
м''?! м'"р (,у')'
р1вно сРеднему значению квадрата сигнапа' а д'1я центриров!1}{ного
слщайного пРоцесса (процеоса, предст:|вленного своим откпонением
0т среднего знанения) * его дисперсии.
[1роизводной от автокорреля|{ионной функ:щи статистической характеристикой це||триРованного слщй!|ого сигш!ша $3ляется коэффи:ще:п
,
Форма автокоррепя:щонной
провеРке нера-
функтпаи тесно связ:ша
с энергетическим
р.
|Ё€ ?гпах _ м:1ксим!шьнь:й интерв11л корРеля|'ц.|!4; у _ заданное допусш1мое
значение.
$ 6.2. )(арактеристики Фтутайнь:х сигналов
€пщайньте
измеРитель[|ь1е сигн;шь|
могут характеРизоваться в прос-
тейшем с]]учае заданием своих моментов первого и второго порядка'
которь|е д'|я ста1ц{онарного эргодического слрайного процесса имеют
смь|сп математш{еского о)кидания и сРеднего значения квадРата' определенного по Реализа|щи процесса на и1{тервапе времени (0' т). Бопее
рас_
простанено использование диспеРсии |, огшасьтвающей средтптй квадрат
Рис.
а_
Бид корреляшионной функции :
автокорреляционная функция дельта_коррелированного про-
6. 1.
цесса; б _ автокорреля1\'4ояная
52
|
функция узкополосного сигнала
с1
спектром с'1учайного пРоцесса'
чи[{:|
:штокоРреляционная
Б
соответствии
с
теоРемой 8инера_!,ин_
фугпс:щя слщайного пРоцесса и его спектр'шь_
ная |1лотность энеРгии связань| между собой преобРазованием
ФРье.
1аким образом, к!1к и ш|я детеРминированнь|х сигн!1пов' с)0кению
энеРгетического спектРа прцесса соответствует увеличение времени кор_
Реляции. Аля Рассмотре1|ного слщйного сигн!ша типа 'белого |ш5Ала''
спектР:шьная 11потность энеРгии постоянна на всех частотах от _ ф до
- (рис. 6.2, о)' пРи этом:((т) имеет вид' представленттьлйнарис.6.2, б.
Фднако рассматРивая слщайньтй сигнал' энергетический спектр котоРого
сосредоточен в бесконенно узкой полосе частот (р:пс. 6.2, в), полщип:,
что его автокоРреляционная функция о||ись|вается незатухающей гаршпо_
нической функцией (рис. 6.2, е).
Автокорреля1ц{онная функлщя и спектральная т1ло1ность энеРгии
слщайного пРоцесса в больп:длнстве слг!аев достаточно полно хаР!!ктеР|{зуют ётатистические свойства слщайкьлх сигнапов. Благоддря нали_
чию тесной связи йежду (} со) и ( (т) э|{еРгетический спектр слщайного
'у как пугем усреднения квадрата сигш}ла на
сигнала можно определить
вь|ходе системь1 узкополосньтх фипьтров. так 1{ путом измерения :!втокоРрепя|ц.1онной функц1п|| с последующей вьтщтслительной обработкой.
14спользование автокорреля|ионной функгии и энеРгеп.!ческого спектРа'
как пР!}вило, ос)пцествляется при ре||1ении задач |центификации сигн:шов.
8опросьс ёля сапаоконтроля
1. }(аковь: параметрь| слунайнь:х процессов?
2. [(аковь: основнь|е статистш!еские характФистики
слунайньп* измерительнь1х
сигналов?
г л А в А 7. пР€оБРАзовАниЁ
$
7.1 . !\4опуляция
измвРитЁльнь!х сигнА'!ов
измерительнь!х сигналов
[1ередана инфоргтации с помош|ью тех или иньтх физинеских процессов осуществляется путем опроделен!|ого изменения значетшй их параметров. [1одобнь:е опера:ц.|и на3ь1в:}ются модупяцией [1.1] . [1ри мопуля{ии
мгковенное значение первичного }13меРительного сигн:ша управ'!яет одним
!4ли несколькими (спо>кная модуля:щя) параметрами вспомогатепьного
сигн:ша' назь!ваемого несуцщм. 3 качестве несущего сигна]пп! в измерительной тех:ике используют :
постоягппьдй сигнал э(!) = х^ ,
(<о'г + 9),
гармонический сигнап э( с 1 =',
^соз импульсов.
пеРиодическую поспедоватепьность
||ервь:й вид носитепя |{меет только одп.'н инфоРмационньтй параметР.
йодуля:ця в данном спучае свод}1тся к такому изменению значения этого
паРаметРа' чтобьг о[|о в определенном мастптабе пРедст!1вляло пеРед1!ваемую информшщю.
8торой вид носителя _ гаРмонический сигн!ш, содеРжит три т{!ких
паРаметра: ам|[л14туду
настоту (увтц период)
' фазу,
.
1ретий в}ц носителя _ период'|ческая последовательность импщьсов.
предост:вляет обп:птр:ъ:е возможнос1;,4 у]\я вь:бора информативнь|х параметров'
в 1мсле
которьп(
могут
бьгть амгшитуда
имтульсов.
сов, частота пмщ[льсов. длительность импульсов илц
фаза импупь-
11ауз' (шсло импупь-
сов во вРемени и комбина:$дя импульсов п17ауз' опРеделяющая код.
8
с вьтборм носителя и информативного паРаметра
следующие
видь] модуляции:
различают
т1м
прям:и моАуля\'!]'я' обеспе|пп|ваемая изменением зн:|чения постоянного сшгнала;
Ам :!м[ш1итудная; 9й _ частотная, Фм _ фазовая мод1пяци, обеспе(шваемь|е во3действием на соответствуюшщй параметр гаРмонического
несущего сигнапа;
Аим - ам!1питудно-имщ/льсная, чим - частотно-импупьсная' вим _
шиРотно-импульсная' Фим
вРемя-имгульсная' шим
фазоимпулькодоимгупьсная мод)лпя|ии'
счетно-импульсная' ким
сная, сим
обеспечиваемь|е воздействием на соответствуюшшй пар11метР пеРиод!{ческой поотедовательности импульснь1х сигнапов' используемь|х в качестве
соответствии
-
Ртцс' 6 .2.
)(арактеристики слунайного сигнала
:
спектр мош{ности сигнала типа 'бель:й мхум"1 б _ кФреля|ц.1онная функция сигнапа т:дта '5ельтй щум''; 6 _ опекц) моцц.ооти сигнагв с узкой полосой чаотот; а - коррре'1яцио||ная функ1ц{я сигнала
а
54
-
с узкой полосой частот
_
несуц1их.
_
_
_
<.
!ля
Ёа рис. 7.1
приведень! сигнапь1' различ!!ющиеся видами модуляции
случая Р:вномерного возрастания значения отобрал<аемой величинь:
счетно-имт|ульсн:}я (сим) |1 кодоимпу1ьсная (1{|4й)
связань| с квантованиеп4 по уров[|ю значений непрерьтвной
вим, Фим и [л!|4й приводят к дискРетности отсчетов
вели1[инь| х.
во вРемени; ][ругие
^\4м\, видьт модуляции сохРаня1от непрерь:вную 6труктуру
информации.
х(с)' \{ак видно'
модуля|щи
;;м'\
Амгшитупно-импульсная
модуляция имеет две разновидности :
пРедел(|х одного имщ/льса повторя-
Аим-1' при которой амгц|итуда в
ст форму модулирующего сигнала (рис.7 .2, а)
;
Аим-2, при которой амплитуда в предел:!х одного импульса не изме_
\1яется и р'вна значению модулирующето сигн{}па в момент' соответствую-
:ций начш:у импупьса (ртас. 7.2, б)
.
.[дя восстановления значений модулиру'ощего сигнш]а
о!1ераци1о' обратную опера]ц1и модупяции'
которую
используют
назь!вают демодуля-
цией шлп детектированием сигнапов. (ал<пому виду модуляции соответ_
о)
ствует определеннь:й способ детектирования.
х
8ьтбор вида модупяционного преобразования основь|вается на требо|'аниях' предъявляемь1х к точности пеРедачи информативного паРаметра
и характерис1икам используемь1х канапов связи. \4атематическим аппаратом' позволяющим теоретически сопоставлять рат1|1![нь1е видь| моду-
!
0
х
Ам
':
[яционнь|х преобразоват*тй, явл яется спектр!|льнь';,й анытиз.
[1рямая модупяция. !Фрма модулирован!{ого сигнала и частотньлй
спектр носитепя' промодулированного гаРмоническим сигналом частоть1
{), представлень1 на рпс. 7 '3, а, б. |1нформативгъ:й параметр (амгш:итупа)
несущего су!г!1а![а содержит модулирующий
][яющей.40:
х
,,о
&ас. 7.2.
х
Амгшитудно_
импульсная моду'1яция
а _ А}!й-1: б _
Фйо
:
^им-2
сиуныт с постоянной состав'
х([) =А,+Ах^сов9/'
Б сигнште имеются две дискРетнь|е частоть|: (]) = 0 и с; = г}. шиРина
спектра такого }йодулированного сигн:ша'составляет 9. Б спщае более
слолсной модупиРующей фщкшии []|иРина спектра от!ределяется гармоникой максималльной частоть| этой функшии.
Амтгпицшлая модуляцця' Аш:гш:итудно-модулирован:ълй сигн:ш в
общем случа€ от1ись|вается вь|Ра}(ением
х
а(с)__х(с)сов(о.:9/ +9о) = [Ао+
Аим
где
0
Ах(с)_ моду1ирующая функция.
^х(!)]
соэ(<о9| +9о),
х
цим
о)
^
вим
2({)
х
0
х
о|1м
0
ким
х
0
Рцс. 7.|. 3идь: модуляции измеритель_
ного сигнала
56
Рис. 7 .з.
[1ряплая модуляция:
с _ форма модулированного сиг-
нала;
б_
частотньтй спекщ
Рис. '7 .4. &плитудная модуляци'{:
а * форма модулированного сигнш1а; б
-*
настотньтй спектр
5'7
Ёслп Ах(с) пРедставлена' как и
вь]|ше' одЁ11м низкочастотнь]м синусои'
9
(рис.7.4,а),то
э(с)=А, [1 + ли."сов 9 г] сов @о/' *
где иАм = А'х^|Ао _ глубина ам11питудной модуля:дии' котоРая всегда
_ девиа!ц{я :1мппицдь|' т. е. размах
должна'6ь:ть мё!*ьпце 1 (здесь
д:шьнь1м сигнапом частоть|
!".
между наиболь:шей и н:имонь!шей айтшитупат'па).
ния' Разлагая произведение косинусов' полу{им
(
а(с)=А1{ .''1.2'г 1-!4 соз [(ц.,'
+
о)г]
+
14з
$с,'
последнего соотно1ше'
[(о.:' _
о)'] }
.
Рис.'1 .5. 1!астотная и фазовая модуляции:
а _ форма модулированного сигнала; б _ яастотнь:й спектр
такого сигн:ша содержит частотнь!е составляющ|{€ Ф91 &)6 *
(р:пс. 7 '4, б)' Бля бопее сложной мопупирующей функтцди
+ 9 и Фо _
частот
модулирова[{ного сигнапа полу!ается равной пвойполось!
[шиРина
ной :ширшне спектра Ах (т ).
|{астотпия и фазовая модупяции. [1ри изменении частоть] всегда из'
меняется фаза колебаний, а при изменении фазьп меняется частота' поэ'
тому !{1т1 и Фй имеют обций хар{|ктер' иногда их объединяют под общим
названием угловой модуля1щи.
&ли модупиР}ющая фупкци"
€пектр
9
Бо(с)
=
Различие состоит лицль
'}!|акомнмищ/ср'
модуля]ц{и ли частотшь:й спектр !{1т1'
и;|и Фйсигншта сильно разрастается и его |цирина превосход{ит спектр
Айсигншла. 8 этошт состоит недостаток т{й ш Фй.
Фсновньлм пРеимуществом {}1 и Фй перед Ай является существенно
б<{льтшая помехоустойчивость' которая хаРактери3уется отно|||епием сред'
ппей мощности т!олезного сигнала Ах(с) к средней |}1ощности помехи. Адя
:ццддтивной помехи' имеющей р:вномернь|й энергетинеский спектр 7,
!| полосе частот 2 9 (от с0о _ 0 до @0 + 9),т'е' в г!Ределах !циринь| полось|
с|1ектра полезного о!4г|!а!\а при моду]1ируюшей функ:щи в виде гармони'
|!сского сиг[{ала' помехоустойчивость оценивается следующим образом:
а несуший сигн:ш представлен в виде стабильного по амт1лцтуде переменз(с)= А1 соз9 (с)=.46 со$
[
|
сл
(с)4с
0
'
РА!у{= т
то 1\{одупиров :шнь|и сигн:}п
а(с)=А1 соз
гдё
|%ч
=
Ао'/0
!
/0
[со6 +
(здесь'
1||им значениями частоть1 )
6са.сов9г] ё!=А6
А.д -
ооз [о.:'/ +ичз!п$}/]
Ах-=
Разность между наибольпшим и н!имень.
сигнала-_||
[1ри этом модулировангь:й сигнал имеет вид
-о)'
!!
+%)
".'[(со'
агс)=
+9)г +9'] _
58
Аостисается при !90 %'ной модупяции' при которой
.
т!1[1а по|\1ехи
-:
^со2 =з
т!1т4
ш:я
рассматриваемого модулиру|ощего
^о
(+)',,'=3тп2,Рдм
} А,-к е!*-.|
-]2 ъ:--
1,1нформайоннь|е параметрь| несущего сигнала * ам!1лицда импуль'
сов частоть1 {)1 !А д.]1ительность импульсов то входят в вь1Р1ркение д'|я
|'армоник А'' \арактер и3менения паРаметров определяется видом им'
.
* здось и далее ддя упрощения принято, что начальнь[е фазь: колебаний равнь[
нулю.
-
1аким образом, йомехоустойщавость 9й знацдтельно превь!1цает помехоустойшлвость Ай. 3тот вь:игрьпп достигается благодаРя Рас!|]иРению
спектра сигна.}1а' которьтй при '{й занимает зна[|ительно больтцую полосу
(ориентировочно в тп раз\.
[|мгцльсная модуля||ия. [1ри импульсной модуляции используются
!!ссущие сигн:шь1 в виде периош{ческой последовательности импульсов'
которь1е могут бь:ть представлень| рядом Фурье:
. <
соз [(о.:6
"
Р2ц
з,д',
^
р-=:#
где }1ндекс модупяции ,т! равен девиа|{1{и (отклонегшю от среднего значе'
ния)'й"
6азь: Ао
1 спектрь: !{й- и Фй-сигн:шов' пРиведеннь|е на рис.
"'у,,#
7.5, имеют,
как и при Ай, три частоть|: несущую {!11 8€!)$!0ю боковую
<о9 * 0 и ни)кнк)к) боковую с^:о * 9.
- !!ц
2
А6
с2[|||)
||омехоустойчивость при
.
+
Ах'1-/(
1!1аксимум
,
||ри фазовой модуляц*па осуществляется сдвиг фазь: несущего сигна'
ла яа А9(с)от средней фазьт. [|ри этом модулированнь:й с!'!гн:[л (в слунае,
если модулируюший сигнап пРедстав.]тен косинусо|{да-т:ьной фушкцией)
а(с)= Ао соз [о6/ * 9о + га соз 9 г] ,
э(с)= А,сов(о.:9/ +9о)
со
у"*,','**и индекса
А.-сов9/,
ного напряжения
в том' что нижняя гаРмоника полу|ается
|[ульснои
|
1,
модул'щии.
<о
!ля
1|м11литудно-импульоной модуляции модулированнь:й сигн€ш
,(с)=
*
имеет в!|д
|А,+
Ах(т)]
ё
-,;!*ьоо[
,
- ам|шктуда &-й гармоники.
"
когда модулирующая функ:ця содержит гар$ простейшлем'случае'
мо}{ическую составляющую
гше
А/
=
А
Ах/т)
А.*
2|А о
=
Ац ах соз 9 ,
|п
у!л|7
Ах(с)=
}-^,^'*
+
1е|ог
е_!{2с 1,
то моду]1ирова:лньхй сигн{ш а(т)будет иметь вид
э(т1=
\н.
,3, - А:к е!*
2 " 2=-
<'о9/
1
А,.,',
-!_
[
4
(Ё'оо - 9)1
+-_1_д,
о)/ '
3, ло^!(!<соп
4 гпахь_*-А;"/
е!(*-о
13 А,!.
п
к=_ф
+
о)
'
+
ляюцц.1х' количество которь1х опРедепяется полосой частот модулирующей
и
т{|,1й дахсе при элементарной модулирую-
шей функ:щи с одной гармоникой в9кРг каждой \пн'4и спектра несущего сигн{}па располагается бесконечно больтшое 1исло дополнительнь1х
гармоник' ам|шитудь1 котоРь|х бь:сщо убь:вают.
[4з проведенного ан!шиза следует вахньтй вь|вод: характер спектРа
при модуляции несуц_р1х имгульснь1х сигн!1пов изменяется и з;висит от
вида модупящ{и, однако его 1пирина практи,1ески остается такой л<е, как
14 [1тя отдельного имгульса (спектр од}|ночшого импульса непрерь:внь:й).
Фна опреАеляется главнь|м образом д]1ительн0стью имщ/пьса. Анализ
помехоустойчивости, достигаемой при использов!|нии импульснь|х видов
[А
к!
показь!вает' что наиболее
модуляции'
подвержена иск.ркениям информа:щя, пе-
редаваемая
с
помощьк) сигн'шов
|1питудн0-имгупьсной модуляцией.
с
ам-
[|иротно-импульсная модуляция обес-
печивает
бс|льшую
помехоустой!швость'
чем !|м]1питудно-и_мпшьсная.
показатепи
Р::с. 7.6. }1мпульсная модуляция
60
помехоустой1ивости
Бще. дут!1дие
вает фазоимпшьсн:ш мо!'}ля{ия;
обеспечи-
Ёаи6олее вь|сок:и степень помехо-
и
особенно
сиг'!!:ша представпень| в вшде последовательности кодовь|х сигн:шов' которь|е перед:||отся по к:|на]1у связи. |!оскольку каждое мгновенное значение
модепирующего сигн(ша пеРедается нескопьки&1и импульсами' спедуюшими
церез интеРв8!пь| вРемени конечной д'|ительпосш{' д][я пеРеда1[и }(}|}1_сиг_
пталов тре6уются б6льш:ие. затРать| времени' однако' как указ:1но вь[[це'
может бьдть обеспечена и б6ль:цая степень помехоустой,ивосш:.
Б последнее вРемя импульснь[е видь] модупя|ц,1и полу{ают все фпь|цее распростРанение. (овременная эпемент|{ая база позволяет формировать несущие импульснь1е сигн!шь! с вьтсокой ста6ильностью как амш1итуднь|х' так и временн*х характеРистик, эффектшвно ре!||ать задат.и упРавления амтш:итудой, д'1итепьностью и частотой имгульсов.
$
1аким образом, кроме основнь1х сост!!вля|ощих' содержащихоя в
спектРе несущего сигн!па (первое слагаемое), имеются дополнительнь1е
составляюц{ие' располо)кеннь1е па частотах *сл1 * ,$}, т.е. по оф сторонь!
от остловной к1 расстоянии + 9 (рис. 7.6).
[1ри более сложной модулирующей функ:ци Ах(с) ло обе стороньт
от каждой основной лу!1{!4у| Располагается полоса допопнитепьнь|х сост!!вфунк:щи.
[1ри использовании Б|,1й
с помощью кодоимпупьсной мощгв слу!ае использовакия соответствуюц{их корректиРующих кодов. |{ри (,1}4 мгновеннь1е значения модулиРующего
уотой.плвости может бьлть обеспечона
;:я:щи ([{,1й)
7.
2. |\:!ас:шта6ное прео6разо вание сигнало в
йасцлтабгьтм пинейгьтм преобразованием назь|вают опеРа|д{ю полу_
чения вь|ходного оигнала, информативньтй паРаметР которого пропоРц|{онален одноРодному информативному г[арамещу входного сигн:|'па.
Физическими велитин:1]\,1!!' [|?А которь1ми осуществляется операция
мас:цтабного преобразова:пля, могут бь:ть электРические напряжения
и ток' частота' иксло о6оротов' перемещение, механический момент и
механическая. су|!|а' давление и дР.
Ёаиболее удобной вели'пдной пРи со3дании рег}.лируемьтх мас:'цтаб_
ньтх преобразователей является электРическое напРяжение, поэтому большинство ан!}логовь|х устройств предназначено для преобразова|т!4я' утзмеритепьнь|х сигн:шов в виде эпектрических напрялсений.
[дя
преобразования
постоянного
электРического
н!!пря)кения н!}и-
более :пи1юкое РаспРостранение пол)дп{ли опера|щоннь|е усут!'ите{п1 п
Резистивнь|е делители напрях<ений. (оэффициент преобразования пРи
)том может н:|хош,'ться в диапазоне от 0 до 106.
.||дя преобразования сигн:шов в виде пеРеменнь1х электрических напряжений могр бь:ть использовань| также Резистивнь|е делу|тепи |4 усу1!1у||елу1.
(роме того' находят применение индуктивньте делители
|\ет|уттелу!
}{апряжения'
на ко!щенсаторах' шзмеРитель!!ь:е трансформаторьт напряже_
ния' которь|е 1цироко используются при измеретпди боль::шдх
напряжений.
т1о
значению
Ёаи6олее точное преобразование сигн:шов в виде переменного элек_
трическог0 тока осуществляется с помощью трансформатоРов тока' погре[|]ность которь1х мо}(ет достигать значения сотьтх долей процента. |4змерительнь!е преобразователи тока незаменимь1 при измерении токов
()т деся1ков ампер и вь!|де. .[дя мас:штабного преобРазов!шия сигналов
|! виде сла6ьтх токов испопьзуются измеритедьнь!е усилители тока.
йас:цтабньте преобразования с|1гн!шов, информативнь|м паРаметром
которь]х яъляется частота электрических копебагплй, заключаютоя в
6!
Р
делеции и'1и умножении периода их повтоРения. эта опеРа]ц'{я может пРо'
извош{ться с очень вь|сокой точностъ1о на основе использовш|ия 1ц{фРовь[х
пересчетнь1х схем. коэффи:щент преобразова:пля лР;,1 этом'изменяется
дискРет[!о.
!л
гл АвА
з.
оБРАБоткА измвРитЁльной инФоРмАции
8.дискРБтизАция и3мвРит€льнои
инФоРмАции
$ 8.1. [искрети3ацип и восстановление непрерь|внь!х функций
8опрсьс ёля самоконтроля
1.
Азд
дайте понятие мод.ляци|{ !{змеритель}!ого сигнала.
[1ри реш:ении многих задач и3мерительноп тех|{ики наряду с пеРедаизмерительной информации требуется
']ой, хранением и отобр!ркением
()существлять ее обработку. процесс обработки измерительной информа:щи
шк]|ючает в себя больтцой спектр опера]|ий - д|скретиза1|,|1ю' кв!}нтова!!}|е' фильтршлию' стат|{ст}|ческую обра6отку даннь!х' :втоматическую
коррек1ию погре[цностей, вь|'п{слегпте коРреля|ц{онньп( функ::д:й и спект'
]'ов сигн:шов' техническую д.1аг}{ост}{ку и распознавание обР:вов и дР.
Б настоящем разделе удепяется внима}|ие вопРос:1|у1 д1{скретизш{ии'
квантов!шия и фипьтра:щи' являюцщмся основнь1!у1и опера|ц{ями по обра'
ботке измеритепьной инфоРма|Р{и. Фстш:ьтдь:е опеРа|ц{и поспедовательно
рвссматРиваются в по спедуюцц{х раздел€ж книги.
||Ри обработке измеРительной информации цифровая дискретная
с}орма имеет знатштельнь|е пРеимущества пеРед ан:!.логовой. [1роцесс пре_
сгбразования непрерь!вного сигн:!.па х([)в щтскретную форму х([') назьтъа'
с'гся д{скретиза:дией (квантованием) по време1|и 11.2] .
2. |(акие в!{дь! моду'1'{цчи вь! знаете?
3. ||ривепите Фавн|{телы|ую характфистику видов мощ/ляцпи.
4. :{то такое мас1||табное преобразовапие?
[аким образом,
д|{окРет}1за|{|{я представляет
собой процесс
получе_
!!ия мгновеннь|х з!!ачений непрерь:вной функции в д{скретнь|е моменть[
шремени г, (где ! =
1,2,3,
...)
.
[(ван(ова:пте по уровню пРедставпяет собой преобразование мно)кест'
па значений сигнапа х(с') в цутскРетное множество з!|ачений х', гпе & = 0,
х' €
г[0 хгп|п и х'"7 соответственно
|, ..', 1 _ 1, при
[л,,;,, х,,'"*!
миним!шьньтй и максим!|,'|ьнь|й предель1 изменения непреРь|вного сиг'
,
лытах(с).
(ледователь}{о' непРеРь|вньтй сигншл х(с) мо>кно преобразовать в дис'
кретную форму по кооРдинатам х ц / при совместном примене**ти операций
/1искретиза|ц4и и квантова!п{я. исходную функ:щю х(т) мто>кно восстано'
шить по дискретнь1м ее значениям х(г') с |{екоторой погРе]пностью. назопгсм функтщю восстановлет*тя х(с) по значе:п:ям х([| воспроизвоАящей
и обозна.ир: ее нерез э([ ):
а(с)=.2.ь],п| _ |к) ,
*=\
:,:*е
^
коэффициентьт
Б
з11висят
от отсчетов х( |'), х { [' _ л),
...
9оспроизводяш6!
' 4ункция восстанавливает исходную фрктщю"'с
::скоторой погРе1дностьк) и д]]я возможности восстановлех*тя а([) с задан_
{
;:ой погре:шпостью важен вьтбор числа точек дискретиза|р{и х(с), т. е. 1шага
/1искретизацип А['= |! - |! - ,' !{ем мень1ше:цаг А7,' тем точность цред_
ставле}шя функци1д а(с) ъБттле, од}{ако пРи этом проявляется избьтточ'
||()сть и' следовательно' оптим!шьнь:м буАет такой :,паг дискретизации'
!|])и котором воспроизводящую функцию можно восстановить с задан'
6з
;;ой погре:шностью с минимальнь'м числом вь:борок.
}1збьтточнь:е отсчеть| пРиводят к загрузке аппаратурь!' увеличивают
время обработки ишформации' вь|зь!вают дополнительнь|е расходь1' свя-
!х(с)-
заннь|е с хранением и РегистРацией даннь1х.
|4звестгъл различнь|е пРизнаки дискретизации нет|рерь]вного сигн!ш1а'
однако ниже будут рассмотрень[ ли1ць равномерная и неравномерная дис-
кретизации (соответственно и пРоцесс восст(|новления).
.[искретизация назь|вается р1!вномерной, если А7;= |; - |; _ 1=^т постоянная ведичина на всем отрезке [,_ т'
обр6бот1<и нёпрер,'в,'о''о
ц
сигна'1а.
Бьлбор |ш:ша дискретизации ипи частоть1 опроса 1/А
на основе априорнь|х сведений
о
при уст:шовлении ц]ага дискретиза1щи является вьтбор способа восстанов_
ления сигн.шах([)'
йетодьт равномерной дискретизаци|4 ь1а!!уу!|1 |1]ирокое применение в
практике измерительной тех}дд{ки' &горитмь1 р!|вномерной дискретизащ||| |\ соответственно методь| восстановпе|{14я 14 а|1|1аратурная ре!шизация
их достаточно прость|. Б р'де случаев в силу несоответствия между ре,1пь_
нь1м сигн:шом х(с) и априорнь]ми сведениями о хар!|ктеристиках поспеднего имеет место избьтточность отсчетов.
.[дскретизация назь|вается неравномерной, если 1паг А7, является
переменной вели.!иной, при этом обьтщто рассматривают адайтивньтй и
пРограм1!тнь|й методьт дис кре ти зацип. [\ри адаптившо й д4скретизации 1п!ш
А 7. вьлбирают в зависимости от характера изменения сигн€ша х(т) в рассматРиваемь1и проме){(уток времени, а при прогРаммном методе на осцове
текущего значения человеком-оператором либо по заранее уста_
^на]|у1за
новленной
пРограмме работьт.
Ёеравномерная дискретизация может проводиться :
с кратнь1ми интерв'шами
А7,
=
сА[
с некратнь|ми
-
некоторь1й фиксированнь:й эпементарнь:й
^[
интерв!шами
шлаг;
}
<Аг.<Аг
1п1п
|
|пах'
^т
где А7, _ непрерьтвная величина.
[1оЁре:шность дискретизат:уи А(
исходной фугткц:д.т имеет вид
-
а(с)
с
) или
соответственно восстановления
,
||ри использовании критерия наибольхпего отклонения
1ь(т1! =
А(с)'.
''м =[€^тпах
т.
1пах
1х(с)- э(с)!
дол}шь| бьтть изве|тнь| априорнь|е сведения о сигн;ш:|х.
|!о среднеквадратическому критерию
64
_
А(с1 =
;!
!.
у
[!,
ап-
с апцаРатурой, использ}ющей критерий
[нтегральньтй кршгерий и|\,1еет в|ц
А(с)ёс,
1-
вероятностнь|и критерии оцределяется соотшо1||ение|у1
о|ь1с1
1 А(т),|= р'
,
уьцо А(|)о
- допустимое значение погРе[!1ностут',
!!ость того' что погре|шность не превь1сит значения
Ро - допусту|мая вероятА(с),.
[1ри рассштотРении в качестве исходной функции слщайного процесса
!!исловая -хаРактеристика погре!шности на
раосматРиваемо]}1 интерв!ше
()|!ределяется как текущая среднеквадРа1ическая погрец]ность :
о)(т) =м|А2(|)1
у:це
,
А(т) - слунайная функция, реытизы\пей которой является погре1д-
постъ А(с).
.[дя множества ре:шиза:щй критерий наибольцлего отклоне|{1|я за[[11в ъиле А, = зшр |А* !; здесь верхнк)ю гра1п{цу оть[скивают по всем
!![ем
|)с1}лизациям х(т ) и а(с )'
11ри равномерной дискретизации точки' отсчета располагаются р'вномерно по ос\4 [о. Бсли исходная функция х(!) имеет ограниченнь:й спектр
!!астот' то согласно теореме 1(отельгпдкова
функция х(с) мтожет бь:ть вос_
становлена без погрелшности по 3начениям вьтйрок, взять'( с частотой
_ максимапьная частота в спектре сигнала. }аким образом,
2|., где
/
А7=1|2[-=т/Фм.
Б измерительной технике сигн!шь1' как пР:вшпо' имеют фсконе'шльхй
с![ектр' поэтому теорему }(отельникова обьтчно Рассматривают к:}к приближенну:о дл:я функ:щй с неограниченнь[м спектРом' Ёа практике частс}.ту
()тсчетов уст:1навлива[от по соотно1|]ению !с" 2!-, где &"
- коэффитщегп
'|апаса' обьтчно принимаемь:й 1,5 {&. { 6; ,Ё'
-'Ёринятай"макс!4мы1ьная,,
|!астота в спектре су|гна!|а.
[1ри адаптивной .пискретиза|{]1и в отл}1чие от р:вномеРной вь:бирают
те точки /, и соответствуюц{ие вь:борки х(с,), ло которь|м мо}(но
!!0ссташовить исходнь:й си[на1т х(с) с задштътой погрейностью А(т).
9асто одлибку дискретиза1{|{и о:||ибо!шо принимают за д}1намичес!(ую погре|'!]ность :щфрового €!4. Ёо ведь оцддбка дп.|скреш.|за1щи не за!|исит от скорости изменения измеряемой вели[инь!. Б то :ке вРемя по|'Ре1шность восстановпеЁ{!4я' явпяется динамической, так как 3ависит от
|!астоть| изменения измеряемой величинь1. .[ействительно' как показ:шо
!!ц рис. 8.1, а, погре|'шность воспРоизводящей функции заь14с||т от вь:брш:;:ц.>го способа восстановлеуш\я.' т(|к как' соединяя точки прямь|ми ипи кРи]|и1!]ь
^(|)
и оценка этой погре1дности осуществляется следующими критериями.
формще
пдаиболь:пего отклонения.
,
где с = 1,2, з, ...;
= х(т)
[1ри использовании среднеквадратического критерия сло)!(нос1,ь
!!аратурь] возрастает по ср€внению
7 осуществляется
характеристиках сигнапа х(с). Ба>кньтм
э(с)|2 ас
погРе1шность оценивается по
!
-
1431
65
сигнал х(с,) отожАествляется с блих<ай::пдм уровнем кв!!нтования;
сигнал х(т') отожпествляется с бпижайп:им мень||]им (или боль::пам)
вь|ми' мол(но допустить сов€Р1ценно
разпичнь|е погРе1цности.
8 с:т:у этого' указь|в{и численное зн3чение погре!шност!4 2([), 1ужно обязатепьшо оговорить способ
восстановления.
{к
(к
{,^ч
{к-т
а -
;
с11г11ал
х|(!)
ото1кдествляется с
бл:ока{8ш:пд уровнем квантования;
б
общем
слу{ае
метош| восстановле'{'4я делятся 11а
экстР:1поляцию' интерполяцию' :[п_
Рдс. 8.1. [(ватггование сигналоъ х1(!)
и х2(!)
в
__
сптнал х2{!) отождествляется с блутэка|л'
|цим меныпит}1 (илп: болъп;:дд) уровнем
кв:|нтования
пРоксимацию и при6люкения.
[1ри экстрапопяции (препсказа-
ш,1и) кривая проводится в заданно1\,[
интерв{1ле по даннь|м пРедь1дущего
(одного или нескольких) отсчета.
[1усть необходимо восста}{овитъ кри-
вую непосредственно во время из_
меретгтй. 1огда :шгоритм рафть|
€}1 следующпй; \1р'1 полу{ении теку(послепующего)
отсчета в этом интеР
очеРедного
отсчета
в|1поть
щего
до
в|1пе индуц}1руется значение измеряемой вели(|инь| предь1дущего отсчета.
[1ри интерпопяции кривая восста[{авпивается по результатам двух
соседнь1х отсчетов (или нескольких отсчетов), при этом восцрои3водящая
функ:ия т1роходит через дискРетнь1е отсчетьт. [1ри использовании аппрок'
симационного способа восстановленпя х(с) на кащдом у{астке между ее
известнь!ми значениями заменяется кривой.
Фписагпть:е способь: восстановления строятся в пРедположении' что
кат<дь:й отсчет яьляется точнь1м и не содеРжит слрайной составляющей
опцибки. |!ри налишаи многих отсчетов можно одновременно с восстанов'
лением осуществить усред1{ение слунйглой погре1шности отдельнь1х отсчетов и в этом слг{ае проводят 11лавную кривую в среднету1 по всей совокуп'
ности точек, не требуя прохождения кривой чеРез каждую и3 точек.1акое
восстановле!{ие назь!вается прибптажением и может бь:ть вь:полнено по
методу наимень1|]их квадратов.
$ 8.2. (вантование по уровню непрерь|вной функшии
"
так>ке р:}вномернь!м и нер;шномернь|м. Б первом случае весь диапазоц
|цагов квантования
сигнала х(с) разбиъают на л одцнаковьтх уровней
'ук' подкоторь|м по1{им!|ют "!к = х1, - хк - 1, где "\'& и хк _, - сосеп1оте
-
-
66
-
х'.,,.'*)|п.11ри вь:бранном 1шаге ква11тования возмо)кнь! следующие спосо_
6т йЁёсения ти'снй
су|[|\ала
х(с)
к
|х)в не|\,1
кв :|нтования.
Ёа рис. 8.1, с показань! два ваРианта сигналов х1(с) ихэ(т). !лясигна-
х1([) при первом сцособе значение х1([,) спгна:та пРинимают равнь|м
х&' по второму способу - равньтй .тд_'. []о обоим способам
!!|ачение х2([
сигныта пРиним:1|от р:|внь1м уровню х* _ (рис.8.1, б).
|
8озникаюш{ая
пРи кв(1нтовании по уровню погре:шйость Ах'=х(|;) ')
-тЁ связана с заменой истинного значения сигн:ша х([)некоторь]м уров_
хк, при этом максим:шьное значение погре1||носту[ з^ву|с||т от при'\см
!!лтого
способа отождествления су[|{а!\а с уровнем квантования. .[дя пер_
!( го из спосо бов отождествления мак сим а!|ьу!ая погре|||ность
п:т
у1)0вню
!
)
|А"'|''*
= [тах [х0;)
- х,|
штветс!ву!ощеп4у )ровню квантования:
=.!1
.
[1ри втором способе отождсствления' как виш|0
квантования не пРевь1|]]ает 0,5 'у*.
1.13
|!ая погре1шность
рис. 8.1, максимш:ь-
х как реализаци1о слщйной ъел\4ч!4нь| х
Б этом слу{ае погре|||ность квантовар.вна А*к =х - хъ. !дя *-го уРовня квантования (*=9, '..,п _ |),
Рассмотрим сигн!ш х(т') =
(: т1лотностью распределения р(х).
!!ия
по ср;1внению с диапазоном измерения сиг|\а!\а'
|() математическое ожидание погре1цнооти квантования тит |Аху1 = 0,
('с]|и пРинять' что 7& м:ш
;!
/\исг[ерсия
о [Ах'1 = + .у2|, [рв|с).у|'1.
из (8.1) видно' нто | [Ахд1
(8.1)
предст:!вляет собой дисперсию р{шномсрно распределенного в это1!1 интерв!ше сутгна!та' умно)кенную на верош'1'|{ость попадания х в этот интерв!}п.
3 дипазоне изменения сигн(ша (*^], ,^'*) ш{сперсия полной по!рс1цности
по всем уровня квантов!шия
'
о |Ах]
п_1-'
=
Р,,
|^х*] =
. п_|
+Р"
-
р1х|
тзу.
8опросьт 0ля сатиоконтроля
1. Б чем суш_\ностьдискретизации
1(вантоватш:е по уРовн|о сигнапа х(с) лштроко используется в измеРи'
тельной технике. (рь его 3аключается в следующем.
Ёепрерьтвнь1е значения сигн[ша х(с) преобразуются в д}1апа3оне от
х__-._.
моменть1 времени /' в дискретное множество значений
х__'_
|п|п до гпаь в
х|'_* уро:!1|ёй кв!11{тования. 3десь квантование по уровн|о мох<ет бь:ть
уровни квантования. ||ри рйнопсёрном !паге квантования ? = /.т-|п
у
и воссп!новления измерительной информации?
2. 1(аковьт кр1ттерии оценки пофе!шности дискретизации?
3. 1{аковь: критерии оценки поц)е1шности восотановления?
4. Раскройте сущнос!ь
ква1{тования
г л А в А 9. кодиРовАни€
по уровню
измерителъното сообщения.
и3мЁРитвльной инФоРмАции
|(одирование измеРительной информации _ это пРедставлегдае сооб::1сний в форме, удобной для передат1и' приема и хр:1нения. Фбратная опе-
|)1||ция восста}{овления сообщегптя по принятому сигн|1пу назь|вается де!(одированием. 11ри этом под кодом понимают набор прави:т' по которь|м
с()ставляются отдельнь|е комбинации из элементоъ
6]
|\.21
3лементами кода являются символь! и позиции. 9исло исг!ользуер1ь1х
в коде символов образует основание коца /п' а совокут1ность всех пози|]!4й - разрядность коца п. €истема сч!4ст|ену|я мляется частнь!м слщаем
кода. 8 з!висимости от вьлбранного основания р:шличают системь| с1ис-
[1 ро
!
- б'по|_'* Б'-|-|_2 + '..+Б2гп1 +б'7по ,
о =.\Б!_,'!.|-!
1= !
где | _ 1[омеР дш{ного разряда; ! _ чпсло РазРядов; 6' _ множитель' принимающир] лшбьте целочисле}1нь|е значения в пределах о'т 0 до тп _ 1 ипоказьлваюшщй,
8
сколько еди}иц |-го разряда содер}(ится в
{шсле.
измерительной технике наи6ольццее Рас!1ространение полу{ила дво-
ич,{ая с!|стема счисления' которая техн|{чески Реа1!у1зуется з|!ачительно
пРоще, чем другие.
.[дя двоичного кода пр|шипа вь|(итания и умножения следующие:
€ложение
Бьтчитание
}мноя<етпае
0+0 =0
0-0=0
1-0=1
1- 1 =0
10 - 1 =
0.0=0
0.1=0
0+1=1
1+0=1
1+1=19
р азря,цов и соответетв ую;1ше
веоовь|е коэффициенть:
2о
24
23
22
21
5
0
0
1
0
1
1
0
7
0
0
0
0
1
6
1
1
1
8
0
!
0
0
9
0
1
0
0
0
1
к)'|'!{исло
в дш*ттой
системе.
[1апример, пеРеведем ,птсло 27 (10) в двоичшьхй эквивЁшент:
2']|2=|з
|3:6=6
6 :2 = 3
3 :2 = 1
!;2=Ф
остаток1
остаток1
остаток 0
оотаток 1
остаток1
{*яуа
]а6лица9.1
;#:т 8',чн'*
систсму следуюцц.1м образом
{:,:сла в двоичнои кодо
}!оп:ера двоивнь1х разрядов и соответству|ошц{е
весовь1е коффициегггь:
э
|итаем остаток с||изу вверх и имеем
в табл. 9.1.
ряд чисел
1
[1еревод люфго десяп{чного ч!4ела в дРугую систему стиспения осу-
3агись в двоичной системе с!мсления (в двоишном коде) приведеги
[{атуральньлй
бл. 9'
ш(ествляется следуюц{им образом. 1{испо в десяти!!ной системе пеРеводитсл в любую другую систему путем последователь1.1ого деления ч}[сел 1и
()снование другой системь1 и вь|:|ись]ванием остатков' которь!е сост:вля_
1.0 =0
1.1=1
1
та
Ёомера двоичнь|х
[атуральньтй
ряд чисеп
ле[ия дво!|чную, троичную' восьмеричную и т.д.
[1риведом пРи[иер. ||усть основание кода 1 =2, т. е. рассматриваемь:й
код состоит пи!1:ь из двух симвопов 0 и 1, такая система счисления назь1.
вается двоичной. [1ри основа:тиу1 п1 = 1! (десятинная система сшаслетпая)
эпементарнь!ми символами явпяются цифрь' от 0 до 9.
Фбщепризнаннь|м в настоящее вРемя яъляется пози|ц.тоннь|й принтцп о6разования системь| с(испения' при этом полное |испо полу{ается
суммированием значения по разрядам :
0ол ;ке ное
и'[и
системе сч1|споыляпереводится в
десятит|ну1о
:
1101(2) =|'2з +7'22 +о'2\ +!.2о =8+4+0+1=13т10).
во пд|огих слуаях попучает применение двоичньй рефлекс!!ь|й ко&
код |рея (по
изобретателя),
'1ме!111его ваРи!1нть1'
}ц*ть:вая возмо)к[{ь1е
рассмотРеннь:й вьтше двоичньлй код
}!а3ь|вают норм:шьнь1м.
24
68
2з
22
21
2о
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
2
0
0
0
5
0
4
0
0
0
1
Б отлитдде от норм!шьного рефлексгъ:й код формируется по следую.
щему пРавипу. ]|воиннь:й код дднного числа сдвигается 11а один Р:х!Ряд
шпРаво !1 сумм*|руется с *|сходнь|м по лрав|1лу гпо62 (суммирова:пло без
!
!сРеноса ед'\\{'4цв стаР|цие разрядь:),
3озьмем
к примеРу
ш1сло 7, преобразование котоРого из ноРм,шьного
,{воичного в Рефлекс1|ь!й вь:полнено ъ та6л,9.2.
[1реимушество кода
()||ного 1!исла к другому
|рея заклюнается в том' что пРи пеРеходе от
изменения происходят только в одном рьзРяде.
оу
}а6лица9.4
| а6лица9.2
9исла в двоично-двсятичном коде
9исло в рвфлексном виде
Бесовь:е коэффициентът
23
22
2\
{исло в десятш||!ом коде
2о
.[воично-десятичнь:й
с
разрядов
]{воичньтйкодчисла1
€двиг вправо на один разряд
|(од |рея чис:та'|
1
0
1
о
0
0
0
1.
1
1
!
0
0
1
2
3
4
5
полох(ения ме)кду кодовьт1}1и
'['ействительно,
'[ереход|1ь|е
коде и коде грея г1о табл. 9.3.
обозначениями чисел 7 ц8 в двоичном
6
рассмотрим
7
8
9
10
[аблица9.3
€равнонивтисо'|
8 о п ро сьт ёл я сагп
в двоичном коде и кодо !-рея
1.
.[1есятичное число
.]1воичньтй
0111
1
000
код
1(од
[рея
2.
0100
1
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0001
код
8-'4_2-|
0000
0001
0010
0011
0100
0101
01 10
0111
1000
1001
0000
кон трол я
(аков принцип формироватлия рефлексного кода?
(ако в прин[|ип формировагпая дво]ё!но_десятгтлного кода?
г л А в А 10. ФильтРАция и3мЁРитвльнь!х сигнАлов
100
$ 10.1. о6щие вопрось|
[(ак видно 14з та6л.9'3, при переходе от !мсла 7 к тислу 8 элементьт
двоичного кода меняются во всех четь|рех разряд:!х сразу' а пРи коде
[рея - только в одном. [1оэтому при возникновении оц]ибки с!ить1вания
погре1ш}|ость двоичного кода достигает 100 /о, а в коде |рея не превь1|даот
единиць! млад1цего разряда.
Авоичньтй код неудобен при вводе и вь|воде информации' так как
трудно опеРировать с непРивь1чнь1ми двоичнь|ми числами. кроме того,
при боль1||их числах (песятивньтх) заггтсь двоичного кода становится гро'
моздкой. '[1оэтому на практике полу{или распространение такие системь|
счисления' которь!е легко сводятся к двоичной' но в то же время сохра_
няют пРеимущества десятичнь|х. 1( гпдм относятся восьмеричшая, 1шестнадцатеричная и двоично-десят!|чная. ||оследняя получила наиболь].цее
распространение в измеритепьной технике' €уть ее заключается в том'
что каждая цифра десятичного числа (тетрадь1) представляется четь|рех_
разРяднь1м двоичнь!м кодом. [1ри этом наиболее целесообРазнь1м кодом
тётральт является 8*4_2*\'
8 табл.9.4 приведен двоично-десятичць1й код с весами 8-4-2-\.
}1огут бьтть двоично-десятичнь1е кодь1 и с весами 5 _| -2-| 14 2-4-2-1
.
70
о
весами
фил:ьтрашии
<}:лльтрашией в !|]ироком смь|сле назь[вается любое цреобРазов!]ние
обрабать!ваемь]х сигн11яов о цель]о изменения соотно|||ения мецду их
различнь!ми компонент:ш,{и. такое пРеобРазовалие мо)кет бь:ть как линейнь1м, т!|к и не'1инейнь1м' 14з_за сложносп| :ш1шиза нелинейнь!х систе:т1
0бработки сигн:шов фпь::пднство пРакп!чески важньп( Результатов полу_
||ено ш]я линейнь]х фильтров. Б то же вРемя удовлетвоРительной моделью
больгшинства измерительнь|х сигн!1'[ов являются гауссовь| случйнь|е пРо!(ессь1' т. е. пРоцессь]' [[лотность РаспРедепения вероятцости которь[х под!!и[1яется норм1шьному закону.
.[ля такого
к]1асса сигн:1пов линейнь|е фильтрь: обеспе|пп|ва|от возмо)!(-
!!ость вьщелет{л'л с тРебуемь|ми показателями полезной информа:щи из
смеси с помехой.
8 настоящее время длля фильтрашш|ц цмпульснь[х помех находят при_
менение нелинейнь|е фтшльтрьх, в котоРь1х в качестве оценки информатив!|0го параметра ситна'1а используется мед!{;}на плотности распределения
||ороятности. Фднако по своей распРостРаненности' математической обос|0ванности мегодь| линейной фильтра:щи 3на1ительно превосходят методь|
|
|]елинейной ф:штьтрацтша. [1оэтому далее рассмативаются пи1|ть первь1е.
14звестно, что линейная д{намическая система
мохет
бьтть представ7\
леш[ с помощью пеРедаточной функции,импульсной и]|и переходной харак_
теристики. |{ередатонная функтщя н(т'л) линейной системь! мо-жет бь:ть
определена как отн0ц|етпае функций, представляюцих собой частотньте
спектРь| вь1ходного и входного сигн:шов. йодуль передаточной функц:дд
\ н (| о) ! назьлватот а|!1]1питудно-частотной
хар:|ктеристикой системьт.
.4ействие фитпьтра
в
з}{ат{итепьной степегпд опРеделяется скоРостью
изр1енения :1п411питудно_частотной хар:}ктеРистики 3а пределами полось!
пропускания' т. е. кР)дизной амгглитудно_частотной характеристт:ки (А!{!,):
в =ё!!{(|оэ)1|ао:.
Амтшитудно-частотную характеристику удобно изобра:кать в двойном
логарифмишеском маспптабе' откладь|вая по оси частот 1д оэ' а по оси оршанат 1п ! н11 о:1 ! . €оответственно логаРиф:тштнеская крутиз[{а
о
= 41п
!н
(| со)!
|а|9о:
.
}1огарифм кру[изнь| является безразмерной величигдой, не зависящей
от маспцтабов по осям коорд}1нат' и измеря9тся в детдддбелах !{а октаву
(дБ/октава). Фктава представляет собой ед{!пп1цу измеРения интерв:ша
частот' причем одна октава соответствует интерв:шу' в котором частота
изме|1яется вдвое.
них!!их частот назь!вак)т фильтр с полосой пропускания от нуля до некоторой частоть: со1. Бнутри интерв!|па (0, с.'')
А9{ идештьного филльтра постоянна, вне интерв!ша _ р(|вна щ/лк).
€оответственно иде:шьнь:й фильтр веРхних частот имеет полосу про_
гускания от ('2 до ф. 14деальньгй полосовой фильтр имеет А10(, равную
нулю вне интеРв(}па (<о', оэ'). 14дештьнь:й загрцддющ:й (ре>кекторньтй)
фил:ьтр имеет А{{, р:вную нулю в некоторой полосе частот' |4 постош*тое
|4деальгътрт фильтром
значение вне этого интервапа.
[аким образом, А1{[ идеальньтх фильтров хар[}ктеризуются бесконечной крутизной' Реальньте фит:ьтрь| в отли!ие от идеапьнь:х иштеют А1[[
с конечной крутизной хар:}ктеристики.
3 теории линейньтх систем использук)т понятие физинески решизу6_
мой системьт. (}лальтр мо)кет бь:ть физинески ре:ши3уемь|м1' если между
подачей су|[на!\а на его вход и возникновением сигн!1па на вь1ходе систеп4ь!
имеет место при(инно-следственкая связь' т. е. сигнап на вь!ходе не может
появиться рань!ше' чем бьтл подан сигн€[л на вход. }(ак известно' реакция
системь1 на входное воздействие в виде единичного имщ/льса (дельтафунк:ии) назь1вается импульсной характеристикой системьт А(с). 1аким
образом, для физинески ре:шизуемого фил:ьтра необходитио, нтобь:
й(с1 =0 при/<0.
3то условие пазь|вается условием кауз'1льности.
8торьтм условием физинеской осуществимости фильтра является
затухание импульсной характеРистики со временем:
й(т)
72
*0
при
|
->ф
<!ильтр назь|в:1ют устойнивьлм, если вь|полняетоя условие абсодютной
и][тегРируемости ип4пу]1ьсной характеРистики :
!
-1п(!)\
ё{
1-
8 спектрал:ьной обпасти устойиивость фильтра опРеделяется критерием
|!эли-3инера:
] п,!носо]!
ёсо1-.
:+со'
|
(огпасно этому условию физииески неосуществишс фильтр, ам11питуд_
!|о_чаототная характеристика котоРого в !!екоторой полосе частот имеет
!|улевь|е значения. [аким образом, Рассмотреннь|е вь1|ше идеальньле фильгрь1 являются физинески нере:1ли3уемь|ми' т{|к как их амп'титуд'|о-частот]!ь|е характеристики в соответствующей полосе частот р!1внь| нупю.
Фильтрьт, не удовлетворяюш{,1е условию физинеской осуществимости'
!|азь]вают математическими фильтра1\4и. Фни могут бьтть осушествлень|
|} виде цифровой системь| обработки сигн€[лов'
$ 10.2. Аналоговая фильтрация
3 чиспе основ}!ь1х задан фильтра|щи измеритепь1{ь1х сигналов наиболь'
интерес представляют зада1м вь!деления, г1олезного спг|!а!|а, набпю/1аемого на фоне помех. 3десь мо>кно ука3ать следук)щие зада(|и:
п:.лий
обнаружег*те детерминированного
![омех;
сиг}!!1ла известной формьт на фоне
оценка информативнь|х пара]иетров квазидетерминиРовапнь|х
оигна_
',!ов' наблюдаемь|х на фоне помех;
фильтрация слщайньтх сигнш1ов.
Фбтиррке:пле сигналов. 3адача фильтрации
в рассматриваемом случае
состоит в такой обработке смеси сигн:1па и помехи' которая обеспещдла
бь: максимш:ьную вероятность пРавильного ре1шения относительно н{!ли||ия сигнапа в наблюдаемом слунйном пРоцессе. Форма сигн(шов известна'
|} этом
''р'*,
слг{ае
,'''Б*у
нет необход:дмости
ограни1ивать
искажения
сигн:ша
филь'
необходимо в прошесс{ филь|рации обеспешдть максимапьно
возмо)кное превь|1шение :|м11питудь1 сигн{ша над помехой, иопол|ьзовав
/щя этого разли1мя в свойствах сигнапа и т!омехи.
[1рещлолагается' что наблюдаемътй слунайньтй прошесс пРедст:1вляет
собой аддитивную смесь полезного сигн!ша и помехи. Рсли спектр сигн'ша
равен 3(7'со), а спектр{шьная |1'|отность энеРгии помехи [|(] ц), то опти'
мальньтй фильтр обнарухсетпля' как показано в теории статистических регшегшсй,
1|ием
должен обладать пеРедаточной функхией, определяемой отно!це_
н(1 о)=
###
"-!<а!о,
(10.1)
5(о)
:]{е 5* (] о)
;
функщдя, комтт'|ексно-сопря)кенная по отпо|шот:г:ю к
/11 - момент времени' в которьхй отно1дение сигна.г:/помеха достигает
птаибопьглего значения.
7з
-
Фптимштьньтй фильтр с ам]1питудно-частотной характеристикой ви-
да (10.1)
частоть|'
|о |
Рис. 10.1. &рактеристика ситнала:
а _ непрерь|ваная; б _ импульсная
|,*
хоро1шо пропускает те
на
которь!х
он
слабее
помехи, Фднако фазонастотная характеристика фильтра обеспечивает
синфазность всех частот сигн{ша в
момент вре1!1ени ! =|,, в которь!й
напРя)кения фильтра.
ш*:"Ё'?:";:
оп1имального фил:ьтра определяется вь]р{ркением
н (! ц:) = ,$*0 со) .
1акой фил:ьтр назь|вается согласов:}нньтшт. Бо врештенной области согласованному фи;тьтру соответствует пмщ/льсная хар([ктерутстика в'4д&
п(|)= х([о - [) ,
т. е. импульс1{ая характеристика согласованного фильтра явпяется зерк.]пьнь1м отображегп:ем относитепьно моме!{та набпюдегптя полезного сиг11ала[о (рис. 10.1).
@цегшса параметров квазидетерминированнь|х сигнапов. Рассмощим
задачу оценкш информативного параметра А спгныта х(с ) ъида
х(|) =А.и(с) ,
где ц(|) _ известная футткдцдя времени' о|1ись|в:|ющая форму сигн(ша'
наблюдаемого на фоне помех со спектр:шьной тшлотностью эцергии
Б теории статистических ре:шетптй показано' что рассматР|4ваемая
'|(|оэ).
задача Ре||]ается с пор1ощью оптимапьного фильтра, передато{1к}я функция
котоРого совпадает с передаточной функтцей фипьтра обнару;кения. давное обстоятельство имеет впопне опРеделеннь:й смьтсп, так как д]|я с}{и_
жения слунайной погРешности оценки параметра .4 по резртьтату измерения вь1ходного напряжения филтьтра в м0мент вРемени /9 необходамо
добиться максимума превь|:шения сигнала над помехой. €трукцра
соот_
ветствующей линейной системь| фильтратщи приведена на рис. \0.2.Асходньлй процесс а(с), представляюций собой
смесь спгныта х([)
^г"Ф1т!4Б|ую
и помехи' умножается на образцовь:й сигнал
ш(т), формпруемьлй генера_
тоРом
в интервале времени (0, г'), усредняется в |.1 и пошеРгается
линейному мастцтабному преобразованию,?-7. 3ьтходной вели.п.тной филь_
тРа яъляется оценка параметра А сигттыта х ( ).
8бразцовь:й сигнап ш ( с ) от!ределяет имтульс}|ую характеристику филь_
.тра линейной оценки, котоРая' как и в Рассматриваемом вь|!ше случае
обнарркегпая оигнш|ов' дол}кна бь:ть согласована с формой полез[|ого
/
т
14
|(орРелиров:|}|ного |шума' максим!шь!!()е значение вь|ходного сигнала ф:тль'гра в момент вРеме}п{
='о
'
_т)ат
у (|0)= [ х@)й(с
0
!о
=
производ,1тся измере}{ие вь|ходного
коРрелированнь|м слг!айнь|м процессом ;}:"';#}:
= е), то с точностью до постоянного мнохителя передаточная'функ:щя
сигнапа.
!ля лтцнейной 0ценки параметров
сигн;[пов' наблюдаемьтх на фоне не-
А
]-ц' (т)ёт
^
0
[аким
=
Рпс. |Ф.2. €груктра
.
образошт, коэффи:щент мас-
::гтабного преобразования дол)кен ус|'а!{авливаться исходя и3 соотно[пения
. |-о ' -
к"р__
||
А
ц\т)а
тра:
|! _ интецатор; л _
преобразователь
линейного фильгенератор1
// _
т-
]очность литтейной оценки пара]}1етра сигн!1па на основе использов:1ния
согласованного фильтра в случае' если форма ре:шьного с14г!1а!\а отли!|.
:га от формь!, от1ись!ваемой функтщей ш(с), может Рзко ухуд|1:иться. ||оэ'|'ому такие фильтрь: н:1ходят применепие при ре|шении задач оценив!шия'
которь!х неизвестнь!м 1ъпяется только инфорштативньтй параметр.
сйлльтра:|ия олупиЁшпь1х сиг[!алов. Ёсли форма входного сигнала ноиз|!сстна' то о]1ис.|нньцй вьт:ше цодход не позволяет реализовать оп1им!1пьную
с!ильтра:што пРоцесса. 3адача фильтра:щи здесь ре!}пизуется на основе ис!!ользования статистического кРитерия, обеспештвающего минимр! д|1с!!срсии воспРоизведения полезного сигн:ша. ({тобь: этот кРитерий бьш
||рименим' необхошдма априорная информашия как о ста1исп{ческих ха.
[)актеристиках помехи |(т), так и о статистических характеристиках попез|!ого сигнала х(т), которьтй с[итается слщйгтьтм. 8ьтходной сигнал фильтра в это|}1 слуае представляется связаннь}м с некоторь|м входнь1м линей.
!}
:пьтм
преобразованием
:
у(с) = /-!х(с)1 .
3то преобразов:|ние вьлбирают по условию задачи и пРи синтезе филь'
тра пРедполагается, что оно известно. Ёапример, т\,1о)кно потРе6овать,
'гтобьт
вьтходной сигнал совпад!ш со вход!ь|м:
у(с)
=
х(т)
.
Аругое условие' используемое при ре|шении 3адачи экстрапопя[ши
сигнапов' имеет вид
у(|) =х(г +Аг)
.
в соответствии с этим условием'
спг|йного сигц{1ла в моме}{т времени
по его иска)кен}ь|м помехой значениям до времени !. |пп зада}|'
!+
:пого^!
линейного преобразования сигнала может бьлть и 6олее сложнь:м,
||ри
А, > 0
ф:шльтр, ре.шизуе|!1ь1й
с:беспещлвает прогнозирование
|}
общем слг!ае вь|хощ{ой процесс представляется в виде
э(с) =
|'|х0)}
+
Ё(с)
,
помеха на вь1ходо фил:ьтра.
где |(с)
=
75
€интез фильтра в этом спучае осуществляется в соответствии с кРит€.
рием:
02 = /[4 |2([) _ у(!)1 2 = гп1п ,
где
|14
_ обозначает операцию статшстического усреднения.
(ак показано в теории статистических
ре:шегшй' имгульсн!ш| характе.
Рисп{ка оптим:шьного фильтра в Рассматриваемом случае опредепяется
на основе ре1цения интегр'шьного уравнения }(олмогорова*Бинера, кото.
рое д'|я непрерь]внь|х процессов имеет вид
! -п
(')
к,
(|
-
|') ё
т
=
|{', (т),
тде ]а(т) _ ]1скомая импульсн(и хаРактерисп:ка фильтра| к,(| _ т) _
автокорРеля1ц,1онн;и функшия вход|{ого процесса; к"',(т) _ взадмная
коРРепяционная функ:пая полного входного пРоцесса *(с1 + ц1т1 и вь1ход.
ного спгнатхау(г).
Б спектральной области оптимапьнь|й фи.г:ьтр опРеделяется передаточ.
ной функшией вида
,') = 6.' 0 ц:) ||'(! о:) ,
6,,(! о) _ фрье-преобРазование
14/.(1
ь7 _ спектР!шьная
где
=
м{[х(с)+
взаимной коРреля1ц.1онной функ:щи;
]1лотность энергии вход}|ого пРоцесса.
Ё(|)1 х
( _т)!
=
|(*(т)
'
автокоРреляционная фщкция сигна;та х(с)'
[1оэтому ур:шнение (опмогорова-8инера принимает вид
(х (т) _
7*п
{"1к'0 _т)6т=
ъ1!!\4
|у
!{*(т)
,
Ф)
Ё(|о:)= ,-'0'').-1]+ [| <л) '
гАе [|*(1о) ут [|.(1о) - спектр:шьнь1е
ёле
'(1
|ш1отности энергии полезного сиг-
н.ша и помехи соответственно.
.[аннь:й фильтр по помехоустойпгтвости уступает фильтру обнаружения,
которьтй обеспе,швает концентра1|ию энергии сигн1ша в опРедепеннь:й мо.
мент времени. Фднако данньтй фильтр обеспе.птвает миним!1пьнь1е искаже-
||р' вБ:соком отно!цении си1нал/помеха \| *(} о:) /ш о)
= | у1 вь:ходной су!г\1а!| пР:}ктически не иская<ается' но на
частотах' где доминирует помех. |0с0,о_) >> !,|'(|оэ)1'нцо1 '(1
=1
сигн:}п подвеРгается сипьному иск:!кению. Б то же в}емя гпакакой другой"
11\4я с\]!тна!|а..
имеем н(1
<о)
фильтр не в состоян:д,т о6еспечить пуч1шего результата'
ни бь:л полреннь:й.
каким бь: гшохим
ЁаРяду с РассмотРеннь|ми задачами обработки спунайньтх пРоцессов
в измерительной техгп:ке фильтралщя исп0пьзуетоя \4 для обработки квазидетерминиров:}ннь|х сигн:!лов' напРимер Бля а|1а!|цза частотного спектРа
16
с
'
вь]деления узкой полось1 спектРа' в
а1114я, 14 др'
ооРедоточен основной поле знь: й сигн:ш с| лы\0|в
$ 10.3' ||,ифровая фильтрация
8 больдшинстве практически важнь|х слг!аев измеРительной техштки
реа]\|1зы]!я фильтров с заданной передаточной функ:ией в виде ан!шоговьтх устройств оказь1вается весьма спожной задачей. [|естабипьность паРа_
метров устройства обработки вь|зь1вает неконтролируемь|е изме}'ения
(погре:'лность) вьтходного сигн(}ла' что является одним из основнь|х }{едостатков ашш[оговьтх фгшльтров.
!!ифровойп фильтр ((о1 предстдвпяет собог] щ:фровое устройство,
ре{}лизу!ощее в общем слу{ае Ре1шение уравнекия в конечнь1х Разностях
следуючго1вида:
*\
!*=.2.а;/к- т+2 Б'х'
!4 | к_|'
!=!
]{
(10.2)
и входного сигналов фильтра соответконстанть!.
Ёсли 'изв'естньт коэффициенть| а, ш б' отсчеть| входного су1|11а!!а х!
при!2 *^| + 2 и нач.шьнь:е значения'-у* т,!_э, '..,!
-м.. 1,1Ф,используя
0.
приведенное вь[р:окение' можно рассчитать отсчеть|/,. для любого |
|!ри :щфройой фильтратщи_ входной и вьлхой*ой сигн:шь] являются
п:ифровь:ми. 1ак как опера|ц,'я умножения отсчетов тифрового сигнш1а
на чиспо вь|попняется неточно за счет округпения или усечения произведений, то в общем случае :ифровое устройство неточно Реапизует указанньтй
!!т[горитм и вьтходной с!4[11ы\ отличается от тот!ного ре1шения ур:внения.
Фднако в [Ф погре|шность вь|ходного су1[|1а'|а не зависит от условий, при
которь1х работает фильтр _ температурь1' вл(}кност|\ 14 т.п. (роме того,
зта погре1цность контролируема. Ре мохспо уп4е}{ь|||ить' уве]1и(ивая !|испо
разрядов' используемь!х уля предот!}впения отсчетов шифровьтх сигн:шов.
14менно'этим опРеделяются основнь!е преимущества 1]Ф по ср:шнению с
анапоговь!м - вь|сокая точность обработки сигн{шов и стабильность характеристик.
@снов ньте недостатки циф ро вь:х фильтров следуюшц.{е :
относительно низк{и скорость обработки информатщи, которая ограни[мвается бьтстродействием используемь[х устройств шифровой обработки;
нео6ходимость использования на входе и вь1ходе аяалого-тцафРовь|х
и цифроаналоговь|х преобразователей;
относительно боль:цая потРе6ляемая мощность;
относительно вь[сокая стоимость.
Фтмеченнь:е особенности позволяют с!итать цФ перспективнь1ми
главнь|м образом т1р|1 з|1ачен\4ях частот дискретизации до сотен килогерц.
1!ифровой фильтр, реа!!у|зующу{й алгоритм (1о.2) назь!вается РекуР'
сивнь1м. 8 больт:пднстве пРакт}1чески вокнь1х случаев :шгоРитм фщк:ионирования рекурсивного филльтра мо)кет бьтть представлен в более простом
|'\\е
[1ри реш:онии зада|м оптим.шьного воспроизведения входного сигн!1ла
(у(с) = х(|)) ,не зависящего от помехи, имеет место Р.венство
(''(т)
кото рой
ху,
уь -
отсчеть] вь|ходного
ственно; 0,, 6,
|{ (:
где
сигна"пов (анализатора спектра)
-
в|,1де:
)
л/_
А 3 д Ё л 4.измвРвниЁ элЁктРичвских вЁличин
АнАлоговь|ми и циФк)вь|ми пРи БоРАми
Р
1
!у=0тх'*,?',!хк -
|.
в (10.2) все коэффициенть| 4,. пол0жить равнь[ми ггу1|о' то полуалгорит1!1' оттись1ваюццдй фгткци6:п.:рование неРекуРсивного :'щфро-
Бсли
чим
гл Ав
вого фипьща:
уь=
%бс'ь -т'
[!ерекурставгъ:й фильтр иначе назь|в:||от тр:}нсверс:[льнь|м. !дя реыттаза|ц{и |шгоритма цифровой ф:ш:ьтршщи с помощью трансверсш:ьного фильтра на оддн отсчет вьп(од1{ого сигн{ша необходимо вь]полнить 1/ операший
умножения и -|/ _ 1 опеРацию оло)кения.
8 отли.л:е от трансвеРс:шьного Рекурсивнь1й фильтр тре6ует мень1шего
1исла операций на од:дн отсчет' так как он испо']ьзует результатьт пРедь1дуцщх вь|т|исле:ддй !1/1 < л!. 9то преимущество в бьтстродействии заставляет искать возможность .шпроксимаш:лл требуемтого фильтра рекурсивньтм. [{апримеР' д'|я Ре1шения часто встРечающейся в измерительной технике задат1и. вь|ч}1сления текущего среднего значения сигнапа на д:|нном
отрезке времени :шгоРитм функциолштровапия тр:шсверс:1дьного фильтра
имеет вш1
. л-1
у'_ й| 2
,ъ
Ёо
х'
^1с _1'
3десь на ка:кдьтй отсчет ! 2 11еобхощтмо вь|полнить 1{' слол<етптй. Ёетрудно видеть' что та же задача может бьтть ретшена с помоц{ью Рекурсивного фильтра:
х'' -
!к=у"]._:+Ё.
х*
_//-
1
1аким образом, мо)кно вь1т|ис'1ить текущее среднее значение еу1[11а!\а'
используя топько три операции сложения вместо .А{'. Ёеобходимо от]\4етить'
что (исло опера:щй здесь не зависит от количества отсчетов' по котоРь1м
происхош{т усРедкение.
&фровая фильтралщя измеРительнь|х сигн!1пов в настоящее время
интенсивно развивается на основ9 использования новейцпдх достихсетптй
вь11|испительной техники. Б последние годр! появипись спе!ц{:1пизиров!шнь!е процессорь| в интегР(шьном испопнении для обработки измеРительнь|х сигна]|ов' имеющие в своем составе А[|| на входе и [А|| на вь|ходе
и позволяющие испопьзовать методьт цифровой фипьтрашии при о6работке ана.т1оговьтх сигн!1пов без дополнительньп( аппаРатнь|х затрат. БпагодаРя использованию новь1х пдей в области Реа]|!4за|ц4|4:шгоритмов бь:строго
преобразовагття Фурье (БпФ), существенно повь1|цается скоРость :$дфровой о6работки сигн!!"пов' что позвопяет рас|]|иРить частотнь1й диапазон
измеритепьнь|х сигнапов' котоРь1е 1!1огут бьлть обработань! с п6м9ттЁр |{ф.
А
1
1.
АнАлоговь|в пРЁоБРАзовАтЁли
и измЁРитЁльнь|в пРи БоРь]
$
1
1.1. 3лектромеханические
измерительнь!е механизмь: и при6орь:
Анал:оговь:е электромех:шические измеРительнь|е приборь: имеют
!1]ирокое Распространение. €труктурн{}я
схем1а электроп4ех!1нического
::рибора изобрая<ена на рис. 11.1. Фна вклк)чает в себя измеРительнук)
|(е{ъ' измерительньтй механизм и отсчетное устройство [,1змерительная
цепь слу)кит Бля преобразования вход}|ого сигнала в промежуто!!нук)
вели|ину' непосРедственно воздействующуто на измерительнь:й меха:пизм. |4спользование в качестве измерительной цеги преобразователей
рода вели(ин (вьлпряптительного' термоэлектрического ц др.) опреде-
,,|яет назв?}ние
в
прибора |1.6,!.7 ,1.10]
.
14змерительньлй механизм преобразует входной электрическпй спгнатт
механическую энергию перемещения подви:кной части. ||ерем:ещепие,
как пР1шило' представляет собой повоРот подвижной части относительно
||ег|одвиж[|ой оси на у[ол а.
Фтсчетное устройство состоит из указателя' хестко связанного с под_
вижной частью измерительного механизма' и неподвих<ной г:п<ш:ьт. ||од-
вижная насть преобразует гловое перемеще!{ие механизма в переп,{ещение
указателя' при этом ве]1и(ина 0 отс1ить|вается в единиц{й деления 1шкапь|.
Бращаюший момент |}[",, пействующий на г[одвижную систе|!1у' опре|\еляется производной от э}тергии поля по углу откпонет*тя подвил<кой
части:
й",=
ё 0'|4а
(11.1)
'
гпе !|' - энергия магнитного поля
систе!у1ь1
контуРов с токами или энер-
гия электрического поля системь1 заРя)кеннь|х тел'
3ид фуцкции (11.1) для к:Ркдого ко}{кретного электромеханического
лтрибора пРиведе|{ в
табл. 11.1.
Б зависимости от характера язт!е|\!|я' используемого для создания
вращающег0 момента' разпичают следуюцц,1е системь| электромеханических измерительнь1х механизмов и приборов: магнитоэлектРическую'
8опросьт 0ля самоконтроля
1.,|1айте понятие фильтрации сигнала.
2. Ёазовите условия осушдествимости фильща.
3. (акие задачи аналоговой фитльтрации сигналов вьт знаете?
18
&:с. 11.1. €\руктурная
рите]1ьвого прибора
охема электромеханического
из|!1е_
элоктромагнитнуо'
эпектродинамическую'
электростатическую!
[!роёолэкеное табл.
и}цук-
ционную.
8
ллюбом электромеханическом преобразователе действует также
}тавнове1шивающий противодействующий момент й', завпсяший от а и
напр!влен}|ьпй в сторону, обратную
8 зависимости от способа
й''-.
создан]{я противовоздейству}ощего момента
электромеханические прео6разователи (приборьт) подразделяют на две
группь!:
с механическим противодейств у|ощим моментом
изме_
|(инематическая схема
механизма
|)ительно|'о меха_
.
'{а6лица11.1
изме-
(инемат:длеская
рительно['о
механизма
схема
Братцаю- }равнение
ш|ий мо-
меха-
)пекщо-
Фбщее вьра>кение
|1 =
'!оский
|!римсиа::ие
дсо$фх
и]\и
ческий
ш
а=
5!
ш"
^#,
[1риптеиаттие
- ток
подрижной
катуш]ки, 12
*
неподв|Фкнь!х
ток
кату-
_ взаиминдуктивность
тлек, 1|11'2
ная
между
подвижнь!ми
неподвижнь!ми
и
кату1пками, 9 _ угол
ш
,(со5фх
мп |1и
х ё0т,э' х !ць2-
ёа
1 *'- ток в обмотке
рамки, 5 _ чувст_
11
тока
/}4=[,]"х а= |х
!:|к:1ль|
= Бв14|! ц=в-!!!--1
ц= 1_1,1.1
.[дя переменного
мент
Р[
!,!,|
,#*
!1из т!{а
[агнгго_
элекщи-
1.1
низма
)(арактеристика электромеханических измерительнь|х механизмов
1ип
8рашлаю- }равнение
шд{й момент
/1инами-
;
с электрическим противодейств ующим мо]\,1ентом (логометрь:)
'|'ип
1
сдвига
тока-
ме)!(ду
12
аа'
ви'гельность. 3 -' ак-
тивная плошдадь рам_
(|[.Р-числовит_
ков обмотки. 8 _
индукция, \| - уцельньтй противодейству-
ютций момент
,0ерродт-
2/
}|ам}+|ес:<ий
3лектромагнитнь:й
м=!/ха=|
]2х /-токвобмотке
2
21ц
кату!лки.
|,
ин-
ха|
аа
х!!
аа
дуктивность
ка_
('&1
_
коэффи-
шиенть:, определяемь|с
консгрукцией изме-
рительнъ1х механиз_
мов и вьтбором
сис-
темь1 единиц
2
)лекщос'гатичест<ий
80
й<*е:гвч'м1
-х]:-
-
ту1цки
(т8]эх ц=(|'[21с
х соз(Б' 12) х соз(11, /)
Р1=
-
м=+
"\
хас
'аааа
а=
$,'?х
хас
и_
напряже}'ие меж-
ду элекщодами,
емкость
(
_
между
электодами
р1
8 приборах первой гРуппь1 механический шротиводействующиЁ момент
создается с помощью с11иР:[пьнь|х пружи1{ок или то}{ких гпдтей _ раст'окек
1{'пи подвесов.
[1ри повороте подвижной части эти упругие элементь| з1}крг{иваются
}1 создают противодействующий момент
[4.= 6а
6_
)
(|\.2)
удельньтй противодействуюшщй момент' зависялцй от свойств
применяемь|х упругих элеме}{тов.
Б приборах второй груттпь| противодействуюшшй момент создается
так же' как и вращ{}юццдй момент.
где
11ри установив1цемся откпонении подвюкной части вращатощий и
противодействуютший
0"р=
й,.
|!одставив (11.1)
моментьт оказь|ва1отся равнь1 ме)кду ообой
(11.3)
и
(11.3)
в (\\.2),
полг{им
преобразова1114я рля измеритель}!ого механ!,13ма
а=Р(х)
:
в общем
виде ур:в!|ение
:
,
которое !|азь1вается также уравцением |дкаль!.
Б табл. 1 1 . 1 приведень| уравнения !цк:}п для разли1{!{ь!х измерительнь|х
механизмов. |{роме указаннь|х п.1оментов на подви'(ную часть измерительного механизма действуют моменть:, обусловленньте трением в опоРах'
трением подвилсной частш о во3дух и вихревь1ми токами' возникаю|]дими
от вз:|имодействия мет;}ллических масс и магнитнь|х полей.
Аля уменьгпения времени успокоения подвижной части в из!иеРитель_
ньтй механизм вводят успокоитель' создаюшщй момент успокоешия.
3тот момент напР!}влен в сторону' противополо)кную напР;1влению
,щижения подвижгтой'част\4':*| равен нулю в состоянии равновесия. йомент
успокоения пропор|дионален коэффцциенту успокоения и рловой скоРости движения подви)кной части. (роме пеРе1!исленнь|х электромеха}{и_
ческих приборов применяются так)ке те|1ловь|е' вибрационнь1е и др.
Рассмотрим особенности
измерительнь1х механизмов.
и
прин|{|{пьт действия электромеханических
йаггпдтоэлекщинеский измерительньтй мехагизм состоит из постоян|у/
- 5, неподви}кног0 цилиндрического сердечтцлка 2 с рамкой, двух с|1иральнь]х противодействующих пружинок и
ного магнита / с полюсами
стрелки 3' >кестко укрегшленной на подвихсной оси.
Бращаюшщй момент создается в результате взаимодействия магнит_
ного потока постоянного магнита и тока' проходящего по кату[шке; пРоисходит отклонение подвижшой части измеритель!!ого мех:|низма относи'
тельно цеподви)!шой. Различают мех:1низмь| с г1одвижной рамкой и подвижнь!м магнитом. Ёаиболее распространень| механизмь| с подвижной
рамкой. [1о конструкции магнитной системь1 измерительнь|е механизмь|
подразделяют на механизмь[ с вне1]]1{им и внррирамочнь!м магнитом.
|,1змеряемьтй ток проходит в обмотку через две с!]ир.}пьнь!е пружинь|,
которь!е одновремег{но создают противоАействующий момент.
82
}1з уравне:пля !пкаль1 м{шнитоэлектрического
видно' что ]цк:1ла р|1в!{омерная.
механизма (табл. 11.1)
]( достоинствап4 м:шнитоэлектрических и3меРительнь|х механизмов
относятся вь1сокая чувствительность, боль:цая точность' незначительное
влияние на режим работьт вне|пних магнитнь|х полей.
Ёедостатками магнитоэпекщических механизмов являются слохная
пи|шь в цепях пос-
и доРогая конструкция' возмо){(ность использования
тока.
йагтпттоэлекщпческие и3мерительнь|е механи3мь| с механическим
дтротиводейсшуюцщм |}1оментом применяются в :!]!1перметрах и гапьв:шометр:|х г!остоянного тока' а также в некоторь1х типах омметров.
в магнитоэлектРических логоп,[етрах противодействуюшщй момент
создается не механическим путем' а электрическим. € этой целью подви)к|{ую часть вь|полняют в виде двух жестко скрет1пеннь1х между собой рамок,
по обмоткап,: которь!х проходят токи 11 п [ э. !ля созда1!\4я противодействующего момента пружинки не используются, а ток к обмоткам подво]д.[тся с помощью безмоментнь|х проводников. Ра рамки действуют
моменгь1, наг[р;вле}{нь1е в противопопожнь!е сторонь|' Фд,лн из моментов
тоя}{[{ого
а дряой _ противодействуюш|им'
|[ри этом з!шисимость угпа поворота является функтщей отно1цения
можно сщ1тать вращаюцд{м'
токов:
а = Р(!1||2).
[1ринхип действия злектром?шнитнь|х измеритепьнь1х механизмов
основан на взаимодействии магнитного поля' созда1|ного }{еподвижной
катутшкой, по обмотке которой протекает измеряемьтй ток | с подвижнь|м
сердечником, эксцентрично насах(еннь|м на ось вращения. [1ротиводействуюшлий момент создается спир:}пьнь!ми пРужинами. |,1зштеряепльй ток
при прохождении по кату|цке ,[ создает магнитное поле' которое, воздействуя на под3ихстьтй сердечник 2, стретс,ттся расположить его так, ттобьт
э}{ергия магнитного поля бьш:а наибольц:ей. [1ри этом закргивается пРгхи-
3' и
возникает противодействующий момент |1,.
могут пРименяться д'!я измерений в цепях
постоянного и переменного токов. Форму сердечника подбирают так,
что |цк:ша становится пр:|ктически р!шномерной, наштная с 15 - 2Ф %
на' перемещая стрепку
3лекщомагтпатнь:е приборь1
ее
конечного значения.
в
ам3лектромагнитнь|е измеРитепьнь1е механизмь| используются
перметР:!х, вопьтметР;ж, фазометрах и частотомерах. [лавнь1ми достоинствами электромагнитнь:х приборов являются простота их конструкц|!и'
способность вь|держивать боль::п,те перегрузки' воз}у1ожность применения
дл|я измереут,тй в цепях постоянного и переменного токов. [1едостаток
этих приборов - м:шая точность и невь|сокая чувствительность.
[1ри:щип действия измерительнь!х мех:}низмов эпектрод|{намической системь1 основан на взаимодействии магнитнь|х полей неподвижной
/ и подви>кной 2 катуплек с токами [' п 12. Ёеподвих<ная кату:шка обьтн-
но состоит из двух ош1наковь:х настей, разделеннь|х возду||]нь|м зазоРом.
83
Благодаря этому обеспешсвается требуемая конфигура1{ия магнит!|ого
и упобство Расположения осц 3. [1орижная кат).1||ка' укре!шенная
ос'\ \1'|у1 Растяжка)(, может повоРачиваться в}{утри неподви)кной.[|епод'1а
в\4жная' и пошижн:ш[ кату|шки механизма имеют круглую и прямоугопьную форму. Фни изготовляются из медного илп ы1юмп'{!\евого пРовода
попя
и обь;чно бьтватот бескаркаснь:ми. [1ри одновРеменном изменении напРавления токов [1 п 12 знак угла отк]1онени'| не меняется, [1оэтому приборь:
в этой системе могут пРимоняться д]]я |1змерений как постояш|ого, так
и пеРеменного тока.
Фсновнь:ми
достоинствами
электродинамических
мех!ш|измов явля.
ются вь1сокая точность и стабильность показаний во времегпд. 1( недостатка]![ относятся малая чувствительность' влия}{и0 внешних магтитнь:х полей
на показания прибора, бопьхцая мощность потребле:пля,
частотнь:й диапазон.
огра1тинетпть:й
3лектродин:|мические мех{|низмь] используются в амперметр!ш(' вольтметР:!х, ваттметр{1х вь1соких классов то1]}!ости 0,1; 0'2; 0,5 дл:я измерений
на постоянном и перемен}!ом ток:1х' а также в фазометрах.
8 ферро4анамическом измеРитепьном механизме неподвижная кату1шка / имеет магнитопровод из м:шнитомягкого матеРи:ша' что приводит
к существенному
возраст!шию магнитного потока и' следовательно' вращающего момента кату1||ки 2, 3 резуьтате р|ень1цается собственное потре6ление мощности 14 ьппя11'{е вне!шних магнитнь|х полей.
1о.лкость феррош:намических приборов ниже' а частоттъ:й д{и!шазон
,
у)ке п0 ср1шнению с д}|апазоном электРод1{н:}мических приборов. Ферродинамические приборь: используются в качеотве шштовь|х и переносньш(
приборов пеРеменного тока' а также само]!и1дущих приборов.
Работа электростатических измеРительнь|х мех:шизмов основ:|на
на вз'!имодействтцп двух систем заРяженнь!х электродов 1 п 2, одна из
которь]х подви)к[{ая. [еремещение подвихсной части 2 осуществляется под
действием непосРедственно пРипоженного !|апряжения' что привод]{т к
измене1!ию емкости системь|. 3 указанньтх измеРитепьнь|х мех!шизмах
изменение емкости происхош.1т либо вследствие изменения активной
тшощщи |шастин (см. табп. 11.1), или пРи изменен\4у| Расстояния между
пластинами. [1ервьле испопьзуются в ш&1товь|х и пеРеноснь|х вольтметрах
на напРяжения от десятков до сотен вопьт' втоРь|е в ц|итовь|х кило-
-
вопьтметр{ж.
9гоп поворота под3ижной части измеРительного мех:!низма
|щонш1ек квадРату значекия напРя)кения
и
пРопор_
множителю ёс|11а, поэтому
вьтбором формьт подР1'кнь]х и неподвижнь[х ттпасти}{ можно. добиться
практ}1чески РавномеРной :шкш:ь: на у{астке от 15 до 100 % веРхнего
предела измерения.
к
3лектростатические приборь: пРактически инвариа||ть|
изменению
температуРь|' частоть|' формь: кривой пРиложенного напряжения и вне1ц}|его'магнитного поля. (обственное потребпегпте мощности приборов
на пеРеменном токе м:шо' а на постоянном токе _ пРактически р{вно
нулю.
84
3лектростатические вольтметРь1 используются д]7я и3меРения [{апРя_
жения в 1широком частотном диапазоне (от 20 |ц до 30 м|ц) в м!шомощнь|х цепях' а также в цепях вь]сокого напряжения до сотен ки'1овопьт.
|Ф:асс точности приборов соответствует 1,0; 1,5; 2,5; однако они могут
бь:ть вь:полненьт и более точнь|ми _ класса 0,1 и 0,05.
11ринтщп действпя индукционного измерительного механизма основан на взаимодействии двух или нескольких переменнь|х магнитнь|х
потоков с токами' индуцированнь|ми ими в подвижном :шюминиевом
/циске. .[ля создагпая вращающего момента необходимо иметь не менее
двух переменнь|х магнитнь|х потоков ил\4 двух сост{впяющих одного
потока' сдвинуть1х по фазе и смещеннь|х в простр:1нстве.
Б
зависимости
от тиспа потоков'
пересекающих подвижную часть'
индукционнь|е механизмь|моцт бь:ть одно. и многопотоцнь1ми. 8 настоящее вРемя наиболее |цирокое применение находят многопоточнь1е измерительнь|е механизмь| пРи создании счетчиков электрической энергии.
[1одснет израсходованной активной энергии осуществляется по числу
оборотов п р'1ска с помощью сг|етного механизма.
||р*т реа;хпзы114|4 разл14чнь]х 3адач измерительной техники совместно
с эпектРомеханическими приборами н:ходят пРименение |шунть1' делители напря)кения' измерительнь|е трансформатоРь! тока и напрюк0ния.
[|утлт является преобразователем
тока в напРяжение и предст:шляет
собой резистор специ€шьной копструкции' ||рименяется в основном в
це{и1х постоянного тока с магнитоэлектрическим и3мерительнь:м прибо_
ром и пред}!азначен дл|я рас1пирения пределов измеренияь п раз. (опротивление 1шунта опредепяется из следующего вь1ражения:
д =Р__и,\"
/(п_1\-'
_'1п
'
гАе /?, - сопроп.1вление и3меРитель}|ого механизма; п = ||!.' _ коэффици_
ент :ш!''ттироБ^'и"; ! _ пзмеряемь:й ток; /, _ ток ,'*-р#'',ьном меха"
низме'
[|унтьл изготовляют из манганина и [7Рп измерении неболь::.пдх токов
(до 30 А) их встраивают в корпус прибора..[ля измерегшая больхлддх токов
(до 7500
А)
применяются наРужнь|е 1шунть|. 1||унтьт подразделяют по
0'02; 0,05; 0'1 ; 0,2 и 0,5'
Расх:п:рение пределов измерения и3мерительнь]х механизмов по напряжению осуществляется с помощью резисторов' назь!ваемь:х добавоик.,1ассам точности:
нь|ми сопротивле|1иям\4 и включаемь1х последовательно с и3меРительнь|м
механизмом" 11ри необходимости рас!циРения пРеделов измеРения вольт_
метров в?п раз добавочное сопротивление
&'=Р"(пэ_|),
г]{е л{, - сопротивление и3мерительного механизма: па =ас|и'': ц _ 14змеряемое напрркение; ил _ напряжение постоянного тока' необходимое щ:я
полного отклонения подвижной части измерительного механи3ма.
.['обавочнь:е резисторь| изготовляют из манганиновой изолиров[ш_
ной проволоки и также подразделяют по классам точности.
85
7н
[4змерительнь|е трансформа_
торь| тока и напряжения служат
(:преобразователь переменного тока в постояннь1й). !т|ироко исполь3уются
]р[я этого полупроводниковь|е приборь|' термопреобразоватепи'и эпек'
д:я преобразов:}ния боль::пдх переменнь1х токов и н:!пряжений
в м!шь|е. |{риштене:шае измери-
8 зависимости от типа используемого пРеобРазователя
вь|пРя1|1ительнь|е, терм0электРические и электро1{нь|е.
приборьт
|)аз'1ича1от
|РадуиРовка приборов вь|прямительной системь] ос)дцествляется в
;1ействующих значениях. тока (напряжеттия) при синусо|цалш{ом токе
|'роннь1е ла}11ь!.
тепьнь|х трансформаторов обес_
пет!ивает рас1!]ирение предепов
измерения по току и
(усповно
н:1пря)|(е-
нию' г{шьваническое Разделение
1ралсформатор состоит из
двух изолиРованнь|х обмоток:
первинной с 1ислом 9тс1(ФБ Р1
и втоРи1ной с .птслом витков
ш2 (рис. !\.2, а' б), размещеннь1х на м:шнитопровод1!х.
3 трансформатор:х тока обь]чно перви1шь|й ток 11 больдпе вторичного
/2, т|о31Фм/ в них ш1 1ш2.3 трансформатор:ш( напРл{(ения первичное
6!
=|'[',|{,=ш1|и2).
и
н:шряжения изготовляют
[,1змерительньле трансформаторьт тока
стацио}!арнь!1}1и и переноснь|п4и (пибо лабораторнь::ъш.:) .
.{дя измерения постоянньп( токов и тапряжентй используются м!шни-
тоэлектРические амперметрь| и вопьтметрь|' примен'!ются так)ке электро,инамические, ферродинамические и электРостати(!еские приборьт'
[4аггпдтоэлектри!!еские амперметрь1 и вольтмещь: наиболее точнь|е'
имеют вь1сокую чувствительность и р:шкомерную !||капу.
8ьтгускаемь[е магнитоэпектРические ампермец)ь1 и вольтметрь1 конструктившо вь1попняются переноснь1ми и щитовь|ми.
3пектроизптерительнь|е приборьт вьтсокой чувствительност}1 к току
и'|и напряжению' имеюц|ие неградуированную !|!капу' назьвают гальванометрами. Фни используются в качестве нуль-и!щикаторов, а т!}кже д'|я
измерения маль|х токов' напряжетпай и количества эпектРичества в спе-
схемах.
.[дя измерегпля действуюц{их значспий тлерепсеннь1х токов и напрялсеьпдй используются электром&гнит11ь.{е' электродинамические' ферРод],[намическ1].* амперметрь| и вольтметрь|' а также эпектростатические
|ц,!:шьнь|х измеритепьнь1х
вольтметрь1.
Бьтсокая чувствительность м;шнитоэлектРических приборов
т;ле
перемен11ого тока
86
и
их достоинства обеспещдвают возмо)кность их испопьзов;шия в
с применение1!1 предваритепьнь!х
дРу-
це]ш{х
преобразователей
ипи
близкие
ток'
к синусоиде'
фортиъ: кРивой от си-
в приборах возникает дополнитепьная погРе!шность.
|,{змере:п:е электрической энергии осуществляется с помощью и}цук|ионнь1х счегиков (кинематинеская схема цриведена в табл. 11'1). ||о
|'о(шости счетчики активной энергии подР.шделяются 11а, кпассь1: 0,5; 1'0;
2,| та 2,5; счегмки реактивной энеРгии _ на классь| |,5; 2,0 л 3,0.
.[дя измерения активной мощности в трехфаз:ь:х тРехпровод}!ьп(
меритепьного устройства.
напря)кение и1 больлше вторичного !/2, ||Ф3!Фй} ш1 } т+:2. [1о схемам включения и усповию работь1 трансформатоРь1 тока и напрЁ!(ения отличаются
друг от дРга (рис. 11.2). |{оказа|1ия А и 3 необходимо у}1ножитъ на соот=
ветствующие коэффи'ц{енть| трансформации по току и напряжени]ю
напря)кение
о1итается
!|усо!4ць1
частей измеРительной цегш1, согласов'шие отдельнь]х частей из-
Ртте. ||.2. (}епла подключения щаноформаторов тока и напря)кения
.4 _ ампермегр; 3 * вольтметр
т!}ковь|м
с коэффи:щентом формьт, р:внь|м 1). |!ри отпи1ии
*
*
!
!
11спях приме}1яются д{вухэлементгъ:е ферродин:1мические ваттмещь|' а
в четь|рехпроводнь|х це]тях _ трехэлементнь!е.
1,1змерегпае активной и реак1ивной энергии в трехфазнь|х це[ш[х пере'
м енного тока пРои звод}1тся т!ехфазнь:ми электрш!ески|}1и счетчиками.
14змерегпае угла сдрига фаз и коэффи|{||ента моц{ности осуществляется
с помощью фазометров. Ёаиболее часто в фазометрах используются элек'
1'родинамические погометрьт. Фбь:нно они имеют предел измерения со$ 9
от 0,5 до 1, класс тотшости 2,5. 3лектромех:шический прибор для измеРечастоть] назь1вается электРомагшитнь1м Резон{}нснь|м частотомерм,
']ия
которь:й т;!кже строится на основе эпектро- и ферропинамического пого'
метра.
3
табп' 11.2 приведень1 технические хаРактеристики некоторь!х сов-
ременнь]х :!н!!логовь|х при6оров
.
|
]а6лица11.2
[о<ничоскио хФакт€ристики
8налоговь:х прифров
|1риборьт Аэмтця- [1редел изме- 1!астотнь:й
емая
ве-
ретпт|с'
л|т|ина
йагнито)]|сктри_
1=
ц-
!!сские
ц,
10-€
1о4 -
!,
в
А',
диапазон'
-
50
6.102
|
магнитнь1е
ц
0*6.102 0_8'10з
|)лектро_
|
10-5 --50
,1инами-
ц
-
ность,
гц
)лектро-
10*4
|1ощеттт_ €обственное
?о
Бь:ходное
пощебле_ сопротив-
ние
моц$|ости, ление'
8т
0,05
10-6
о'2
0,1
Фм
2,5. 102
о-6.102
о-104
0,|
!!сс|<ие
8'7
1роёолхсеное табл.
[1риборьт !,1змеряемая ве-
изме- |!астотньтй
реътий'1,А) диапазон'
|!редел
(-/'
л14чу1}1а
3лектро-
0ьлпрями-
[ермоэлектр|{!!еские
]ц]
н-
8ь:ходное
пощебление энергии,
сопротив_
ление'
Бт
Фм
\1ос1ь
[ц
2-10-5 -6.1,о2
10-3 * 6' ю-2 20-- 5.104
1о-6 - 102
1о-3 - 6.102 2о
3лекщон-
5'10-3
кь|е
- 103
о
1.2
[1отрелш_ €обствегплое
10-1*з.105 0_107
статические
тельнь!е
в
1
?о
0.05
11.3. €хема
Р:.лс.
метра:
элекщонного вольт_
4 _ универс!.'1ы|:!я схема во'Бтмеща
постоянного и переменного |*!пря)ке_
т*тй;
б
-
схема вольтметра перемен_
ного нащ'я'(е,1]Ая; в - схема вопьтмеща постояяного тока (8 _ вьлпрямитель; ! - усплтттель; !|| - модт,1ятор; упт - ус|{литель постоян-
ного тока; !,|м -
1012
механизм)
измщ*шелылый
Рллс. 11.4. &ема элекщоттно-тучевой
щубки:
1,5
Ф17
-
отклоняк)шше п-твстинь:;
экрыт; 1{[
-
3.105
1,0
-
1о'
2,5
1(
1,0
з.107
-
катод
_
модулятор; ,4
-
3-
анод;
,
!
{
$
1
;
1.2. 3лектроннь!е аналоговь:е при6орь:
,
{
9лектроннь:е приборь: отлич!|ются вь|соким бь:стродействием' 1циРочастотнь|м ш,1апазоном' вь|сокой чрс|витепьностью. [1рименетпте
интеграпьнь!х микРосхем приводит к д{шьней|']]ему уве]1ичению стабиль_
ности и наде)кности электроннь1х приборов' к умень1цению их размеРов'
ким
массь] и потРебления энергии.
и фазометрь|, а
характеРистик электри_
:
1!|ногие вольтмец)ь1, ос]щллографь1, настотомеРь|
также устРойстъа
р7т'я
измерения параметров
и
ческих и электРоннь!х схем стРоятся на основе электРо}|нь|х при6оров.
. 3лектроннь|е вольтметРь| позволяют в ]|]ироком ш,1намическом (от
долей микРовольта до нескольких сотен вольт) и частотном (от постояг*
ного тока и инфрат**:зкой частоть1 до нескольких оотен шт|ц) диапазонах
пр0извод}1тъ измерение н:1пРяжений.
€руктурная схема вольтметров переменного (постоятптого' пу|{ктиром) тока приведена [{а рис. |1'.3,о, б.
€трукцрная схема электРонного вопьтметра постоянн0го тока при'!'\.3, в.3десь бла'одаря предварительному тпреобразоваведена на
рис.
нию постоя[!ного напРяжения в переменное с помош|ью электромехани_
ческого или полупроводд!икового модудятора 1|4 пРоисход}1т существен_
ная ста6ут;лпзация коэффшдиента преобразования схемь|' что пРиводит
к повь1[цению то!|ности вольтметра. 3лектроннь:е вопьтмотРь1 пРименя_
ются д]|я измерения среднего, действующего и ам!тпитуд|ого значения
переменного напря)кения. 1ехгтгтческие характеристики одного из пРомь|1|1пеннь1х эпектроннь|х }1змерителей ншпряжения приведень1 в ко1тце
та6п.!|.2.
88
{
Б практике измерительпой техники ]!]иРокое применение находят
)лектронно-лу{евь|е ос1ц,1ллографь: (3)1Ф) п1юш{азначеннь1е д'|я визуапь_
'
|!ого наблюдения электРических процессов и измерения ра3]|ит{нь1х параметров сигн!1пов. € помощью 3]1Ф опРеделяются мгновеннь|е значения
параметров и временнь1е хаРактерисп,[ки электрических цепей. 3лектрон![ь|е ос|р|ллогРафь[ так)!(е на)(одят применение пРи измерении сопРотив]|сний' до6ротностей, мощноспт им1ульснь|х и вь1сокочастотнь|х сигн!шов'
с!азового сдвига мехду двумя с14нусо||цат|ьнь1ми напРя)кения1!1и' частоть|
!'' !)\я ре!11е||'тя других задач.
Фсновньтм узлом электронного осциллогРафа явпяются электронно,!шевая тру6ка (элт) прео6разую||[ая значение входного исспедуемого
'
|!апряжения в пеРемещение электронного луча (рис. 11.4). в балпоне трубки' в котоРой создан вакуум' помещена гРуппа электродов' катод к с
!итью |!акала' модупятор :[ фокусируюц{ий А1 п ускоряющ'тй А2 анодь|'
образующие так назь1ваемую''электронную пу:||ку''' пРед!{азначенную
/ця получения узкого эдектронного пуча. Фтклоняющая система 3.[11
89
состоит из двух пар [1ластин' расположеннь1х во взаимно перпе!щикулярнь1х т1поскостях опх-\]! 9]7 . [|ластутнъх 9|1 исполь3уются д'|я отклонения
,
лг{а по веРтик:}ли'
-!хт'" отклонегцд1 луча по горизонт:ши' Бнутрен-
няя поверхность
0п'
э п6крьтта
спещ{:шьнь|м сост{вом (люминофором),
обеспечивающим свечение под действием электроттттой бомбарпировки в
тех мест!|х' куда г!опадают электронь[.
|1змене*шдем потенци?}па ]|1 о6еспечивается воз!у1ожность рег)пировки
|1лотносп{ эпектронов в лу|е и изменение яркости изо6ра:кег:ия на экране
3. Анодами А1 п А2 электронь| разго}{яются до нео6ход!{мой скороспт
и одновременно осуществпяется фокусировка щ/чка элек1ронов в точку
на экране 3.
8
современнь1х ос1|иллографах для дополнитепьного ускорения элек3.}11 уст!}навливается третий анодАз, на которь:й подается боль-
тронов в
1]|ое
поло}(ительное напряжен}1е.
[1ри подключении электрического поля' создаваемого подвод|{мьт]\{и
к ппастинам Ф1" та Ф|7,псслеАуемь|тии напряжениями' пРоисход.|т откпонение электонов. [1ри'этом смещение светового пятна на экр{[не опреде_
,,
п =2ц -!_
сл + -!_'у
2'
ц | !..
А * 2ша
(
з=й/ц:1т|@ш)у#ь.
са'|ьнь!е ос|ц,1дло{'рафь|' предназначеннь!едлянаблюдения
формьт и
изм1е-
ре}|ия параметров электрических сигн1шов в !широком диапаз0не час-
тот' имеют наибольццее распрострашенше.
[1ри измерешии амтш|итудного зшачения переменного напря)ке}!ия 1|.,
]1одаваемого на вход )' осциллографа, электроннь:й луч прочеРчивает [{а
экране 3!11 вертик:1льную линию' ш|ина которой при синусоид:шьном
входном сигна'|е буАет ! = :2ш.. 3ная нувствит{эльность .$, мож}|о опре-
',
ю рукоятки''!{увствительность''.
!дя
измерения тока с г1омощью ос:щллографа на вход Ф17 по\ается
,
напряжения на известном резисторе (хшунте)' при этой точность
]|змерения напря)кения и тока |{евелика (погрешлность составляет 5
- 1о %).
[|!ирокое распространение по]|у{ил|о измерение частоть[ и фазь: элек_
'грических колебаний с помощью осциллографа' лР\4 этом мохно исследо_
пзать колебания люфй формьт.
3о многих слунаях 6олее точнь1е результа1ь| пРи измерении частотьт
и фазь: могут бьтть полрень| с помощью фигур [\псса>ку при ср{}внении
/1вух копебаний синусоид:шьной формьт. 11ри этом на одну из пар !тдастин
!|одается синусоид;ш&ное напРяжение известной частоть|' а на другую
исследуемое на!]рякение' и по фигуре &ссал<у опредепяются частота и
с/1виг по фазе неизвестного напря)кения.
3лектронггь:й осцил:лограф находит применение и д'!я измерения пол!|ь|х сопротивлегпдй и их акп,|внь!х и реакш!внь|х составляюц.ц,1х.
!!1|'1ение
!
н
*,
Фдгптрт из вь|сокоточнь[х методов измерения' как отмеч;}лось в гп. 2,
явдяется метод ср1внения с мерой. Б этом методе меРа и измеряемая ве,|и|ина у{аствуют в процессе из|}1ерения од}1овременно пибо в ра3ное время.
[} последнемт слу]ае измерение проводится в два этапа
- в пеРво|!1 г{аст|}ует измеряемая величина, во втоРом _ мера' а результат измеРения опре/[еляется по двум измеРе}{ия!!1. 1\4етодьт сР!внения с мерой в основном
Ре:шизуются с использованием мостовьтх и компенса|ц.!оннь|х измеритепьппьпх
1{рствительность 3[!1 универс:шьнь|х ос|_0.1ллографов составляет 0,1 1,0 мм/8.
8нутреннюто поверхность 3)11 покрь1вают проводящим слоем м9таппа \1лц графита, с]1ужащити электрическим экр:шом' зя'|1иц{аюцщ!у1
трубку от вне|цних эдектрических' полей, и соеш{няют с анодом А2' Фт
вне:|]них магнитнь|х полей 3.|11 затт(ищается с помощью ко)куха и3 магни_
томягкого матери!}ла.
Бьтпускаемь:е промь|11|лениостью ос1иллографь] ус.'|овно подРазделяются на приборьт общего наз!1ачения' универсапьнь|е (импульснь:е),
скоростнь|е, стробоскопические, запоми1{аюцие и специ:шьнь|е. }нивер-
цм =!]''/(2з\'
!и
$ 1 1.з. |4змерение электрических величин
методами сравнения с мерой
,{у,"','{.',ность 3.[1
делить
3начение $ в совРеменнь|х осцилпограф!}х ог!ределяк)т по положе-
!
.
напрях9$14е; цо _ ускоряющее !{апряя(ение: ! а - расстояние между х*тмп; !, - расстоя|1ластин;
отклоняющих
дпина
ни9 от !1пастин до экРа!|а.
[, то мох<но принять
8сли унесть,что /
|де цп - ф*'*',ное
9о
;
цепей.
1}{остовь:е |{змерительнь!е цепи
и приборь:. йостовьте це!1и 11]ироко
||рименяются в измерительной технике. Фни позволяют измерять сопРо|'ивление' емкость. яол потеРь конденсаторов' и}{'],уктивность, взаим_
!|ую индуктивность и частоту. [{а рис. 11.5 представпена мостовая изме|)ительная схема' в которой точку! а' б, в, е _
!}ер!||инь]; ветви
аб, бв, ве, ес! - |[леч!4; ав _
/\иагональ т1ип!ния; ба - цнццкаторная (вьтходгпая) диагон:1ль моста; ц - |1сточт114к питания
(источтпдк постоя!|ного ипи переменного тока).
!} качестве нуль_индикатора (ни) в ]у1остах
!|остоянного тока используются ч}ъствитель-
магнитоэлектрические г[шьв анометрь| и мик[)0.|мперметрь|' а пРи переме!]:{ом токе - виб1,;пшлоннь|е г!шьван0метрьт' осциппографииеские
ишд.{каторь1' электроннь|е указатепи и др.
йостовьте цегш: бьтвают четь|рехт1пе.плми (см.
&с. 11.5. йостовая изме_
|)ис. 1 1.5) и много!1ле1!ими. йостовьле цепи ритель}!ая схема:
могут бьтть с ручнь]м уравнове1циванием \4 !|1 _ нулъ-пндикатор
! !
ь[е
9!
(втоматическим уравнове[|]иванием' кроме того' они подРаздепяются
на уравнове1шеннь1е и неуравнове|ценнь|е це[1и.
[{еуравнове:шеннь!е мостовь|е цепи обь:чно ис!1ользу|отся в производ_
стве д'|я автоматического контропя пРоцессов' }равнове:|]еннь|е мостовь|е
це]т}{ используются в лабораторной практике и пРи повеРке си.
Б зависимости от вида ]1итающего тока существуют мость! постоян'
ного и перемен!{ого тока. йость| переменного тока используются на про'
мь11:шен}{ой частоте (50 гц) ип|1 на вь1соких частотах (400' 1000 [ш и
вь:ш:е). €редство пзмеренпй, в основе которого лежит мостовая цепь'
назь|вастс{ измерительнь]м мостом.
[1ринципиш:ьная схема моста постоянного тока строится в соответ'
ств\4п с рис. 11.5. к |шечам об, бв, 2а и ве моста присоеш'!няются соответ'
ственно сопротивления Р1, й', *з,.&4, а в вь1ходную диагон!шь _ }!уль'
инд!|катоР' напРимер гальванометр. 1ок | протекаюший нерез г!шьвано'
метр' мо)кно опРеделить с помощью законов }(г:рхгофа, метода контурнь1х токов цли теорсмь: об эквивш:ентном генераторе.
8 общем случае' пр|1
[1у1та,{!4'1
д'|я тока в це]1и Ё|,1 имеет вид
|ни =ал
моста постояннь!м током'вь|Ражение
,{2:13
1;(ц дни(л: +1{:) (л3 +л4) +&т&а (д3+д'+Р3;?6(;(д+!а ,э(\! '4)
.&
где,&.'', _ сопротивления г:шьванометРа.
г[!:'й уравнове|цен!|ом состоянии моста 1*,
^&1.&1
=
0 и тогда
из
(1
1.4) следует
(11.5)
=:?2:?3
Бсли вклюцдть измеряемое сопротивление д- в одно из тшеч моста
(например, вместо -с(1), то с помощью (11.5) м6хс+о опРеделить его зна_
чение по значениям сопротивлений трехдругих плев: -&" =Р2Р3|Рц.[1рът
п14тан|1]1' моста перемен1{ь|м током в общем случае сопротивлегия т1леч
и [|}1 имеют ком!1пекснь:й характер. Б этом слуае согласно (1 1.4)
|""=
\4лу| [1Рц
й
2124-7273
+ э122@3 + эц)
а"'(а т э) @3+ эц)
+
равновесии моста
+
э324(2 |
+
3ати:цем ком|1пекснь|е сопРотивления |тпеч в ра3вернутой форме:
2з=Рз+ 1хз;
?э=Ръ+
7о=Рц* 1хц,
тогда
1хэ;
1'6) преобраэуется в два ур:1внения:
:?'8* _ /1/ц= ;{э.с?з _ *а,хз |
(1
Р1хц * Рф(т = Р2\ * Рзхэ .
€ледовательно' для Равновесия мостов переменного тока необхо,щ{мо
регупировать не менее двух [иРаметРов. ||спс!лъэуя штро форму за||14с'1
ком|тпекснь|х сопротивпеш{й, имеем :
92
72 = 72е!92,
?4=24е!94,
'
9словие Р.вновесия моста переменного тока может бьхть записано
шиде
и
в
а1а^9!(е!+ 94) - 22з'9/(9а+93) ,
|']\е 2|' 2э, 7з |! 2ц - модупи полнь|х сощотивле[!ий гштен; 9т' 9а,9з !!
94 _ у[пъ| сдвига тока относительно н:}пря)кения в соответс1зующих 1тпе!!пх.
|'0
11олщается два р:1венства рля успов\4я р1шновесия моста псРету1сннотока:
'|'4_ '2'з'
(п.7)
9т*9ц=9о|9ц.
|1з (11.7) видно' какие
эле!у1енть] следует включать в 1ше1ш моста
схемь1. /|опустим, в первом плече включе1{а индуктивцость' а второе и третье ||пе|{и содержат активнь|е сопротивлетл;тя (92 .Рз =0) тогда четвертое |1печо допхсг{о содержать емкость.
'
Ёаходят применение двойнь:е мость| постоянного тока д'1я измерения
()(!ень м!шь|х сопротивлений (менее 10 Фм), обеспеч:два:о|]ц{е искпючение
сопротивлений соед:тгплтольнь0( пРоводов и переходнь|х контактов.
'у||1яу|1ця'
€ помощью мостов пеРеменного тока можно в 1!!ироком частотном
/и:шазо|"[е измерять различ1ть1е параметрь| электри!!еских цепей' Б табл.
!1.3 пРиведень! основнь|е техяические характеРисп{ки вь1пускаемь|х
!|ромь11]|пенн остью Р |'€ -метРов.
/р1я уРвнове,'1ц3а'!1!4я
т а6 л и ца 11.3
8|-€-мвФов
(11.6;
7т=Ру+ 1хт;
73=7эе1 93
Фсновнь:о тосни..оскио характ6ристики вь][ускаомь!х промь.щл€нхостью
а>)'
212ц=7э,7з.
7|=2|е!91,
[ип
1!аттазон
|1змер яомая вел'4'14!1^
утз-
[!още:ш_
ме|{ения час_
носгь,7о
тот' |ц
_ 0,1 мк|н
мкФ 1000 г
1,1.104 1 - 5000 пФ 0,1 * 10
';'7-9 1,1 '106
мк|в
!|''1-\\ 1000; 100 0,| пФ 0,3 мк|н 1000мкФ 1000 |н
!|7-10 1000
0'01 пФ
100
йФм
0,001 Фм
10
0,1
€м
-
1
0,1
о'4
0,1
-
10
йФм
1!
?о
Автоматические мость[ пРименяются д1\я получения непРсРь|внь!х
::с:казаний и регисща1шп у\змеряемой вели!пп{1ь|
,|с ]1ия т[ро|13водственнь|ми процессами.
и :|втоматического управ93
[хема
!!втоматического
моста
!(омпенсационнь|е и3мерительнь!е цепи и приборь:. !(омпенсационнь!е
ш[я измерения активного сопро-
|]с!!и позволяют
(эдс)
!|0![Ряжения
тивле}{ия 11риведена на рис. 11.6.
}( вь:ходной диагон!ши моста под-
ключен усипитель
./
переметштого
тока' т1итаюший реверсивнь:й дви-
гатель
Рд, ось
которого через
передачу свя3ана с попзунко]и переменного реохорда Р и осью
показь|вающего прибора. |!ри равновесии моста напря)кение на вь|-
Рис. !1.б. |хема автомати(|еского
д'|я }{змерсния сопротивления
Р! _
литель
:
реверсивньлй двигатель;
мост:!
!'
уси-
ходной д,|€шонш1и отсутствует и
ротор двигателя неподви:кен. ||ри
изменении измеряемого сог{ротив_
леттия :{"(Ё' ) на вь1хоце ба моста
осуществлять
вь|сокоточное
тока и других электрических
'
(уравновегшивания)
*
{
{
:|
с
8
!}1|ется
известной мерой напряжения. 11рингцп действпя
с
измеряемь1м и}.
.
в момент равенства ц./,, в компенсацйонной ц",#
!!|
ът
=1!-- имеем
11.4.
\ а6ли ца
]1.4
!,анньго основнь!х типов автоматических мостов
прибора
ксм4
ксм2
ксм1
квм!
94
1{исло
измсряе- |'абаритньтеразмерь|.
погрс(ш-
хо)кдения
мм
мь|х и ре1'ис'!ри-
*тос'гь'
11]каль|, с
руемь|х ве'|ичиг{
250
0.25
1;2.5;
|0
|;3
6; \2
25
240хз20х492
10
1;3
6; \2
1]]каль|'
160
\2о
(1/с,
) 5-
0.5
) {.
1,0
1
;3;6
мм; масса' кг
Рис' 11.8. &ема автоматического
компенсатора постоянного тока
стати!!еского
0,5
(0,25
2\
1
60х200х470
12.5
)
) {.
1;6.
!0
12
&с. 11.7. [\ема компенса_
тора постоянного тока
лиагтпермещ)
типа
ФА
_
й!{||=
||ериодтнески установкой перекпюиателя п в положение 1 та регули[ювкой перемепног0 резистораЁ добиваются р:шенства [,Р"=Ё с цомощью
|[|1, т. е. до6иваются т1остоя!{ства |,' |(омпенсируюйее сопротивление
/{* програлуировано в единицах изйеряемой вели(|инь|, что позвопяет
!!осле вь|полне1''4я процесса уравнове|дивания непосредственно отстштать
',
|{ачение на[1р я}ке!1'4я
ц
-
-'
компенса|-ц,1оннь!х цепей является отсрствие
::сэтребления 'с'б"*оЁ',ю
тока от источника измеряембго напря)кения в Режиме их
дг.-. 3то позволяет использовать компе}|сатоРь| д'{я измеРения их в м!шок
3ажной
:
термопар. Рабоний ток компенсаторов не
!|ревь|1шает1-25мА.
3 табл. 11.5 приведень| технич9ские хаР(|ктерист|{кш основнь[х т|{пов
мофньлх цепях' например 3.4€
||втоматических компе!{саторов постоянного тока.
400х400х367
10
500
с'вьлсокой степенью точности
(Ё3), класс точ_
норма_гльного элемента
г1оявляется 11еременное }|апряже-
.
Фсновглая Бремя про-
Ё
ние' которое пос'{е уси]1ения пода-
два Регулирующих элемешта (двигателя). 3то огратпачивает их применение.
Автоматические мость1 приме|{яются у)\я измерег{ия' регистра!ц'1и и
регудирования температурьт объектов. 1ехнические хаРактеристики вь|пус_
каемь]х промь]1]шенностью !!втоматическ}1х мостов приведе!{ь| в табп.
!лина
Ё|1 (поло>кейе 2 ,.р.*!',''.'"
и- =1':?'.. 3начение рабовего тока
у"'[,','''"'.ё"
известной мере - величине
||()сти которого 0,001 - о,о2.
:{с:
автоштатических мостах перемешного тока процессь| уР:внове1ши'
ва]{ия значительцо слок!|ее' так как для достихения равновесия требуется
'[ип
неизвестного
ве.'!ичин путем ср(шнения
!(()мпенсацион1{ого г|рибоРа (компенсатора) постоянного тока поясним
!!!| примере схемь! (рис. 11.7). !равнове1шивающео напряжение !!-- сраьум','й'щ,то
ется на двигатель. Ротор двигателя
перемещает ползунок Реохорда Р в сторону дости)кения равновесия и
одшовременно г1оворачивает указатель показь!вающего прибора, |цк;}ла
которого проградуиров ана в единицах сопротив'!ени я (пли соответствую'
щей неэлектринеской велинигтьл)
измерение
1
60х240х70
| 2.5
[1ритщшп работь1 компенсаторов пеРеменного тока основь|вается
сРавнении активнь1х величин (токов, ::апряжений' магнит!!ь1х потоков)'
!ропор|ц,1он!шьнь1х измеряемь1м параметрам' и соответствуюш|их величин'
!|ропорцион:}льнь|х точнь1м1 задацнь]м значениям' обра3ованнь:м на работих
мерах. 8 результате ср:!внения осу1цествляется преобразование измеряемь|х параметров в форму, удобную д,,']я отсчета. 8 этоц: слу{ае [еременное
!|а
!
.
|р;
|р-
т. е. р]1я дост!4|,*€-й' ^,
жсния компейсаций- требуется раве|{ство моду::ей
= 1!* и аргументов
|!апряже}{ие й* = ш*е ^- уравновегпивается |*
=
9* = 9* (фазовьтх углов измеряемого и компенсирующего вектоРов переменного напря:кения) '
8
компенсатоРах попярной системь! координат на отсчетном устрой.
стве отобрал(ается модуль их и арг-)щ9цт 9*. Б компенсаторах пРямоу-
гольной системь| координат й' = х/.и"** + ,'*у , 9х = а[с!в ц',/и**, гАе
,;<-у^_ составляюцце вектоРа ик по осям х и )'.
ц*
*!
в сссР вь|пускается компенсатор переменного тока тиг1а Р5612 рля
измерения напря)кения, фазовь:х углов' 3А€ и других преобразованнь:х
в {1ропор{иональнь1е им напряхен!4я ц!1!4 9А€. (ласс тот!ности компен-
Р:ас.
тп:та
Р!
3
автоматических компенсатор!р( процесс уР:шнове1шивания осущестя .в то]!1атически с помощьк) спе|ц'!:[пьньлх устройств.
€хема
:втома1ического ко1}1пе[!сатора постоянного тока статического типа приведена на Рис. 11.8. !,1з схеп4ь! видно, нто прибор представляет
со6ойусилптель постояг|ного тока (упт) с обратной связьк).
вп яет
с
1а6лица11.5
Ааннь:о основнь!х типов 8втоматич€ских
ком понсаторов
постоянного тока
1ип !лина
прибора
1цк:!пь1'
мм
Фсновная
поще1д_
ность,%
8ремя про_ &спо измеряе-
хождения
1шка,|ь|' с
мь1х и регист_
рируемь1х ве-
габарггнь1е размерь|'
мм;
п4асса'
кг
л14|1у1н
ксп4
25о
о'25
ксп2
160
0,5
)
квп1
500
0,5
, {.
ксу4'
250
(0,25)
\;2,5;
!;3;6
40ох4о0х367
0.25
10
\2
25
\;2,5;
400х400х367
<.
1;3
6;1'2
1;3
10
6;12
\7 ;21
160х240х41о
10
1;6
\2
10
0... 5 мА
0...20птА
25
24охз20х492
1'2;5
!ля
этой схемь!
цх=
+.[дос; [ = з Аи ,
^ц
чувствитепьность ипи коэффи:щент преобразования 9|[1, откуда
где 8
_
полг{аем
|=ш х
96
изм Ф ения ф еднего напряя(ени'|
:
_
дъ*ттатетть;
8
автопдатических компенсатор.}х переменного тока д'|я и)!ш}{ове|дитребуется упр:1вле}{ие двумя элементами схемь!' шоэто|}'у они знати'гсльно сло)$1ее' нем приборьт д'|я постоянного тока.
шагштя
€труктурная схема автоматического компенсатора пеРеменного тока
Ё110 р:я измерения сред{его напря}(е|{ия (!1е:патгралского |!Ф ''3иб|)атор'') пР|4ведена на р||о. 11.9. |&к видно из схемь|, щибор состоит из
шходного цел\1теля 8хА с коэффитщентом деления Ё',усплпте.пя пеРе|!1ентипа
||ого тока .// с коэффициентом преобразов:|ния к1 , вь1прямителя 8 с
коэффитщентом преобразования
}стРойства ср:}внения |€ п источни-
\,
ка образцового напРя)кеу|у!я цо, у1п:хптеля постоя!{ного яатря>кет*тх !2
/ригателя !в, выт которого !!1еханически связап с дви)кко1\,1 8х! ц регистрирующим устройством Ру.
3 процессе измеРения Ав изменяет поло)кение движка (т. е. знанение
к,,)
*' т€х пор' цока не насту]1ит равновесие' т ' е. ш =ш *|( ,!( '("| ..
0сооенность этои структуРь! состоит в топ/|' что регулируемь:й
дели1'сль вкпючен в цепь переме}{ного напРяхения и частота последнего может изменяться в !дироком1 диапазоне, поэтому делитель дол)кен бьтть безреактивнь:м.
8опросьт ёля самто контроля
1. []оясните принцип действпя электомеханш!еских измерительнь]х механизмов.
2. |(аковь: основнь!е преимущества логомещи!|ескпос преобразователей?
3. }1азовите основнь1е видь| измерительнь]х элект}||!еских преобразователей'
4. [1риведите стукт}?ную схему электронного аналогового прибора.
5. [1оясните принцип действия электронного осцит:лощфа.
6. (аковь: условия равновесия мостов постоянного и перемелного токов?,
7. |(аковьл услоъия равновесия компенсационнь|х охем постоянного и пере_
менного токов?
1+лос.'
€ едовательно' межщ| током [ п напряэкеу!ием цх существует прям:ш
л
пропорционапьность и по показанпто рА можно определить ш'.3ти приборь1 находят 1шиРокое применение в производстве для измерения темпе_
ратурь|.
_
ъходной депитель; .}/6 _ устройство Фавнени'!; ,[{в
_ ретисцтрующее устройство
3х,[[
сатора Р56|2 раьен $,2.
Фгруктурпая схема автокомпенсатора переменцого тока
Ё-}]'9.
1 1 0 для
{ - |+51
г л А в А 12. циФРовь]Ё пРЁоБРАзовАтвли и пРиБоРь|
$ 12.1. @сновнь;е понятия
и определения
8 настоящее время !|]ироко применяются цифровь:е измерительнь|е
преобразователи (1{[,1|!) имеюц.ц{е ряд преимуществ пеРед !ш!шоговь1ми
'
эпектрои3мерительнь1ми приборапли [1.5] .
Б отли.дде от анапоговьтх при6оров в {}1|| обязательно вь[полня1отся
спедую1цие операции:
квактование измеряемой величинь! по уровню;
дискРетиза1ия ее по вре1}1ени;
кодиРов ание инф ормации.
[{ифровь:ш:и назь1ваются измерительнь|е пРиборь|, автоматически
ставляющие показания в цифровой форме.
3начегие вь:ходной величинь|' ото6рахсаемое на тщфровом отсчетном
устройстве, соответствует коду' полученному в цип. |{редставлетп,те измери?ельной информ:алщи в виде кода обеспет{ивает возмо)кность ее Регистра|!!.1у| |1 обработки, длительного хранения в запоминающих устРойствах
без потерь, переда|!и без искаясения практически по лю6ьтм кан!1лам связи
и ввода в 381{ р:я обработки, а также искпючает вноси!у1ь]е операторо|у1
при отсчете субъективгтьле погре1цности.
(роме того, к преимуществам |.{|1|| относятоя:
удобство и объекптвность отсчета;
вь|сок{ш{ точность результатов измерения;
тлплрокий динамический дг:апазош в сочетании с вьтсокой разретлающей
способностью;
вьтсокое бь:стродействие;
возмо}(ность автоматиза\]у|у|, а в г1ооледние годь1 и интеллекту.ш1иза;
вьтсокая
устойнивость к вне|цним мех!шическим и климатическим
воздейотвиям;
возмохность использовагпая новей::д.тх микроэпектРоннь|х технопогий.
[1ереход от >кесткой логики функ:щонирования
пРограммной ее
ре:шизации открь1вает больтцие перспективь| перед цифровой измерительной техгдакой.
€ момента своего появления шифровая измерительная техника развив:шась в Ав}х н{шравпениях: создание :|втономнь|х шифровь:х измеритель_
нь:х приборов и :щфровь|х измерительнь1х преобразователей. Ра3личия
между ними достатот{но размь!ть1, и зак]1ючаются в отсутствпи у первь|х
кан:1па овязи с 331т,1, у вторь]х _ цифровой и1щика|{1{и и автономности
иопользования. 3 последние го&| ра3]1ичия между ними в основно|}1 пеРенесень] в область эРгономических показателей, габаритов и дР.
Авляясь частью :ифровьлх приборов, измеРитепь1|ьте преобразователи
вь1дают Результат в виде кода. [(одтров.|ние может цровод{ться с помощью
разлит|нь1х систем сч!4сле1т!1я, описаннь[х в разд' 3.
к
98
Авоичное изобра:*<егие тисла требует боль:пего (рля птногоразрядного
'!ис'|а примерно в 3 раза) нисла разрядов' чем десятичное предст:вление.
'|'см не менее пРименение
д9оинной сиотемь! онень удобпо при технивеской
|)е!ш}!зации устройства, поскольку в этом случае оно допжно иметь только
':ш:а устой.*твь|х состояния' например триггер}{ая схема и др. заРод'{в1!]ись
|} !|едр:}х соврештенной
вьтрабатьтвающие ш{скРетнь1е сигн!шь1 измерительной информ1ации и пред-
]ии пРоцесса измерения
|лавнь:м ограничоние1\,1 в применении произвольной системь| с!исления
!|ри код|{рова:паи информа]р1и является сложность техническойреытизацтаът
:осого а-тлфавита системь|. [1оэтому еотественно' что двоичная с\4/,стема сч!1с]|(!ния и ее разновидность при}|ять| на воор)'кение тщфРовой и3меритоль_
г:ой техтпдки.
электронной
вь1!|ислительной
техники'
эта систома
(:числения и ее модифу|ка|у1|1 явпяются неотъемпемой частью :щфровой
и',мерительной техгдики.
Ёеобходдмость отобрал<ения результатов измерения в [}111 заставляет
в них и десяп{ч}{ую систему счисления. 1аким о6разом, в 1ип
!!рименять
!!рисутствует некоторьлй преобразователь из дроишлой системь| в десятич-
г:ую. 3то устройство может бьтть сильно упрощено' если
/|/|я кодирования
двоично-десяти1шую
систему
в
[|,1[1 примегптть
счисления.
11ри больтшом количестве разрядов двоичного кода его запись становит('я неудо6ной и мшлоинформативной. 3 этом спучае пользуются ||]естнад1атеринной системой с!исления.
1ех*:ически несложно реапизуется и наиболее простая оистема с[шс|\ения _ единичная' в которой пюбое нисло образуется прость|м суммиро|!анием символа основагп:я 1. Ёапример' числа десятинной системь1 1' 2,
.]' 4... в едининной системе за|тись!ваются в виде 1, 11, 111, 1111 .'. для
!|олучения кода в едатптнной системе на практике обь:чно пРименяются
::реобразователи измеряемой вели'пднь1 в пРопоР1ц{он:шьную ей настоту
импупьсов напРя)кения.
Б зависимости от очередности вь|вода во вРемени символов кодового
(:игн!!.ла
Разпичают параплепьнь|е и последоватепьнь|е кодьт. 11ри паР:шлель,|ом коде информация о состоянии всех разрядов передается одновРемен_
!!0' т. е. для этого необходишто столько линпй,сколько разрядов в кодовой
:
:<омбинац:па.
|{оспедовательнь:й вь!вод может бьтть осуществлен ли1ць в виде после/[овательности импульсов напряжения' прп этом важно не только нш]и||ие
импу]{ьса в последовательности или его отсутствие' но и местоположение
()имвола во времени.
3 настоящее время существуют разли!!нь|е кпассификации |{ифРовь:х
::риборов, основаннь|е на вьтборе основнь1х классификационнь1х пРиз!|аков. Ёа рис. 12.1 показана структурн:}я схема шифрового измеритель!|ого пРибора' |1ри отсутствии необходимости в визу.шьном контРоле
[])езультатов измерения А[|1 пригтеняют как самостоятельное устройство,
';беспечивадощее на вьтходе предст.}вление результатов измерения в коде'
у/(о6ном д'|я регистРа|\14\4цлутввода в 33й.
[{азначение узпов А[{[ следующее. Бо входном преобразователе 1р1
!||!шоговая величина поеобоазуется из о_дного вида в друтой. напрцмеР
99
\
Адатпивную дискРетизацию мо}(но Ре:шизовать и в приборах
|д11кли-
'|сского действия.
ё 12.2' 9сновнь:е принципь! аналого-цифрового прео6разования
электрическ}о( величин. |{ифроаналоговь:е преобразователи
Рттс. \2.|. 6}руктрная схема цифровь|х измерите]1ьнь1х приборов:
Ацп _ аналого_цифровой преобразователь; !! _ усцойство управ_
ленпя; !![1 - устройство управле}{1-т'| прибором; !|! * усщойство
у|нд'ткац1{!1' [1р - лре о6р азователи
осуществляется мас1|]табирование входного с\4г\1а!\а, пРеобра:}ова1!ие напР'ркения в интеРв|ш времени или пере^4енного нат1ряхения, сопротивле|{!4я' емкости и друу\х вепи!ин в постоянное напряжение. здесь может
также осуществляться предваРитепьная дискрети3а!д!,|я по време}{и.
преобРазователе
€амо преобразование анапог_код вь|цолняется
[р2. Ёсли попг{еннь!й код неудо6ен для д;1пьней!]]его использования'
то применяют дошолнит0льнь|й преобразователь пр3, слР|Фщий д'|я получения нового кода. []ослед*птй явпяется вь!ходнь|м кодом А|{|| и поступа-
в
уи.
работу А|{[1 обеспейва:от сигшапь| !|71.3 заъц'п
симости
от назначения и прин].ц.1па действия 'пРиборов иногда функ:щи
отдельнь]х узлов совмещают в одпом ц]п4 цсключ|ют [р(.
||о роду измеРяемой вепитинь| 4}1|| подраздепяют на вольтметРь1'
ет
€огласованную
частотомерь|, фазометрь!, о|!1!иетрьт и др. |!ри6орь1, измеряюц{ие среднее
зшачение н?шряжения за определеннь:й интервап вРемени' назь!ваются интегрирующими. (роме того, [11[ подразделяют на гРуппь| по то1{1|ости'
бьтстродействию' надехности. 8 з!шисимооти от способа орг:}низа]ц,1и пРоцесса преобР?вов.1ния все [}1|| подразделя1от на приборь| |ц{кпические
и следяцие. 3 :ц,:клических при6орах весь пРоцесс преобразов:!ния протекает всегда нез!висимо от значения измеряемой вепи(!инь| по зад:шной
программе от нач!}ла до конца. (нятпе показ!!ния в приборах цикпического действия догускается ли|шь во время определенного такта _ так н{зь|очеРедному
ваемого времени у\нщ\ка\!4у\' Б следяп$дх 1!,1[1 переход
преобразованию осущестъляетсп под воздействием сигн!шов, вь|рабать|вае-
к
мьп( при изменении некоторь|х паРаметРов входного су1г|\а'ю на определе[{ное, приращение. 1акими лараметрами могут бь:ть ам|1питуда сигнапа'
дл:ител3ность периода и др. )(арактеР пРоцесса преобразования пРи этом
завпс\4т от значения отклонения измеРяемой велит|инь|. |!оказания такого
прибора готовь| д'|я последующего использования.
[1риборьт с'тедящего цейств|1я мо)кно отнесп.| к устройств!]м адаптивной д|{скретиза]$.!и' так к!!к частоту преобразова:ш:й вьтбирают,1.1сходя
из хаРактера сцгна:\а.
100
[1реобразован}{е ан!шоговой во.гш:чинь: в тщфровой код является измеритепьной процедурой и осуществпяется путем вь!попнения ряпа операций
сравнсния измеряемой вели||инь] с набором дискретнь|х эталоннь1х величин'
шмеюцп,[х од|{наковую пРироду с преобразуемой.
11ри этом происходит замена непрерь|вной велищднь: на блих<йш:ую,
фиксированную, образованную по определенному апгоРитму с помощь|о
мерь!' и с!шть[в![ние кода, соответствующего этому фиксировштному зна-
|!снию.
Фдтплм из критеРиев'. лехащих
в основе классифика[ии
методов
!1на-
лого-:щфрового преобразования (А1{-прео6Разоватштя), является характср А[{-преобразовагшя во вРемени. Б соответствии с этим критеРием
раз'тичают метод поспедоватепьного счета, метод поРазРядного ур.внове|!!!43аЁ{!4я' метод одновременного с||итьвания. 8 основе этой классификации
методов А(_преобразов.|ния пе)кит хаРактер реа]111зы\ц11 алгоритма А|{'_
:треобразования во времени.
3тот критернй, не яъляясь единственно возможнь1м' пРи!{осит н1икак при синтезе новой струкчрьт []|4||, так и при
боль:шую информацию
!!н:1лизе ул(е
имеющейся. Расср:отрим кратко эти методь1.
йетод поспедоватепы|ого снета. €ущность мет0да закпючается в последоватепьном во време!{и сРавнении измеряемой вели1мнь| с известной
однородной мерой. |!роцесс сР:шнения пРедполагает дискРетное )д1астие
в нем мерь1 ,{6 в общем слу{ае как в стоРону реличения текущего 3начения !\4ерь! /
так и в сторону умень1дения его. [1ри опРеделении измеряемои вепи1!инь1
', х:
х е ["-и,',,*]
(!2.\)
||ач!шьнь1е значения х'
/{иапазона изменения х.
}{а
рис'
\2.2,.
а
в о6оих
случ[1ях соответственно равнь| гр:|ницам
показ!}н первьтй ваРиант метода последовательного
снета. [1ри некоторм ч\1сле п кв:}нтов '[9 11й€€т место стргое Равенство
!!* 1 = хь \4л|| с некоторой погРе|цностъю
|: пх9 + Ё:х*,где.}1 - 3[8{€}|}!€
измеряемой величинь|.
Бсли вь:брать хо Р:|внь!м единице измерения
!|ичнь|м кодом з}|!]чения измеряемой величинь!.
х' то
число п 6удет
ед*т.
3ариантом метода поспедовательного счета является слрй из]у1ереобратной х. ||рп этом в качестве кванта хо слул(ит сама
г:реобразуемая велцч!т\1а х* и предполагается известной некотоР'ш постоянная вепи|!ина хс' котоРую вь:бирают так, нтобь: !|х"бьт,ла ещ,тгицей
|[ия в€личинь:,
измефеттия вели,пань[, обратной х. |[роизводя А{{-преобраЁовшме, полг!им
соотно|цение
!0|
пх*ххс'
тогда очевидно' что 11 является
3начения
единич1{ь|м кодом
1/х*. ?онность приведе}|}{ого Ацпреобрзова|1ия |1ру| пРочих
р:ш_
нь|х условиях определяется вьтбранной
вели'даной }9 1 !&!(
1(&1(
погРе|цность квантования опре-
деляетсякак0({{х,.
Бремя
А1{-преобразования
при г!римецении метода последовательного счета в общем случае
определяется входной {шапоговой
вели({иной и находится в обрат_
ной з!висимости
от желаемой
точности преобразования, т' е.
значения х9. 1аким образом, дос-
тоинства|у1и метода являются сР{|в-
нительцая простота и мы1ая статическая погре1цность; недостат-
ком
Фх
х*|
/."*2
|о|*7
|оа
малое
бь:стропействие.
Фсновньте области примешения !!1етода
цифровьте вопьтметрь1
постоянного тока
цифровьте
системь! р:я
нь|м
и
и
работь1 с постоя}{-
медленно изменяющими-
ся !{апря)кения!!1и.
1}1етод поРазрядного уравнове[||ивания. Фписаннь:й вь1||]е [шгоритм А[-преобраования моя(но
|оэ
|от
Рпс. \2.2. йетод последовате'1ьного счета:
с - по1]1агового сравнен|1я; б * поразрядного Фавнения; в - одноврету1енного сравнения
убь:стрить, есл!4 оперировать с
набором ра3новеликих квантов
что и ре:}'|изуется в методе
хо
поразрядного
уравнове|]|ивания
''
(кодоимпутьсньлй
метод)'
|!роп хь Фис.
!2.2, б), как и в предь!дущем
методе' цроисходит цоследовацесс ср!внения
х*
тельно во времеци. 3десь подиди отключаются от пРоцесса сРавнения кванть| хо 1' г1о эффек_
тивности Р:вносильнь|е некоторому на6ору из 1( элементаРнБ|х квантов
х6. 3то позволяет классифицировать метод поразРядного ур(в}1ове1дивания как пар:шлепьно-последовательньтй' йгтолсество значений квантов
|*,'| может 6ьтть вьтбрано достаточно произвольно' как и сам :шгор]1тм
их в!зода в процессе ср{|внения. А1{_преобра3ование методом поразРядного
ключ!|ются
\02
|| его модифика1Р1и позвопяют полг!ить существеннь1й
бь:стродействгот (по 105 - 106 преобразовакий.в секу}щу).
3 то же время статическая погРе:|!ность может бь:ть малой' что позволяет
ре€шизовать разре|цающую способность до 16 двоичнь|х разрядов. 3ремя
преобразования здесь также зависит от вход}|ого сигн!ша' т. е. является
пеРеменнь|м. Фтисанньтй метод А|[-преобразования н1ш(од'!т [|!иРокое
примене'{ие в постРоении 1{}1!! и в разпи1{ньтх областях :щфровой о6работки бьтстроизме}1яющихся сиг}1!}лов.
йегод одновременпого с[!ить|вания. [|ри этом методе (рис' \2'2, в)
ре:шизуется взаимоод1{означное соответствие между мно:кеством [х'_, ]
кв{!нтов сР:}внения и ожидаемь|м множеством дискрстнь|х значении вход. Аругими словами, пРоисход.1т одно_
ной непрерьтвной величиньт -:
с набовременное сР:}внение измеряемой вели,паньл х*
значенпя которь|х подобраньт в соответствии с опредепен_
Ром меР хо
ур:в}{ове[цива\|у{я
вь!игрь|1:|
!
$
!
!
Ё
1
!
;!
|
)
1
*
в
€
, '
нь|м правилом. 3ь:ходной
['.',, "-."]
код о6разуется по номеру бпих<ай:пего значе_
хо'. [аким образом, ,'од{овременность'' метода означает пар;шлельность включения всех квантов х0. в процессе ср1}внения. [ледовательно'
этот метод мо'(но классифитшаровать как полностью паршллепьгьтй,
}1з всех Рассмотреннь:х А1{,-пРеобразоватпай метод од|!овременного
с(ить|вания _ самь:й бьтстродействующий и позволяет достигать частот
прео6разования 100 _ 20о м|ц. 1онность метода и его ра3ре[цающая способность, т. е. объем множества мер хо]
зав!4сят отдостигну'сильно
того уРовня технологии пРоизводства. 3 последнее вРемя получипи Рас|1||я
простРанение гибридть:е методь1 А[_преобразования на основе сочетаний
методов с!мть!вания |{ поразрядного уравнове1|]ивания.
1акие А[[| реализуют последовательно во времени метод одновРе_
менного с!!ить1вания' что позвопяет найти наипуч|цее сочетание между
бьтстродействисм' точностью и объемом самого устройства.
1радтлщонную схёму кла ссиф:л< ации' приведенную вь| |ше' ртожно о6о б_
щить' пРоан!1пизиров{!в :шгоРитмические основь[ А[]-преобразов{}ния.
Аз штытуцза мо)кно сделать следуюц.1|{е вь|водь|: бьтстродействие А1![1 опре_
деляется
3
исклю1ительно
параллель}{ь|х
и
вь|браннь!м
!}лгоритмом'
а не системой
с1исления.
пар:шлельно_последоватепьнь|х {шгоритмах поиск
кода пРоизвод|1тся последователь!{ь1ми 1шагами' на каждом [13 котоРь|х
осуществляется одна операция сравнения. |[о аншлогии с оттисаннь|м мето_
дом одновРеменного ст!ить|вания' увеличивая количество опеРщий сРавнения на ка)кдом 1цаге' можно Резко ).величить бь:стродействие алгоРитма
в пРеделе от одного единстве1{|{ого |цага (нто и соответствует методу
одновре1}1енного с!ить|вания). Бьлбирая некоторое промежуточное количество
операций
можно
сРавнения'
полу!мть
пар€}ллельно-последователь-
нь!е !1лгоритмь!' сочетающие простоту и точность последовательнь1х :шгоритмов и3мерения с вь]сок1{м бьтстродействием пар(1ллельного !шгоРитма.
3ьтберем ,?? монотонно возрастающих по своим значениям мер х|,
14 \7роцзведем одновРеменное ср:внение измеРяемой велиц{нь| со всеми мерами. ||олунаемь:й при этом коА -Р* (номер мерь:) зависит
|а, ..., хп
от и3меряемой величиньт
:
103
Р(х)
=
у"
.
[1реобразование сводится к определению неизвестного х по значению
у*. Фператор Р(х), составленньтй пз тп мер' является оператором А|]преобразова:пдя. Ёго можно предст!}вить в виде суммь1 линейно независимь|х функлщй а(х * х,):
Р(х
п!
) =.2, а,э(х - х)'
!=\
,
гдс а; _ коэффициент разложения.
.{дя упрощения ре:}лизации операто ра Р ( х ) все коэффи|ц|енть| а, вьт6п*","сй" функ:ц'и а(х - х'')й.,',,.у''''функ_
рают р(!внь|ми единице'
' '
!ии вида:
5!8п(х
1огда
'
/-:.
х2
х.
- '!)=| о,*< *!
п'
р(х)=.2.
з!3п
(х
|=1
- х')
.
.
14змерение в соответствии с последней записью сводится к определению количества сра6отавшл,:х устройств сравнения.
€тп,тх<ая копичество мер' с помощью которь!х Ре1шизуется оператор
д(.) до ь(\ < *1тп\' увеличивак)т количество !!{агов в [шгоРитмеизмеРения. Фбратимся к ур€внению (\2.2) ц подвеРгнем обе ее настидействию
оператора Ё(.)
:
Р |фо)-х*] =л'(0).
||рименяя метод птерыллй для оть!скания кода |*,
опись[ваемьлй следуюшцм ур.внением :
9п+[=0'_1@){р [е@,) -{*] -л(0)].
полунттм:}пгоритм'
12.41
.
[ифроагпалоговь|е' преобразователи. 11реобразов ание тщфровь:х кодов
в пРопорционш:ьньтй ан;шоговь!й сигнал (|{ап1 необходамо как д'|я построения А1||| поРазрядного коР1рова1{ия' так и д:я формирования аналоговь|х сигн!шов произвольной формьт гто кодовь1м входнь1м сигн:шам
(напримср, пРи создании перестраиваемь|х генераторов синусид!шьного
!{апряжения, ступеш!ать1х тестовьтх сигн!шов' квазисл1пайнь|х ашапоговщх
сиг|{{шов' а также ан!шоговь1х управпяющих систем1 на ос1|ове й[ и ртик-
ро33й).
преобразования информации из кода в
коммупдруемая
элекщоннь1ми ключами' упр{|вляемь:пти цифровь|м кодом.
|]А[ мохсно расс|}1атривать как потенциометр с цифровь1м упр:шлением' з2дающий анш|оговьте ток или напряже|{14е, являющиеся часть1о
полной !шк:}пьт. Базовая схема [А[ состоит из источника опорного }|.}пряжения' в качестве которого обьтчно исполь3уется температурно_стабилизированнь:й стабилитрон' матриць| двои1|но-весовь!х пре1изионнь|х регистров и набора эпектроннь!х кпючей-коммутаторов.
€татцартньтм
сРедством
д:я
аналог является сетка из пре1ц,1зионнь!х сопротивлений'
||ри замь:кании каждого ключа ток в вь|хопной суммирующей
перехощ.1ть от одного метода прсобразо.
другому. 1акая возможность свя3ана с вьлбором конкРетного
оператора Ё(.).
[одобная универс:шьность алгоритма А[_преобразов:}ния (12.6)
дает основание назь|вать сго обобщенньтм ш1горцтмом уравнове11]иваю-
к
Ё 6,о,
щего преобр{вования.
€тохастические а]1горитмьд. РассматРивав1|]иеся до сих пор (шгоритмь!
преобразования являются детеРминиРов:}ннь1ми в том смь|сле' что при
переходе от ,?-го к (и + 1)_му прибпижению делается тшаг опредепе:п*ой
д'{инь|. [1рин:щпиально другой класс !шгоРитмов составляют стахостичес_
кие ш1горитшльт А[-преобразовагпля, в которь1х д'|и}{а 1шага являетоя слу-
чайтьпх €оздание стохастических А]]|| для определенного круга задач
несомненно является более естественнь|м (например, при и3меРениц случайгтьтм пРоцессов' в задач{!х ад:1птации А1{|{ по входному сигн[}пу и др.).
||рименегпле стохасш{ческих апгоритмов позвопяет повь|сить бь:от_
родействие А1{|1 и улу|{|цает ряд дРугих показателей' характеризующих
их эффективность.
104
г:пт-
не полг!ает двоично-весовое пРиращение. }становив на вь|ходе операци_
онньтй усилитель (Ф!), преобразуюшцй ток в напряжение' мох<но [А[
с токовь|м вьтходом преобразовать в [А[ с вь1ходом по напря)ке!|ию.
Фдпако |[А|1 с вь1ходом по току имеет более вь1сокук) скорость уст(}новления вь]ход:той велищ:ньт. Ба рио. \2.3, а приведена схема [А|! с весовой
(12.6)
&горитм (12'6) позволяет
вания
€тохастические методьт А!-преобразования являются сравнительно
:товой, но бь:стро развивающейся областью теории :шфровьтх измеретшай
ццФр00ь/о 0х00ь!
Рис. |2'3. €руктурная схема |{А[1:
а - с весовой розистивной матрицей; б _ с цопцойл-2:{-мащишей
Резистив}{ой матрицой, а на рис. \2.з, б представлен 1]А||
матрицей, оба с вь:ходом т[о н:шРяжению.
с
цегптой *_2,&-
$ 12.з. Фсновньге характеристики шифровь:х при6оров
[1рименегше матриць| тцпа Р-2Р яъляется эффективнь|м средством
дл|я р!ень1шения числа номин(|пов используемь|х сопротивлепп:й. Фсновной характеристикой [А[ явпяется Разре!|]ающ{и спосо6ность' определяемая числом /{' разряАов.
Фснов*ь:ми техническими хаР:!ктеристика|!1и :шфровьтх приборов
конкретнь!х
' определяющими возможностъ их исполь3оваь|14я !]1я
измерительнь1х задач' явпя1отся: погре|шность' диапазон измерений, цена
/!еления' бь:строшействие' входное сопротивление' помехоустойчивость'
,птть /'
Фсновная погре1|!ность !{}1|! определяется' обьтчно следующими четь!рьмя составляюцц,1ми : погРе[шностью дискретизации А х', погРе:шностью
ре:}лиза1ц,1и уровней квантования Ах'', погре1шностьк)'Аа:тц'шпх цорога
чувствительности Ахч' погре!дностью от д'ействия помехи Ахп.
€оставляюцие Ах', Ах,,, Ах, обусловленьт несовер1пенство}1 прибора и составляот инст!р[ент:шьщ/ю погре|цность. |!огре:шность дискРетнос'ги Ах. _ методическая погре1|лность _ пРин|ипи1шьно присуща любому |{!,1|!. }е анализ может бьтть вьтполцен с достатощло обццдх пози|ий'
так что Результать| этого :|н(шиза можно распростР!!нить на [!}1[1, реализующие любой из рассмотреннь1х вь11ше методов А[,-шреобразования.
Рассмотрим погре1|]ность дискретности Ах' штя ]{|'1|] с последовательнь1м счетом' где измеРяем€!я ве'1и!мна х* ср(шнивается с известнои
вепищдной хк с |паг0м квантов!!ния Ах*. [1римем д]|я упрощения а71а'\у|за условие:
= 0, Ах, = 0, Ах, = 0, а известная величина хк меняется
во времени ска.}камш в од}1н квант.
х* показания прибора устанавливают
||ри вьтполнену{14 усповия
в соответству114 с уровнем $,;' Б момент установпения равенства хк и
х* будем иметь хк' - !* =сАх*, |де а _ слщайньлй безразмерньлй коэффициент,с€ (0' 1).
||огрег:п:ость при6ора пРи это}1 Ах =х* ! - /* =аАх*1 Ах представизменяющуюся в
ляет собой погре]цность щ{скретности' т. е. Ах =
[еоретииески [А|{, имеюцшй
1{'
двоитньтх разрядов' должен обеспе-
рфличнь|х значегштй вь1ходного сигн!!'па с разре|цающей способ-
ностью1)м_11-т
Абсолютное значение мин]4мального вьтходного кванта опредепяется
как максимапьнь1м значением { _ т входного кода' так и максимапьнь|м вь1ходнь|м напРя)ке:п:ем 1{А|| (напряжегплем :шкаль:). Ёапример,
.|{' = 12 тц (/-.--. = 10 8 абсолютная разРе|]]ающая способность [[А|| соспри
д
|[!к
тавит
ю|0м
_|в-2,45м3.
Ёаличие погре1пностей в узлах [|А|{ и щумов цривош{т к отли{|ик)
ре:шьного зяаче|{14я разре1цающей способности от теоретического значе_
ния' [очность 1{А|| определяется значениями абсолютной
погре|||ности,
нелинейностью и дифферешщальной нелинейностью. Абсолютная погре1п.
ность представляет собой отклонение значения вь1ходного напря)кени'[
(тока) от номин!|льного. Абсолютная погре|д||ость обьхчно измеряется
в единицах }у1па;п,т|тего 3начащего Разряда (мзР).
[!елинейность прибора хаРактеРизует идентичностъ миним1шьнь!х
приращетпай вь|ходного сигн:ша во всем диапа3оне преобразоватптя и определяется как наиболь1|_!ее отклонение вь|ход,|ого сигн{ша от прямой
л!4уму1' проведенной через нуль и тот|ку максим!шьного значения вь|ход_
ного сигнала. Ёелинейность не доп}(на вь|ходить за предепь1 + 0,5 еди_
ницьт й3Р.
(реда данамических параметров []А[! существеннь1ми являются время
установле}|ия вь:ходной величинь1 |,""' максим:1льная частота преобразования.
Бремя густ опРеделяется как интерв:ш времени от пода[и входного
кода до вхо'ждегпая вь1ходного сигн!ша в предепь] заданной зогть; оцлибки
вокруг требуемого ан:шогового уРовня. 1{аксимштьная частота преобразования "!'--.
ппп - наиболь:цая частота поступления входного кода' при кото_
рой параме}рьт |{А|| соответствуют 3аданнь1м значениям.
€ущественнь:й прогресс
области микроэлектронной технологии
позволил проектировать 1{А|! в интегр:шьном исполнении с очень вь!со_
кими показателями по бьлстродействию, точности' стабильности и разРядности (до 14 16 двоичнь|х разрядов).
Фсобое значе}|ие |{А|! приобРели с появлением микропРоцессорнь|х
и3мерительньтх приборов и систем' в которь[х они игРают ключевую
в
-
роль"
106
0{ип1
надежность.
А',
"*?
А''
предела)( от 0 по Ах* '
1ак как а заъису|т от измеряемой ве||ищ{[{ь1 х*, то вероятность появпюфго значения Ах, в пределах одного :|]ага квантов:}ния подтмможет
нена р:вномерному закон/ распределения. €педовательно' Ах&
легпая
д'*'.'*.1, |
нахош1ться
"
€ едовательно'
л
щ1скретности
А,х*/2.
ь!**/|}до'+
при этом среднеквадратичное откпонение погре!пност}1
о [Ах'1 = Ах*|2{{.
1аким образом, если }}4 [Ах'1 = А'х*/2, то это с0ответствует отождествлению с бпихсй:цим боль:шим 5!|п равнь|м уровнем х*. Бсли
м [Ах'7
_
Ах*/2, то это отождествляется с ближай:'дддм меньп]]им ипи
равньтй уровн!о х*. |(ак видно из на|1ис1}}!ного, спосо6 отождествлекия
влияет на систематическую сост:вляющую погре1п|!ости д}{скРетносп4.
Аополтп:тельнь|е погре!цносшт [}1[, так же как в ан{шоговь1х прибор{[(' возникают при изменении вне1шних факторов (температурь1' напря=
жения' частоть1
т!141аЁ{!|я
и т.д.).
1(роме стати![еских погре1шностей 11}||{ характеризуются и динами-
\07
ческими погРе|пностями. Разпичают
д|,1}{амические погре|шности первого и втоРого рода. .[инамические
погрещнос1и первого Рода вь|звань[ инер!р{оннос1ъю элементов из_
меРитепьной части прибора. у|1намические погРе1|]ности второго Ро.
да возникают из-за того' что
из_
мерение пРоизвод}1тся в момент
ё1с211{
вРмени /2 (рпс. !2'4)' а Резуль_
тат при|]ись[вается либо нач{шу
Рцс. 12.4. ( от.1енке динам!д!еской по1Р1кла преобразова::и$ |т, либо
ще:пности {}1||
ко!щу 1ц{кла [3' 9то приводит
соответственно к погре1дностям Ах1 иттп Ах2.
йаксимш:ьтия приведенпая динамическая погре1цность второго рода
с/[ )= +
^х|х
=х'т ц|/х 7п'
где Ах _ максим'шьное
измене\{91е х([)за время [,,] |- _ максим:шьное
х(с);х' _ срещаяяскоРость изме1{ения х(с) з\вр|ё:мя7 ...
[лях(т)=.4 з1п Ф! дпнау|!4ческ!ш погре!шность втоРого род1
е([)= сл7, '
3начение
!'1з оп1аса:тттого следует' что Р[внов}4цности динамических погре!цностей огра:па:п:вают допустимую частоту ипи скорость изменения измеряе_
&1ой вепищ.|ньт
х([)
пРизад(шном |д!4кле
7
,. !ля
|||,1|| вь:гускаемь!х оте_
чественной пРомь!1!ленностью' принято нофировать погре1||ность в отно_
сительной форме.
.[иапазон измере:ий цип _ область значений измеряемой велитинь1'
дт|я которой нормировань| допускаемь|е погре1пности прибора. Ёспи при_
бор предназначен д]|я измерен|{я вели1|инь| с бопьт:шм диапазоноп4 изме!7еу!!!я, то д'|я повь||цения точности измерения в приборе предусматривается несколько диапазонов' переключаемь|х вручную ипи автомап{чески.
8окньтттшт хар:}ктерисп.|ками (14|! являются цена деления !|1к€шь1 и Разре1пающая способность.
Бь:стродействие определяется интеРвалом вРемени' необходимь:м
д'1я вь|полнения одного полного 11икла измерения (дтя 1{иг!) или А[|преобразоватптя (щтя цифрвого измерительного преобразователя) входной велищднь:.
3натпае бьтсщодействия к:}к характерис1ики прибора важно при учете
дп,[намичес кой погре:'шности и погре1|]ности аппроксимации'
3хощ:ое сопротивление 1]}1|! для измеРения напряжения характеризует потребляемую мощность от измерительной цепи и ълияет в итоге
на результат измерения. [дя стптжения этого ъпияБ]4я.'ъходное сопротив.
пенис проек-гу1руется по возможности больцпдм. } современнь:х цифровь:х
вольтметров входное сопротивление достигае1 1010 Фм и более.
в цип уравнове!цив[1ющего преобразования входное сопротивле108
ние иногда меняется в процессе измерения' что мо}(ет явиться приштной
д],|намической шогре:шности при измерении напРяжения источ}|ика' содержащего реактивнь1е элементь|.
|!омехоустойчивость |]'14[ численно характер|\зуется степенью подав,!ения помех на входе |-[|,1|| (коэффи:щентом подавле:ия) ' и3меряемь|м
в детртбелах (дБ). в цифровь:х вольтметрах постоянного тока коэффи|д.1ент под;вления помехи определяется пз соотно!шения 20 \в (ш-/ Аш),
|\е цп| _ ам11питудное значение напряже|{ия помехи; Аи - максим:!пь'
ная р1|зность между показаниями прибора с помехой и после фильтра[ц.ти
ти
помехи (в единицах напРя)кения).
1_1|1||
подробно изложень1в [1.19]
€пециа-ттьнь!е
вопрось| погре1шнос-
$ 12.4. |{ифровь:е при6орь: для измеренип электрических велш!ин
Ёаиболее часто в 1]|,1|| кодиру|отоя интерв!!.п вРемени, частота импульсов и напрюкение постоянного тока. 3 измерительной тех.гдике при
диста!щионнь1х измерениях !|]ироко используются с|4нусоу|цальнь|е и импульснь|е сигн:1пьт, модулированнь!е по частоте' фазе или !!!14тель\{ос'|у|.
1акие сигншль| имеют вь|сокую помехоустойчивость и мш1о подверх(ень|
вл'1ят[ию канапа связи. 1очность преобразования времешнь':х сигналов
прин|{ипи:шьно мо)кет бьтть вь:сокой и обеспе1ивается пр0сть]ми сред'
ствами. [1оэтому :л:афровь:е частотомерь| и измерители временнБ:х итшерв.}лов составпяют одну из са|у1ь1х больцпдх групп 1|}1|!.
$ФР'",'. при6орь: временнь]х и|!тервапов основань1
на методе
последовательного
и предназначень1 д'|я измерения периода гармоничесочета
кшх или импульснь|х сигн!шов
и д'|ительности импупьсов.
9реметпт6й интерв:ш 7
* мо-
жет бьтть измерен подсчетом
[мсла заполняюцщх его пеРио-
дов то импульсного кв?}нтующего сигн!}па и'(т) е образцовой частотой |6 = \|[6.
Ёа рис. |2.5, а предст!в-
117
пена структуРная схема [}1!!
ш1я измерения пеРиода. [1ерио-
дический сигн.ш ц-(|), как
показано на Рис. 1{'5, б, поступает на вход усу1лителяформирователя уФ, преобра- Рис. !2.5. !1|{1 дууа измерения периода:
/
зовь|вает его в импульсньлй а _ сцуктурн{ш1 схема; о - вре:л.-!ная
д1,{а[сигн1цл ц1с) у:туцтельностью рамма, уФ уси'1ите'1ьформлровате.::ь;
|' Фис. 125, б), рав[1ь|м 1( - ктпон; [|| -- генератор импу,|ьсов1 сч периоду измеряемого сигнапа.
счетчик; !|| _ устройство индикации
109
3тот импульс открь|вает ключ !(, и импульсь! от генератора импульсов [|'1 запо]1няют счетчик 6ч. |(оличество импупьсов' подсчитанньтх 6ч
за время 7*,
[х/
= 7*||о = [о1'о
йерой,
с
{:
[аким образом, в соответствии со структурной схемой
на рис. 12.6, 4 количество
импульсов сигнала ш"(г) образцовой частотьт [о с [1,
посту|]ив|пее за время тх в
/'
€ледовательно'
+ А[э)
максима'тьная относительная погре|шность квантования
!х!'=
о,
3наче*пде частотьт /9 ограништвается попустимой погре|||ностью из|\.1ерения н:1имень|шего и!{терв{ша 7 п бьтстродействием снетштка. .[дя повь|-
=
( А|
)
Рпс. 1 2.6. !{ифровой фазометр
4 - сщуктурн.}я схема; б _
|||
|1
врегтенн6я ц|1ч|-
- блок вь|деления
@ - форм:ровате]ъ;
рамма; (Бвв|4
интервалов;
:
_ генератор
временнйх
1( _ клюн;
ит!1пу'1ьсов' сц -
_ усгройство :лтдикации)
Ф!еш|ик;
н:ша;
ли6о обеспеч1тть постоянство отно1шет*тя настот { - |[6
либо измерить значение периода
рх=2тм9/мт-.
|{''
'х
;
=!о7о и йтем п4ожно вь|числить
[4аксималдЁная погре1шность квантова\т!4я пр|4 измерении фазь: про-
входного
пор!1ион1}пьна частоте
А*" = +2т/*/{о
ан:шогично и3мерению периода.
110
|' [о
измерении фазового сдвига необходимо:
либо обеспещ,1ть постоянство частоть! измеряемого сиг-
при этом умень1шается в п раз' 0днако во столько же раз возрастают вре_
мя измеренця и емкость счег|ика. 14змёре:пае д'|ительности импульса
€равнение
1!}100
||оэтойу схема цифрового фазометра от.т1ичается от схемь| \А1 р:тя
измерения временнь1х интерв{шов шутия формирователяму| Ф1 и Ф2,
формирующими старт- и стоп-им|ульсь| в момент перехода кривь|х напря_
л<етп:й цт(с) и ш2(г) нерез ну1ь' и блоком вь1деле1пп|я времетпл6го интерв!ша
Бвви (рпс.12.6,а, б).
щ(ё)' ц2(с)
,
что при
Аз (\2'1) следует' '.(12.1
6*"= ||п[,!о,
нь1х хар'}ктеРистик р(впичнь!х звеньев. {ифровь:е фазометрь: можно
Разделить на две группь]: для измеРения мгновенного значения с]]вига
фаз и щ:я измерения ср€днего значения сдви1'а фаз. €двиг по фазе 9, ме>кцу
двумя напряжения9!|| 1/1(т) ът цэ(с) легко прео6разуется во врёме:птой
= 2 т!
'[:{
1|]ения точности применяют синхрониза]ц,1ю
"
начала временшЁ:х ,'вор0т''
7" и квант}к)щих импульсов цт(|), [!ри это1!1 составляющая погре|цности
квантования А[1- '-> 0; одновретиенно осуцествляют дополнительную оценку значения интервапа А/2. }меньлшению погре1пносп,1 квантова}п.:я 6*"
способствует также усреднение результатов за л периодов. Б этом с.т1у{ае
время измерения оказьтвается равнь[м |, =:о7, (и обь:нно равно 10&,
гве * - целое поло)|(ительцое нисло) а относительная погре|цность кванто_
'
вау{]4я
интерв{}л тх.
т'[о
отсюда
ле)кит в основе ряда приборов, предназначеннь1х ш[я измеРегтия фазь:, частоть!, напряжения. [ифровьте фазометрьт предназначень1 для изштерений углов повоРота' снят1:^я фазонастот-
0)
счет1ик 6и, будет равно
.
6"":71|71 :7/!'{,
т. е.6*" -+ 0 при [о - -
Рассмотренная струкцра
' -
период колегАе
= |/{
бап*тй; 7х _ времетлной сдвиг
ме>л€} колебаниями.
со счетчика поступает на устройство цифровой шндуцкату|туц !],1.
€табильность частотьт
мо:кно обеспечить применением кварцевого
|[,1, и основной составляющей погре[шносту| яъляется погре1пность квантования измеряемой велицаньл 7-".
|!ри не|овпаде\т,г|14 *',-'''*'.рва:та 7' с посц|1лециемт имщгльса |!4
погре1|]ность квантов.}ния имеет вид
- (Аг'
а)
ц'(!
Р'= 2тт'|[',
7'
.
которой сравнивается измеряемьтй временн6й иштервал,
в данном случае яъляется период 7' сигнала образцовой частоть| й. (од
А*." = 7.]''/
,Фазовь;й сдвиг гармонических коле6аний
!!
'|;
{
}
[;
!
,|
*!
1
{!
'
структурнь|х схем |1!4|{ для из:!1ерения
интер-
в(}пов' ш{я из1!1ерегия фазьт и :щфровьтх частотомеров 'р"*.,'**
указь|вает на значительную близость их как по сост{шу основнь1х блоков (генераторьт об_
разцовой частоть1' делител|| частоть|' формирователи' счет1|ики, :щфровая
система отобрахсегптя информации и т.п.) так и по связям между ними'
'
измерители времетпт*х
и общему .}пгоритму работь: прибора. ||оэтому
интеРва'1ов' фазометрьт и частотомеРь! стРоятся в виде одного унивеРсального шифрового измеРительного прибора - электРо}!но{четного частотомера.
переклю1ить в ре)кимь! измерения настотьт/перио| или пнтерв:1па времени /, отно!це1ия частот
7
а
также
в ре)ким подсчета количества импульсов
ц
периодов
|'т|1'э
'|7', вне1пними собь:тияттпс'
& за время, определяемое
[ифровьте приборьт ш1я измеРения постояннь|х напряжегпай и токов
3тот прибор
{1
сиг на]!а
мо>+(но
д1,|ческих сигна',1ов' пеРиода
|1!
,''
представляют собой самь|й больгшой класс цифровьтх прибор'",
$б,_
ясняется вьлсокой точностью и неболь1шими затратами при преобразовании многих физшнеских вепичин в постояннь1е напряжение и ток.
14спользуя [}1[1, производят-непосредственное измерение постоян_
напря)кетпля. |,1змерение тока осуществляется косвеннь:м образом
-*
ного
путем измерения падения напря)кения на образцовом резисторе.
Рассмотрим некоторь|е структурьт вольтметров. [ифровьте вольт_
метрь! (1{8) временн6го преобразов:[ния ре;}лизуются по ту1етоду ра3верть1вающего преобразова|1ия и могут
бьтть неинтегриру1ощим|1
рирующими (ицв).
ц \4нте[-
Ёеикгегрирутощие цв предназначень! уля из'у'ерения мгновет{ць1х
значений входного напря)кения. 9ти вопьтметрь! !{е защищень1 от действия
помех и не обеспе1ивают вь:сокой чувствительности и разре1пающей способности. 3десь значетпте изтм|еряемого напрлкения цх предваритепьно пре-
образуется в интерв:ш времени 7*, которь:й кодируется методом г1оследоватепьного счета. [{а рис. \2.7, а, б представлень1 структурная схема
и временн/я ди(шрамма работь: тифрового вольтметра ра3верть[в!1|ощего
временн6го преобразоват*тя (!{0Р). Б цвр преобразова:тие ц х в 7' производ1тся посредством ср:1в1{е!!ия 11х с п14\1е\4но изменяюшц1мся напря'(е|т!4ем цр' формируешть!м генераторо!!1']1илоообразного напряжегп.тя |[1Ё.
|1мпульсьт ц з запуска, вьтрабатьлваеа)
мь1е гешератором имщ/льса |[,1 п делпц
телем частотьт .4\!, устан:1впивают триг_
7 в ед!,1ничное состоя}{ие и запуска_
ют |[1||, которьтй формирует напряжение развертки ц. = у..|. где у - =
*1''
=-,,*|Ё, ]
'!х{
сима'|ьное 3начение напряжо|{ия разверт-
ки; |^ _
0:
ц'
гпн
время развертки.
4Р^
истбнтпаку постоянного опорного
цх
на_
пряжения.
цт
Б момепт равенства цх и цб устрой-
ство ср.внения 9€
*
Рио. 12.7.
!_|!1|1 разверть1вающего
преобразоватптя :
сфуктурная схема; б _ ьременн{я диаграмма; ([!!!! _ гене-
а_
ратор пилооо6разного напря'(ения;
[|| _ генератор импупьсов' дц _
дел|{тель частотьт; 7 _ щигтер;
!€
Фбь:чно
!1редставляет собой интегратор'
подклтонаемь:й на 3аданное время к
-
устройство сравненпя;
|( -
клюн; 6и _ е|ешик; !|! _ устройство индикации)
112
вьтрабать:бает им_
пупьс' возвращаюц{ий триггер 7 ъ ъулевое 'состояние. 1риггер т формирует импульс цт рл14тельностью
|х =цх,р'
/у
в
течение которой открь|т ключ
*, молсно попг{ить на |1 значение
п4ипливольт и т'д') '
(вольт
измерения
,' в
'
'ребуем,'' "ди,'(а*
' интегрирующие
попу1!или наибопь1цее рас'
вольтметРь!
цифровьте
|1ространение среди тшфровьтх вольт1!1етров. |лавное достоинство их -
ное сопрот}1вление и бьтстродействие.
|&тегрирование входного напряжения' т. е. уоред!1ение за некоторь|и
(теоре_
фиксированйхй интерв(!п време!{и' позвопяет полу[ить результат
тинески) без влпяхд9тя т1омехи. Аействительно' допусти1!1 помеха о11исьтва'
ется вь1рахением
$!п
ц = ц_-_..
--п
п !п ах
гпе
образцовой настотьт /9 по_
сцпают в счет1!ик 6!. |(отпачество импульсов, накат1ливаемьтх в €и,
импупьсьт
ц-
---
^-.
-
Ф/
,
:|:у1!1питудное значение 1|апрЁ|(ения
помехи'
#.]11Ё!ш*' 14[8 определяются из вь1ражения
,'"р=
[1риняв
й!тод
- А|'
*
:'(и'+и')ёт=
|**
А|'
й
:
|'^,*зпоэс4т
'
А|' =2т*|ь:=[ (* =\,2,3...), полраем Р.|венство ,}''_|'-'-{-'
интё'.рироватпдя йацлел свое развитие в 1'1[Б двухтактно!о ин'
'
тегрирования'вкоторь1хпРоисходитср:1внениеи}|тегР{!повиз}!еряемого
и о6разцового напряхсений.
й' р'.. !2.8,-а, б приведеть1 соответственно структурная схема шиф_
(ицв)
и времегпт{я
рового вольт1!1етРа двухтактного интегрирования
диаграммаегоработьт.Работа|,1[Бигпатцаируетсяпосту|1лениемимпульса
трцггер 7./ открьтвает ключ /(2,
запуска из от устРойства управлеч{у!я
'\
!1 измеряемого напря_
на
интегратор
разре1ш€ш1 тепт самьтм прохо)кдение
жеу!и1 ц
6дйвременно открь|вается ключ |(3 и импульсь| с частотой [9 с [|1
поступают на вход делителя частоть1 ,[4. [|ри вь:бранном коэффициенте
импульс
деле'{!|я 1(6 нерез время 7о =|э - |1 н? вьтходе '44 пояъляется
1ем
их
состояния'
инвер1ирует
71,
которьтй
72
ут
упр1|вле}{ия триггеРа
измеряемого
интегрирование
к2,
зака!г|ивая
к\юч
закрь|вается
самь1м
напряжения их, и открь|вается клюи 1{./, подключаюц{ий на вход 14 опор'
ное напряжет1йе ш',, полярность которого [ротивоположна полярности
'
и
1Ф*, вьтбрав
вь|сокая ,''';93атт!}1щенность.
(ак известно, самой распростРа1]енной помехой является пеРеменное
напряжение с частотой промь||]|пенной сети'
||рименетп:е фильтров низких частот для сниже}'ия действия поме_
хи ухуд1цает метРологические характеристики прибора' )|!у1еньц1ает вход'
[4
к
||,
!,|у, =
11ри усповии
гер
"*'р'.'8 ''р8.."**,"
,,*
мак_
ооразного напря'(ения|
= 7"!о = ш*!о
времени ,2 напряжение |\авь\хоце и
в *''"',
ш'()=*
гдет
-
},"','{т)ас,
постояпная времени интегрирования'
[1оспе /
}
12 на вь|ходе |1 6уцет
напряжение
| 13
цп(|)= и,(т>)
,[
-+
!"ы,,|[
пери0ш{ческой помехи мох(ет бьтть досп;гнуга при условии' когда вРе'
.
Б момент времени./3, |<Ф|[. напряжение ш'() = 0, сра6ать1вает уст_
ройство сравнения (}€), триггер 72 возвращается в исходное состояние'
ключ /(/ з {|крь|в ается и интегриров ание з :тк а}г| |1в ает ся,
[1ри этом
*'
}',.(с)ас
|т ^
ш*(|
э
откуда
-
}' ,,ас = 0,
- *' -|"
|т) |т = цо (| з * |')
7"=
|т,
,
- среднее 3а время 7' =
= (о/!' значение измеРяемого на_
пряжения; 7' = |' - |э _ !)тительность |1мпульса
где цу
14птпульс
,т2 с
вьтхоце 72.
д'!ительностьто 7--
откРь|вает счет,птк
ъта
6ч. (оличесё
во имщ|льсов при этом
/'[*=7"{о =|(611*|
и.,
02'в)
пройорц.:он:шьно сРеднему значе-
нию измеряе|!1ого [{апряже|{ия.
1{ак видно 14з приведенного
о|{!4са|{14я'
в [Б двухтактного
ин-
4 _ сщуктурн!}я
дв).хтактного интещи_
схема;
б * времепн/я
временной и}|тервап'
/'.
!41]3 двухтактного интегриРо_
вания имеют зна|ительно меньцую
погре1|]ность измерения' тем [3
Р:вверть|вающего временного пРе_
ш{аграмма (1{ - к;пон; 7 * щ:птер;
|1 _ птттецатор; |€ - устройство Фав_ образова:пая.
нония; 6ч _ олетчик; дц _ делите]ъ
Фтмептм, что }11{Б двухтактчастоть|; [|! - тенератор имт|ульсов; ного интегрирования обладают
у4
-
114
усгро|хство индикации)
борьт. |'опустг:м,
[, = Ёш',
_ коэффитщент преобразования.
({астота
[* измеряется тцфровь|м част0томером. |!одсчет коли[|ест'
импу|ьсов счетчиком за не'кот0Рое время 76 и представпяет собой
где &
ва
оперш{ию интегриров(штця:
€ледовательно'
т^
]\,!
=
|'!"ас.
показание !о1!ьтметра
с
частотньтм преобразованием
р= !\и.ё[=*79|'
б'
венно умень1!]ится ее воздействие. (роме погреш1]остей, присушщх :ртф'
ровому частотомеРу, ш|я щ{фРового вольтмеща с частотнь:м преобРа3ованием необхош1|\,1о г{ить!вать непинейность и нестабильность характерис'
тик преобразования |' 3 {'' 8ьтщгскаемьте серийно интегРирующие []8
тотьт
цип
этом прин!п.|пе могут бь:ть вь:полнень| и тшфровьте интегрирующие при'
ется во
дом последовательного счета.
из (12.8) следует' что Результат измеРепия А/* не зависит от
значения постояхтной времени интегриРования т интегратора'и час12.8.
межуточном прео6разоват+тттт ш'(с) в частоту имгупьсного ипи гармони'
ческого сигнала с датьнейшп,:м^преобразованием этой частоть: в код. [;[а
пропор1цон:|пьно среднему за вре1!1я 76 знане**тю11'.
которьлй затем кодируется мето-
&с.
качестве пр€1изионньтх А1{|{.
1],ифровь:е вольтмещь| частотного преобразования основань| на про-
тегрирования значение измеряемо-
го напря'(е|{ля снача!|а преобразу-
рования:
'
обеспе,ддвают 10 _
[(ак правило, |41(Б д"у*'*'*'.'
''Ё'р"$3Ёагпдя
и в А|1( ъ
использук)тся
[1нтегрирующие
[Б
20 измере:шлй в секунду.
717*| шо = (60'|шо/ о
{
-
поло:*слтельное целое ,птспо),
вьтбирая д'|ительность [ 6 = 2|Ё [мс| (/с
'г. е. *ра'"'й периоду сетевой помехи' мо)кно обеспечить знаветпае коэфболее 40 дБ. !]ля боРьфитщен1а подавления помехи ноРм1шьного вида
бьт с погре1|]н0стью' вь:зьтваемой колеба:тгтялтш: частоть| помехи' приме'
с блоком {}втоподстРойки чаототь:
няют генератоР импульсов (ги)
7. и, преобразуя его в н:|пРя'
помехи
период
вь1деляет
(БАпч), которьтй
]с'
жение' упр(шляет частотой |['1 так, чтобь: 7о =[
й
\4!|у1
й,"7, = ш67*;
16 6уцет равно цли кРатно периоду помехи_гпом'
1ак "нте.р''рования
как основное влияние оказь1вает сетеъая помеха частотой 50 |ц, то,
*й
больхпой
помехоустойщдвостью.
[опная инвари:1нтность от ълу!я'{у!я
'|'огда сущест8ь:берем д'|итепьность 79 кратной периоду помехи.
преобразов!гпдя 6беспе.ддвают погре1шность измеРетп':я 0,01 _
|.1 % и подавления помехи 60 - 70 дБ.
[ифровьте вольтметрь| с непосредствен}{ь|м преобразованием напря'
жения в код основань1 на методах паралпельного и паР!}ппельно'последо'
вательного А|{-преобразования и их параметРь| полностью опРеделяются
,*.''т]'о.'-
со отв етствуюшштъшд
А1]||.
|{ифровь:е вольтметрь| ур!шнове1дивак)щего преобразования тесно
связань1 с ан!}поги1|1{ь:ми А[]] и в !{их используется обратная связь, кото'
рая предполагает налит{ие в приборе |!А|!.
. 112 оис. 12.9, а, б приведень[ соответственно структурн||'я схема и вре'
менн6я диаграмма работь: шифрвого вольтметра [8 развеРть1вак)щего
уравновет||ива,111я с единичнь1м приближегпаепт, Ёа рпс. 12.\6,4 видно'
что зд0сь ре{|пизуется метод последовательного
счета.
! |5
Рпс. |2'9.
{Б
образования:
развертьлвающего
пре-
,"/
4'- структурная схема; б - временная диащамма (ус - у9тройство
- цифроаналоговь:й
преобразователъ; €и * стетиик; 1( _
_ генератор импу]|ьоов;
\!Р:' _гиисточник
ион
опорного нацря_
Фавнения; [|Ап
1
жения)
&тс. 12.10. |(одовая маска (Ф€!
фотоёнитьтваюшее устройотво)
|х'!
к
1
2
4
в
Ё!
!,
'!
|,1змеряемое н:шряжение цх подается' на од{н из входов
сирующее
напря)кение
(1лап) _ на другой. €
с
вь!хода
}€, а компен-
цифРоанш:огового преобразователя
приходом импульса запуска и. от ус!ройства упр:1в-
ления сч8ттик €н с6расъ1вается в нуль. (омпенсирфщее напряже|{!1е ц-.
щи этом р1вно нр1ю и на вь]ходе. ус появл лется ед!1!1!1'н,:й .'.'*
,}
подтвержд1|юпщй, нто ш* } ш*. 3тот с:дгнал откРь|в:|ет ключ.|{и т11ктовь|ъ
имщ/льсь1 с частотой ['" с [|1'начин:}ют накаплйвать ея ь Ф. (од с паршллельного вь|хода & прео6разуется ъ 1!А|] в ступек|ато.нарастающее компенсирующее н1шря)кен|ае цк [1роцесс пРодолжается до тех пор' пока
ик не]танет р'внь1м
к.т1ючк.
- 8ь:ходной код
ш*. |1оспе этого сигн:ш цо||зме11яется
и
закрь|вает
счетт|ика
/\[=ш*2п|и6,
где ш6|2п
АФ11; п
-
*
|ш:ш квантования1 цо
разряд|{ость счетчдка 4ч.
€корость
_
значение образцового н!}пря)кения'
нарастан11я компенсирующего 1{апРяжения постоянна и
опРедепяется частотой !'. 3назетлае |, отршлтаяено |]А||. Бремя \.1змеРе|{'1я
является переменнь]м !1 за3|1с\4т от цх. йаксимальное значение вРемени
измерения
/,.' ."*
116
= (2п _ |) /! т
.
$!
1
||огрегшность таких вопьтметров определяется в основном погРе1ш[А|| и достигает ор02 _ о,| %'
3 табл. !2.\ приведень| основнь1е технические даннь1е тифровь:хвольт-
ностью
метРов' амперметров и комбинированнь|х при6оРов' вь!пускаемьп( в
сссР |2.з3] .
8 табл. |2.2 пръведень1 основнь|е технические даннь|е некотоРь!х
п,1пов !щфровь1х частотомеров и фазометров' вь|тускаемьтх в €Р.
[]ифровь:е приборь! щостранственного преобразова1['1я. !ля 1.1зме-
рения ,1инейнь!х и угповь1х перемещений, а таклсе других неэлектрических вели1мн' котоРь|е могут бьтть преобРазовань| в пеРемещение' пРиме}{як)тся 1]}1|| пространственного пРеобразов{}ния.
1(лючевь:м элементом (блоком) 1{!{[| пространственного преобразовы+ия яъляется бпок' преобразую!1щй само пеРемещение' т. е. коорд|{нать| лростРанства в электРические сигн:!пь|. Ёесмотря на боль1цое количество физивеских прин|{|1пов преобразования структурно' их количество невелико.
Б зависимости от способа пРеобРазовану1я' эту! приборьт Раэдепяются
на при6орьт с кодируюшц4ми масками |1 с ч!1сло-\4мгупьснь!м преобразованием.
Б первом случае для преобразования перемещения в электРическую
ве]]и[ину применяются спе|ц,11шьнь1е кодовь|е маски' снабженнь|е какимпибо с1ить!в:}юц.Р1м устройством' н:}пример оптоэлектроннь|м. €ат,шд р:ас_
ки могут бь:ть линейнь|ми ипи круговь|ми (кодовьте штски) и несуг на
себе информацию в виде прозрачнь|х и непрозРа!шь1х участков' магнит'
нь|х (немагнит}{ь[х) излучающих (не .излщаюц|их и т.п.) , д'|ина котоРь|х
'
соответствует ]||агу квантования. |(оличество кодовь'( доРо)кек на мас_
ке определяет [исло разРядов вь1ходного кода' пРи этом инфоРма|щя с
ка:кдой доРожки с(мть|вается не3ависимо. в цип простРанственного пРеобразоватшая операции квантования и код{рования значения измеряемой
вели!инь! осуществляются одновременно. Ёа рис. 12.10 изо6р{!(0н8 ч€1ь1.
рехразрядная кош,1рующая ]1инейка. зашприхов!!ннь]е участки соо1вет'
ствуют единицам соответствующих разрядов кода.
Фтсчет производится с помощью фотосчить!вающих устРойств (Фсу)
'
расположеннь|х на ош{ом уровке пеРпе!{д|{куляРно направлению движе'
ния' пРи(|ем пеРемещаться может либо кодов!!я маска' либо Ф€}. |!ри
использовании кодируюц{их дисков Ф€9 располагаются неподвихно по
од|{ому рад|1усу д|тска, а преобразуемой вепи1001ной является угол повоРо_
та д.1ска.
|(одовьте маски обеспечивают вь1сокую разре|шающую способность
(до :о двоичньр( разрядов)' мапую погре1|]ность (0р002 %) п ъьтсокв
бьтстродействие.
Фднако
14з-за не'4деа!\ьност1! констРукт}1вного исполнехп.тя (например,
перекоса осевой
л'1\{14и
Ф€})
могр воз1{икн)дь о1]д{бки при с1ить1вании.
этом в вь:ходной Резу1ьтат могуг попасть разрядь! из соседних кодо'
вь|х комбинаций. [{апримеР' на гРанице кодов 7(0111) и 8(1000) возмож'
но с1мть|вание кодов 15 (1111) или 0(0000)' что привод|!т к погРе1||ности'
11ри
\\7
7а6лица12.1
{ифровь:е вольтметрь]
Ёаименование,тип
|{араметрьлвхода
11арамерьт
вь!хода
знаков
Больтмещьт цифро_ Ратлря:кение постоян- [1ифровая индикация: 1|испо
вьтеФ4830
ноеот0_0'0005до
0 * 1000
поц)е1||ность
э 0'1/+0'06 %
2
1000
(длапазон
Б
потенциальнь:й параллельньй
и1!но-десят]д{нь:й
дво_
в
%
0,5
до0_
отсчета5;информа[цоннь:йс::гнал:пазона0_10в),*0,06/
8*4_2*| +'0,02% (для другпх диа_
пазонов)
Больтмещ цифровой Ёапряжет*те г1остоян- {ифрозая индикация; чиоло зпаков+ 0'01/* 0,005; *
отсчета5; информатщоннь:й сигнал *0'005%
двухкан;ш1ьнь]й ное от
0 _ 1000 Б (1_й канал), двои!|но-десятичньтй код 8*4-2-|
Больтметрьл,
дво!+|но_десятиннь:й код
1'5
-
1 с
с (с
фильщом)
32$ мс(без фильра)'
0,015/
0 50м3до
400 мо
от0_ 50мвдо0_
500 Б (2_й капал)
ампер_
знаков
}!апряя<ение постоян_ [ифровая индикация' число
ное от 0 - 0'02 до 0
отсчета 4; информацион}ъ1й оигнал:
200 Б (по требованию дво1,!чно_деоят|{(!нь:й код 8_4_2_|
заказчика: от 0'02 - 5
до 50 _ 500 в)' ток постоян}ъ!й от 0 _
.
_
цифровьте
Ф21'4
||[итовой
40 мс
ралпельнь|й двоинно_десятштньтй
интегрирующиймик-ноеот0_0'1
_ 1000 в
ромодуль}|ь|й щ1413
мещь:
50 _ 5 изм/с
(другие диапазоньт)
код 8_4_2-1
Больтмещ шифровой Ёапря:кет*те постоян- |{ифровая индикация: число знаков * 0,05/1 0,02?о (д:тядъца-
щ1526
Бь:стродейотвие
отсчета5; информатионпьйоигнал:11в),+о'15|*о,|%
код 8 _4' 2 _ |
}{апря>кетпае постоян- 1{ифровая индикация; информаци- 1 (0,05/0,02 _ о,2|о'1)
ное 0 _ 10_з' 0 * 500 в оннь|й сигнал: потенциа.т|ьнь|й дво_
ично_десяти[!нь:й код 8 _4 _2 _ |
Ёапряжение постоян_ [ифровая индикаци'!; информа:.ц_ ! 0'0о1- %
ное от !-0,1 до 0_
онньтй сигнал: потенциаль;ьтй па-
щзо4!1,2
щ161
Фсновная
постоян- (ифровая
Ёапряже:пте
0,1
%
1
20 п:с
0'02
до0_200мА
цифровой
+ 0,2| +
прибор постоянного ное от 0 _ 0'02 до 0 _
тока и напряжения 200 8; ток постоянньтй от 0 _ 0'02 до 0 *
200 мА
индика[ия
+
0,5|+ |'025
%
Ф294
-ф"
!7роёолусенце та6л. 2'
1
Ёаименование,
[ифровой
метр
т:тп
вольт_
Ф219
[ифровой
вольт-
мет Феднеквад-
рат|!|еского значения 1{70
[1щамещы
}{апряхегп:е
входа
вь|хода
перемен- [{ифровая индикация; 4 десятич-
ное от 0 - 0'2 до 0
_ 1000 8
[{ащяже:тие от 0
_ 0'01 д6 0
[1арамещь:
-
-
_
500 в
нь'( знака; информа:{ионтъ:й оигнш|: двои1!но-десяти|!нь|й
8-4-2-1
11ифровая
Фсновная
+
потре1шность
0'4|+ 0'25;
:'
|.0|+ 0'5
код
индикац|1я
ь 0'1|+ 0'2
%
%
Бьтсщодействие
120 мс
1
-
|ц
{астота 45 _ 55
т{астотомер Ф246
\-2-4-8
Ё
поФ1едовательнь|й двоично_де_
сятичнь:й код 8-4_2_1
1{ифровая индикация; код в
с}'стеме интерфейса
[ифовая индикация; информационнь:й оигнал ; двоично_десятичнь!й код 8_4_2-1
{ифровая индикация; число
знаков отсчета 9; информаши_
оннь1й сигнал; параллельяо_
,ЁЁ!ЁЁЁЁЁ;Ё#;#1Ё#Ё
Ё
-
оннь!й оигнал; параллельнь:й'
двоично_деояттпнь:й код
знаков отсчета 8; информаци-
{-|ифровая индикация; число
[1арамещьл вь1хода
:Ё!ЁвЁЁЁЁЁЁ ЁЁё ЁЁаЁЁ
Ё*ЁЁЁЁЁ€
[ц
Фазовь:йсдвиг0_360
ньтй шифровой Ф5 131
Фазометр низкочастот_
до0_10й|,ц
9астота от 0 _ 0,1 |ц до 0
100 м|ц; период от 0.0.1 [ц до 0 _ 1 й[ц (длительность импульсов от 0 _
2'10'1 цо 0 _ 10_5 с)
период от 0 _ 0,1
Ф51з7
й|ц;
50
электонно- 9астота от 0 _ 0,1 [ц до 0
|!арамещь: входа
счетгтьле: Ф5035
!{астотомерь:
}!а::менование' тип
{ифровь:е при6орь! ч!стотно_временной группь;
1 (0,02
+
7о
- |,1)
0'50
Фсновная
пофе1цность
70
пи
ца
4 иэм|с
0'001 _ 100 с
10-6 _ 100 с
Бьтстродействие
| а6
12.2
тоРь|х дРугих устройств й[1 в процес-
се вь1полнения командь|' поступивц]ей
пРоцессор. йикропроцессоР имеет
вну[Реннюю ||]инную оРг'|низацию' к0торая переходит во вне1|]ние 1ш1{нь!;
|||ину упРавле'{ия (шу) ц]ину данньп(
' с помощью
(шд) ц]ину адреса (шА).
в
'
сигналов []} мол<но в известнь|х предела"х изменять конфигурацию микроэвм,
создаваемой на д:!нном мп,
к 11|} организованнь|й соот-
подключая
Рис. 12.11. Архитектура
й||:
Алу
-
арифметииеское
типового
лог|{1!еское
|! - улравляющее устройство; ввР - блок внутрен;:их
регисщов; гти - генератор такто_
усщойство;
ветствуюш{им образом небольц|ой
вне1цний жесткий автомат. к |!]ине
данньтх' имеющей Разрядшость самого
й|1, подключаются все вне||]ние уст-
ройства
в
системь|; пзу,
озу,
порть!.
некоторь|х микропРоцессорах шд
вь|х импульсов
мульти'тпек с!4Рует ся п ||с!1опьзует ся р]\я
пеРеда!|и допол|{ительной информа|ц,1и от ]у1||. |!|ина даннь|х является дву_
напр1шпенной, как частично и !]|ина упр{}вления. Фт }у1|! по шА пеРедаются адреса соответствующих вне]1]них устройств (ву) и памяти. Фбъепц
алресуемой памяти колеблется от 64к до 1}у1 спов с разРядностью от 8 до
32 6цт' €ама память системь| Разделяется на те же типь| и по тем же признакам' как и в больхцих 33й, за исключением того' что в й[1 как пРавипо'
нет ра3деле}{ия на цамять даннь|х и память команд' т. е. нет д{вух разде]1ьнь1х !ци|{ даннь|х.
[1рименегл.:е й[1 в измерительной технике позволяет резко повь|сить
точ}{ость прибоРов' значительно рас11]иРить их во3мохносш,|' повь!сить
цадеж}|ость, ре1шать задачи' которь|е ранее вообще не рассматрив:}пись.
Фсновць:е функ:щи, возлагаемь|е на й|1 в |]|4||:
!'змерение _ упр:шление А[-преобразов анием : лу1|1еаРиза\1|4я функции
преобразования; автоматический вь:бор пРедепов 1.|змеРения; вь:бор ка_
н!шов
1'1
типов измерения; ком'[енсация помех; исключение
122
кш:ибровка
измерительнь|х
[(ак в|цно из приведенного списка возмо)кнь|х функцлй й|1, его прик резкому у]1уч1цению характеристик 1{}1|{ и упр|1вле-
менение привод}|т
с усложнением ре]цаемь|х задач.
||остоянно усложня1ош{иеся [шгоритмь: обработки измерительной икформациц предъявляют повь|1пеннь!е тРебования к вь!числительной мощноснию его функтщогптрованием наряду
ти мш, что приводР1т к необход1{мости со3д.}ния и пРименения опе||иапи_
зированнь1х сопроцессоров. 8 ряде случаев штя 1]|,1|| создают многопРо-
цессоРную систему упр:}вления' в которой осуществляется специалу1зы|'1я
футп<ший цроцессоров; процессор ввода-вь|вода' процессор управления'
процессор обработки и т.д.
||римене;пле в измерительной технике й[| и микро3Б}4 пород.:ло
новьтй класс цифровь|х программируемь!х многокан(шьнь|х измерительнь1х приборов' полуд,1в1дих за рубежом наименование логгеров (регистраторь| данньтх). Ёа рис. 72'12 приведена обобщенная структурная схома
такого прибора.
(ак видно, типовой поггер построеш на кон||е|щии ц:шднной орг:|низа|!!4у| и по бло.пто-модульному тц|1у. 3десь все элементьт измерительно|!
системь1 рассматриваются как вне|цние устройства (8}) ш:я й1] ипи ттптк-
ро33й.
!1оггерьт могут содер)кать до 100 измерительнь1х кан:шов' опр{ц11иваемь{х си}0(ронно ипи асинхронно' причем частота опроса мо)!(ет изменяться в |||ироких пределах.
8
8строенньтй й|| управляет прибором согпасно заданной прог'рамту1е.
бопь:цицстве современнь!х логгеров программа уцравления хранится
Рцс. 12.|2' Фбобпденная сщуктурная
ш!
схема регис1ратора даннь1х
:
6/( - бпок коммутатора; цсои *
тцфровая система отображения информации; |Ф _ пульт олератора; *[€ -
к]
модуль сопряжения
€|1€1€й1[{:
ческих погре:.шностей ;
о6работка _ нако|1ление массивов изту|еРительной информации; косвенное и3мерешие; статистическая
дру[пе видьт обработки; с)катие дан_
нь1х; адаптация к вход}!ому сигн!шу;'\
упр:вле!1ие - прием упр:шляющих воздействий оператоРа; гистройка прибора на Режим ра6оть:; контроль за действиями оператора с возмо)кностью коррекции его оцдибок; вь|дача справонной информации:
сигн{шиза]ц{я в экстРем:шьнь|х ситуациях;
отобралсегпае _ управление работой €Ф|4; хРанение результатов пре_
дь!дущих измеРений; отобралсегие текстовой информации боль:шого о6ъ_
ема; отображе*лие графической информации; вспомогательн!ш и сервисная информатщя (время, дата и т.п.) ;
интерфейсньхе-__ф;гнк:щи
управление интерфейсом; работа в комц.,|ексе с другими 1!4|!;
-
тестовь!е функшии _ самотестирование;
кан:шов.
!!т!цкро-
10!|
Рцс. |2.\3. 8труктурная схема цифрового время-импульсного вольтмеФа с
Р![7:
|[
-
муттът*тплексор;
блок; |1ФЁ
_
напряжения; д -
!_-**___
0нсшнсс
!сгр0!16г00
ЁБ
-
входной
источник образцового
д|1ст1]1ей.
на диск(!х и лентах. Б последнее время больццое распростр!|нение получи-
ли [}1[, построеннь1е на базе персон!шьнь:х 3Бй, вь|числитепьнь!е возмо'(ности которь!х 14 сау!а архитектура ока3|1лись достаточно приспособленнь1ми д'|я этого. ||оявивцдаяся''избьтточная'' вь|.п,[слительшая мощность и нали!ие хоро|'шо развить|х сщуктур персон!шьнь|х компьютеРов
позволи]1и ос)дцествить разумное сочетание аппаратнь!х и программнь|х
средств при создании новь:х [|.|[.
[|а рис. 12.13 представпена структуРн:|'1 схема цифрового вольтметР время-и!/1пупьсного преобразования с [4[1 и дис]1пеем 27' |(ак видно
из приведенной структурь:, й[1<истема управляет всей последователь-
ностью опералщй при ра6оте прибора. .{ействительнФ, /||Равляющие ком:шдрт й[1-система получает с вь|хода устройства ср!внения !€, на вход ./
которого последовательно под!}ются с|{[ъ!а!1ь| с мульш,1т1пексора (ф, равнь]е нулю (вход 1Ф1 0'"- от входного блока 66 (вход 2Ф п 0,., _
от источника опорного }|!}пряя(ения 14ФЁ (вход 1ф ' Аа вхо!, 2 |€"й6дается лцнейно и3ме}|'[ющееся напряжет*те (/, от !,1. Р\|1-сцстема между г!р'\ходами командь| преобразования с компаратора последовательно вьтраба_
ть!ваот сигн(}ль] сбороса €
на |1. |1ри этом каждьтй раз !1 формирует им,
шульс линейно растущего напряжетлтя 1,' € приходом имщ'льсов й[1система последовательно измеряет временной интервшт А/1
(заполняется
импульсами от |1|4) и ц.тсловой эквивапе}1т резупьтата изштерегпая 1['1
запоминается в й[1. .[ш:ее измеряется А{2 (соответстве}п'о л/2), пропор!$,[он(шьное |из-, \ затем Аг3 (соответстветлно 1/.)' пРопорцион:шьное
вь[ходпому сигнш:у 1,1ФЁ.
й[1 вьтш:сляет значение
4""-_-
с(|'{э
-
['{'
|'"-\9
формуле
)/(!'{з _ /|, ),
где с _ постоянн!и прибора.
8опросьт ёля самоконтроля
1. [!азовите операции' вь|пол!||емь1е в цифровь:х приборах.
2' [оясните сущность метода последовательного счета.
3. [оясните сущно сть метода поразрядного уравнове1ш пва11'\я,
4. [1оясн:ате сушдность метода одновременного считьвания.
5. 1{аковьт принципь1 посщоеглия [А||?
6. |(аковь: основнь|е характеристики цифровьтх приборов?
7. }каж:тте стуктурь! пифровь:х приборов с кодированием частоть1 имцульсов.
8. }кажите структурь] цифровь:х приборов с кодированием интервалов времени.
9. }кая<ите щруктурь1 шифровь:х приборов напряжения постоянного тока.
10. }ках<ите структурнь1е особет*тости микропроцессор}!ьп( шифровьтх приборов.
г л А в А 1з. АвтомАтичвскАя коРР€кция
изм€Ритвл ьнь]х пРи БоРов
погРвшноствй
$ 13.1. общие вопрось! автоматической коррекциш погрешностей
1,1спользование микропРоцессорнь!х средств нецосредственно
в
соста-
ве измерительнь!х при6оров д:я обработки информа|!|{и позволяет за
счет реализации ковой структурь1 и соответствующей оргаяизш{}1и измерительной пРоцедуРь|' как бьтло показано' не только существенно улг!||1ить метРологические хаР:!ктеристики' но и упростить аппаратшую часть
и повь|сить метрологическую надежнооть устройстъ |\.\0,2.9| .
йетодьт {втоматической коррекции погРе!цностей :ифровь:х
у1змоР|1-
тель1{ь!х приборов в литератуРе объединяются под названием ''алгоритмические', !4п'\ ''структурнь]е''. Фсновная утдея указаь\нь|х методов !вто_
матической коррек|'ии погре1цностей заключается в''трансформа:щи''
бь:стродействия в !очность.
€ледует отметить' что поведение систематических и слунайнь:х погре!|]_
ностей
по времени1разлинно
и поэтому
отлич;}ютсл
методь|
их коРрекции.
1,1звестно, что при постоянстве во времени измеряемой вели(|инь1 наиболее
эффективнь|м методом уменьцтения слг{й!|ь|х погре1]]ностей яъляются
многократнь|е 11аблюде\*1я с последуюц{им усреднением результатов.
11ри этопа погре!шность среднего значения результата измеРения умень!даетсяв х/фаз'гце п _ число наблюдений.
3ша.мтельнь1е тудности возникают при умень1детл;т*л спунайной погРе1днос1и при изменении во времени входной измеряемой вели|инь|.
11ри этом д]|я получен14я нштт!у\!!ей оценки из|!1еРяемой вели1|инь1 применяют процедуру фильтрации.
зависимости от вида используемь|х
преобразований разлинают линейную п нелинейную фильтра:щю' где Реализац'|я отдельшь|х процедур может бьтть осушествлена как аппаРатнь|ми,
так и программнь|ми средствами. 3тот вопрос бь:л рассмотрен во втором
разделе' более поАробно он изло)кен в спо|{иальнойлитературе.
3
3опрось: обработки результатов многократнь:х наблюде}ий бьш1и
рассмотрень| в первом разделе' поэтому в настоящей гпаве у|зуаются
ли||]ь методь| автоматического умень1цения систематических погре1дностей :щфровь:х приборов. 3ти методь1 в литературе подразделяются в основном на методь| вспомогательнь1х измереш|й, тестовь|е, итерационнь|е
и многоканальнь!е.
$ 1з.2. !\4етод вспомогательнь:х измерений
€ушность метода з1}кпючается в том, что с помощью 3|,|}1 п виу.измеряются во3мущ:1ю1]д,1е воздействия {1 - Ё'
,р'''"'д"'"
р^'*.1
погре1цности измеРения по известной д:я данного" прибора з:|висимости
А-
9(ёт,Ёа,...,€'\.
Функциональная схема шифрового прибора
(13.1)
с
автоматической кор125
рекциеи погре|шностеи по мето_
ду вспомогательнь|х измерений
представлена \1а р'4с. 13.1. Боз-
мущак)щие факторьл
ё,
-
ё'
измеряются вс помогательнь!ми
измерительнь1ми устРойствами
виу1 _ виуп' вь|ход}{ьте сиг_
н(шь| которь1х поступают в
вь|числительное устройство ву'
вьтрабать:вающее соответствуюцц,|й корректирующий сигнал
/'. в памяти этого устройства
Рис. 13.1. Функциональная схема устройства
с
автокоррекшией потре:шностей по методу
вспомога'ге'!ьнь:х измщений
- вспомогате'ть}{ое изм9рите.]1ьное устройство; { - помехи
:
виу
Б!
зал{ожень1 номин(шьнь|е значе_
11ця возмущающих факторов
{.''.
к'рректиРующие сигна-
ль! определяются в результате
_
вь1читания {, * €|''
.€;.
|[о полунен*!'м р6з''остям
в
вьтцтсляется изменение ре[1льной статической передаточной функ:щи
прибора' необхош.1мое дл|я искпючения погре1!]ности' обус][овленной эт\4ми р:1зностями. Ёйденньтй
корректируюший
сигн!ш д!шее испопьзуется
д'|я введения попр:шки в вь:ходтой сигн{ш у в ъ14де ! как результата и3мерения и коррекции.
Аостоинство метода заключается в том' что измерение и коррекция
производятся одновременно и непрерь1вно' по разпичнь11}1 кан;ц|ам. |1оэ_
тому рабо.шай ддапазон частот корректируемого прибора не з!}висит от
хар'}ктеристик системь| коррекции.
( недостатк(|м
о]1иса}|ного метода мо)кно отнести следутощее:
корректируется не интегр:шьная погре1дностъ прибора, а только
сост!впяющая, обусловлен11ая отли{мем возмущаюшц.1х факторов {1
_ €' от номин:шьнь:х
ее
знанегплй;
измерения к!ркдого фактора Ё, необход,тмо отдельное Б|4};
необходирта априорная информашия о погре1дности прибора от сов_
местного действпя всех возмущающих факторов, влияние которь!х корректируется [см. (13.1)] ; необходимо также' чтобьл зависимость (13.1)
цр:1ктически не изменяпась во вРеме}{и;
требуется специа-ттьное 8}.
11оэтому автоматическ:и коррек|ия погРе1||ностей по |\!етоду вспомогательнь|х измерений практического применения не попутмла.
€ледует отметить, что метод ур(}внове}||ив!}ющего преобразования
можно рассматривать к:1к разновидность конструктивного пути повь|шения точнооти за счё'т введения отрицательной обратной связ|1' когда такой
связью охвачено все из|}'еритепьное устройство. Фднако развитость и важ_
ность этого метода позвопяют рассматривать его отЁельно. йетод ур{шнове!цивающего преобразовагшая эффективен' когда метрологические хар{|к д]{я
теристики цепи обратной связи существенно вь|1це характеристик
1,26
це|1и
прямого преобразовштия. |!оэтому
в
качестве элемента цетпл обратной
связи в компенса1ион}|ь|х измеРительнь:х устройствах обь:чно используется пеРеменная образцовая мера измеряештой величинь|. 3 компенса:цоннь|х тифровьтх приборах эту функтщю вь|полняет то.шь:й [А[1, погрохш.
ность котоРого в зна!итепьной мере определяет резупьтиРующую погРе[цность прибора.
€ледует отметить' что в компенсационнь|х приборах мультиттликатив.
нь|е погре1шности и погРе|цности нелинейности це||и пРямого преобразо.
вания (как основнь|е, так и дополнительпь:е) пРактически полностью
искпюч{|ются. Фднако адд1(тивнь1е погре[пности здесь вообще не коррсктируются. [1оэтому к компенса1ионнь|м при6орам предъявля|отся вь1оо.
кие требов!1ния по то1;ности исто1{ника компенсирующего напряхения'
стабильцости коэффи:щента переда1м делителя для сравнения \.1змеРяемой
и
образцовой
вепи!ин,
а также
стабильности
нулевого
вительного и}щ|{катоРа р:|вновесия устройств ср1}внения.
уровня
(увст.
$ 1з.3. 1естовь:е методь| коррекции
€ущность тестового метода коррек|ц.1и погРе1дностей заключается
в том' что передаточную хар:1ктерисш.|ку основной измерительной цегп:
у = !( х ) аппРоксимируют кусочно-линейной функ:щей
&о!,
|=&т'***
гце /п
! =1'2'3'".,&
_ число )дастков а||проксима]п.|и.
''
|{роизводя допо]1нитепьнь|е измерения шреобразованной соответствующим образо]и измеряемой велищднь!' определяются ре:шьнь|е значения
коэффитщентов а|! 14 ао'
д:шее вьг{исляют истинное значение измеряе.
мой вепичп.тнь: (с тонностью '1
до погре|дности аппроксимации).
€труктурная схема устройства, реапизующего такой метод коРрекции' представлена на рис. 13.2. |!роцесс измерения состоит из трех поспедоватедьнь1х измерительнь1х тактов. 8 первом такте с помощь!о пеРеключателя 11 ко входу А{|| подклк)чается измеряемая величина х*. 8о
время второго т:}кта на этот }(е вход подается сумма (в общем случае
шлгербраитеская) измеряемой вел1{тмнь| и образцовой мерьт х * + ||. Б
третьем такте ко входу А1.[[] подключается измеряемая вели!ина' умножепная на коэффи:щент переда!и мас:цтабного преобразователя 1(. 3 результате тРех тактовь|х измере:пай попу{!тют систему уравнегий
|т=4тх*+ао;
!а=4т(х*+74)+а,;
!3
=
4]|$*
*
а1
,
(1з.2)
\2'1
[{еобходдамь:е вь11ислительнь|е
Рис. 13.3. €щуктурная
схема усФойства с тре_
мя А[[]7
операции (вьгиита:пае кодов' деле_
н|.1е и умножение на постоя::тльй
коэффи:щент) вь|полняются Б}.
||ри Реа!\\4зшц4!4 {шгоритма (13.2)
Рутс. |3.2. €}руктурная
схема
сгва' реализующего тестовь:й
коррекции погретшностей
у9трой_
метод
/[[
мера; [/ * перектпонателль; .[( _
коффициент деления
-
:
(13.3)
и (13.3)
я3ляется то' что они поз-
воляют в зна|ительной мере скоРректировать все сост:1вляюцР1е статичес_
кой погрепшности основной измерительной цепи' используя только одно
значение образцовой меРь| измеряемой велитинь| и одноступенчатьй точнь:й маогцтабшь:й преобразователь' ипи да)ке топько одно значение образ_
цовой мерьл. 11олучение суммь[ изт\,1еряемой велищднь: и образцовой мерьл
в отли!ие от получения их разности возмо)кно
почти д'|я всех измеРяемь!х параметров. Б то же время уп!ножение на постояннь:й-коэффитщетш
д'|я многих измеряемь|х вели]ин неосуществимо. Ёапример' такие часто
встречающиеся в качестве объектов измере}|ия электрические параметрь|' как сопротивление' емкость и инАуктивность' нельзя умножить на
постоянньлй коэффициент (во всяко]|1 случае достаточно прость|м путем).
3то обстоятельство в з!та1итепьной степени снижает универсапьность д.ш-
ного метода коррекции.
Фпределегшлой технической трудностью
пРи
реа!!\4зацу\|1
данного мето-
так>ке необход}1мость обеспечего:я вь|сокого обобщегшого
входного сопротивпения масл.цтабного преобразователя (при недостатон-
но вь1соком сопротивлении в результате измерения буцет вноситься метод'!ческая погре!пность). !ринципиа]1ьнь|м и существеннь!м недоста1ко]!1
данного метода коррекц|[и явпяется шеобходимость вь1числения отно1цения разностей близких ме)кду собой чисел. Аействительно' степень коррек1ии нелинейной сост{вляющей погрел'пности тем боль|ше, чем мень|це
у{асток аппроксимацп!г' т. е. чем мень!ше ]4 и 6лцже к ед!|}[1це коэффитиент' /(. [1оэтому длиша )дастка аппРоксима|]!т14 не дол)кна превь!|цатъ
0,1 * 0,2 от д4апазона измерения. Блияттие только погРе||]ности дискрет_
ности результатов измерений !у - !ц на результиРующу|о погре1цность
128
го усщойства (Б!7
блок памяги)
-
жаются до )ров}!я' определяемого
то!шостью задания $
$, а нел14-
ф
да является
самокорректирующего измерительно-
^!1|'1тпьная и м)д|ьп.1|1ликатцв|\ая
сост:вляюцп4е статической систематической погре!цности А[|[, естест_
венно' исключаются полностью (сгп:_
" участок :|пнейу+ая составляк)щая погРе1цности тем больпце, чем ме[ть1це
проксимации.
8сли по какой_либо пр}г|ине тР/дно обеспещдть вь|сокую то1]ность
коэффициента пеРедати -( ма.слштабного преобразоватепя, то пРоизводят
четвертое тактовое измерениё' в процессе котоРого на вход А![1 подает_
ся величина |{ (х * +
=у
Б итоге скоРрек1ировайнь|й результат измерения
'.
Аостоинство|}1 апгоРитмов (13.2)
Рпс. |3.4. €}руктурная
схема
пРи ре{!пизации !1пгоритма (13.2) возрастает в средне|!{ в 5
- 10 раз, а
100 раз. [1оэтому необходимо
во столько ){(е раз умень1|]ить погре]!!ность д{скретности' Аътьтмц сповапри ре:шизации :шгоритма (13.3)
_ в 50 *
ми, необходип,1о на од[1н-два порядка повь|сить ч)вствительность
по ср€внению с номиц{шьнь|м значением'
А[[
|[ри рештизации д:шного метода коррекции происхош{т усшлетпле бь:стропеременньтх слутайнь|х погре|||ностей, а также дина1!!ической погрегш_
ности. .[дя сних<егпая д{намической погрешштосп.1 пРедл!шается измеРять
} *, х* + 1|1 и |(х * одновременно с помощью трех иденп,1,д*ьпх
[1.11] .
Ёсли сщ.:тать' что процесс измерения во всех трех преобразователях з:!к:!ц-
А{[
(ивается одновРменно,
гре;||ность в
то при коррек1ии по (13'2)
скорректиров;шно}1
ливаться.
дутнамическая по_
резупьтате измерения
не будет уси-
€трукцрная схема такого устройства пРедставлена на рис. 13.3. Б
с пом0щью Ацп1 _ А!|13 измеряк)тся **, |* + 74 п [{х*,
каждоп4 такте
прш|ем в разнь!х тактах эти вепи1инь| с помощью комбинационного переключателя !г7 подводятся к разнь!м Ацп. в резупьтате попучается девять
соответствующая обработка которь1х позвопяет опРеделить значе-
"оАо1,
х* в моменть| тактов измерения' свободнь:х от динамической по-
|{14я
гре|']_!ности.
}мень:шение бьлстропеременнь1х слрайньтх погРе|цностей А]]|! осуществляется так)ке пр!4 реат!у1защ1и'алгоритма коррекции с п0мощью устройства, функ:щонш:ьная схема которого показана на р!4с' 13.4. Работа
прибора на(!инается с ц|{кла ''самообщения''. Фс1пшествляются три так_
товь1х измерения вели!ин $*, ** + &| ц .л(х*. [1о пол)д|еннь]м код:}1!1 ./1 _
- !з в 0!/1 определяются оценки Ё1 п [6 паР:!1!1етров аппрокси|}1ации
61 1,66 передато1!ной характериспдки А[[1:
а'=и#\=
где Аа1и
5
-
14з1
а1
+Аа1; йо=!п
Аа6 - слунайнь:е погре1шности оценок.
=6о*А4о,
\29
[{айденнь:е значения }, цй' запоминаются ь Б[1] ут Б[72. 1&кл ''самообщетптя'' состоит из /, измеРений и поспедующего усреднения полу{еннь[х
оценок:
ц| _
п
2
]=1Ёт),'
--;--_
3 &':
'
п
(А41),'
_----]_
-,,ц1 т* !=1
3, 1!
,,1,
:
(1з'4)
= 4о*
'.='*
||олагаем,.по (Ас1), и (Аа), - некоррелиров:шкь[е случайнь|е по'
гРе1!]ности с цу1евь|м матемап,1ческим ожиданием' поэтому с ростом
п111 + а1 п
111 ->а9' !!исло измерений п^т*1кла''сам-ообще}11:я'' обьтчно выбииз
условия допустимого отпи|шя71 9\ 41 ||[1 от а9 [1.11] .
ра|от
||о окончании !ц{к.]1а ''самообрегпая'' при проведе}|ии (п + 1) 'го ц1{кла измеРния скорректированпь:й резупьтат опРеделяетс я ъ 0!2 :
!рез
(у'
-})/ё , '
Фдновременно по (13.4)
^-
(й]
'
*
н!'(одят (и + 1)е оценки
(?)'
*
тп
средних значении 41 1 &6.
.!дя с:ддхегпдя слунайной погрхшности скоРректиров[}нного Резуль-
тата хотя бьт до )Фовня' определяемого слщайной погрепшностью А[|!,
тиспо тактов измеРекия и должно бь:ть порядка нескольких сотен. 8 те_
чение всего 1ик]|а ''самообрегптя'' измеряемая величина х* должна бь:ть
практически неизменной.
[1ри применении данного метода коррек]ц{:{ Рассмотренньлй способ
ртеньхшегпая бь:стропеременнь|х слрайпть:х погре|||ностей оказьтвается
достаточно спо)шь|м.
Б
!/|терашз:оннь!е методь| корРекции
вестной измеряемой ве]]и.инь| х* некоторой известной постоянной, получаемой с помощьк) то1!ного {А|| с хар{|ктеристикой фэ). 3адача состоит
в оть1скации такого кода 2 = ?*' упр!вляющего работой [А[], при кото_
Ром Результать! из|у1еРения х* у1 извесп{ь!й вь:ходной сигнап 4э*) \ьп
совпадают:
=
Р(х*).
(13.5)
}равнение (13.5) назовем уРавнением коРРекпии. Фтьлскание кода
= 2*, удовлетворяющего (13.5)' производ1{тся итера|'шонно (последоватепьнь|м приближегптем) с помощью следующего {шгоритма :
7
(13.6)
191з)1 _ Р(х-)}, п=0,1,2,
тде п - номер итер:шщи (цикпа коррек:щи)| 2п _ и-й скорректированньхй результат (код цАп); у(п) _ пар:1метР ш;горитма, назь:ваемь:й:ца'
7п+|-с'_т0){г
гом;
130
Ё _- функ:ия
преобразования
корРектиРуемого
;7рс0бра'э00аг€/7я
Рис.
1
3.5. €труктурная
5 _ ::ере:<люнатель;
Р6
схема само1(оррол<тируюш:его
* блок управ'1спи'|
1-[Б
:
_
функция преобразования цАп. [1риведегт:дь:й (!пгоритм известен в теории методов цовь!1:1ения точности изр1ере_
гптй как обобщенньтй 1}лгорит|!1 интера|ц]1онной корректщи погре:шностей.
9ках<ег:, что Различнь|е частнь!е алгоритмь| итера|$.|онной коррекции погрехпностей могщ бь:ть получень1 из (13.6) копкретць1м зад!шием прави1@)на кал<дой итеращ{и.
т€ руктурная схема самокорректиР}ющегося измерительного устрой_
ства' использующего обобщенньтй !шгоритм (13.6)' приведена на Рис.
13.5. }{змерение и коррек1ия погре1|!ностей на ках<дой итерации вь1пол-
ла вьтбора штага
няются в два этапа.
1чвьсй этап определение Р (х *). |!ереклтонатель [1 нахоцатся в положеЁ{!4ц /. 8ходная из1!1еряемая величица х* подается на вход корРектируемого тракта А1{|1; оцределяется Р(х*), полщеннь:й код запоминается в
регистре памяти устройства (на рисунке т!е показан).
8торой этап коррек|ц{я погр€|цностей. [1ереклюнатель |7 переводц{тся в полоя(енпе 2. Аа вход корРектируемого тракта А[|! подается входная
величина \1'А|1-9(з'). [змеренное значение
|9(э')1 вместе с э*и Р(х*)
11озволяет 1та\4ту| новь!и скорРектированнь[и резудьтат' определяемь|и
алгоритмом-коррек1ц,1и (13.6). 11олщенньтй ко!\ ?п * загпа6ьлвается в
-
-
основе рассматриваемого подхода лех}|т метод замещения неиз-
р [р(а-)!
[ракт о0ратноео
|
!
цифрового преобразователя; 9
Б[11 ц Б112 щ:я формирования новь1х
1, которые направляютсяь
$ 13'4.
уу|
.
тракта ан:!'!ого'
г
регистр [А1], где хра1[!4тся в качестве нового утон1теннбго
' лр||6т['1же\{]^я
к искомому результату а*. \1а этом одна 14тера\]уя (один цикл коррек_
ц|4и) закан1{ивается. Бсе последуюцще итерации полностью иденти1тнь[
описан!{ому.
1-|'иклинеское вь|полнение измерительно_вь1числитепьнь1х операций,
зад{}ваемь!х :[пгоРит|!1ом (1з.6)' обеспе'ддт в спг{ае сходиту1ости процесса
коррек|ц,||4 поспедовательное при6лижение 7, к''ист14нному'' з!|ачению
а*. Фдновре|у1еншо с этим вь1ходная ве]]ичи}{а'[А|! х,
к значению х* из|![еРяе}1ой входной величинь!.
= 9(2п) стремится
|!ока:кешт, что -описанная шроцедура обеспец,|вает корРек1ц,1ю система-
тических погре1|!ностей тракта А11|1. Аействительно' как следует из обоб_
щенного :шгоритма (13.6)' по мере прибпижения, к 7* раз}|ость 2п + | _
1з1
-
к нулю'в сулу ,т' { г
* Р(х*)'
0 -+в г |р(з
7п стремится
обр1зом, [1|1
[9|')1 -
Р@*)
')] прибли:кенное равенство
чиспа итеРафй
вьтпопняется точнее и в пределе пеРеходит в р{венство
€ ростом
р
[р(э*)1 = Р(х*)
.
1
|
'+
191э,)1
0.1аким
-
Р(х*)
коррекш1рующегооя измерительного устРоиства.
(\3;1)
Ё
анштого-:цдфрового преобразования, входяшщй в обе части
(1з.7) иск.]1ючается из око!г!ательного результата:
'
(13.8)
р(з*)= х*
Фператор
и пеРстает
оказь|вать впияние на точность измерегпай. [аким образош:,
щ>и любьхх значениях системап.[ческих погреш:ностей корректируемого
измерительног0 тракта' задаваемь!х оператором Ё, оконнательньтй результат свободен и от |4х влия;.{:ая. [1оскольку т1р'1 ш\а!11|зе коррек1ирующих
свойств рассмотРенной процедурь| повь|!цения точности никаких допу'
щегптй относительно ан{шитического вида функ:щи шрео6разоват*тя Р
не дел{1пось' эффект корРек1ц{и погре|||ностей будет обеспечен д]1я самь!х
разли1шь1х измеритель1!ь|х тр:1ктов. 3то зна.мт, что независимо от того'
пинейнь:м |1!1и нел'4цейньтм окакется коррекпаруемь:й измерительньтй
тр!|кт, шосле з:}вер1||ения всех итераций 2п'{итивная и мультит1ликативная
погре1шности, а также погре1цности нелинейности указа}{ного тр:1кта не
ок!ркут вп!4яу{ия на результат преобразования.
из (13.8) непосредственно следует, что скорректированть:й резуль'
тат 2* связан с измеряемой величиной х* футп<:паональной з:}висим1остью
э*= 9-\ (х*)
,
(13.9)
- фуггкция, обратная функции 9 преобразоватпдя [А|!.
3то позвопяет Рссматриваемь1м самокорректирующимся измеритель'
нь:м устройствам обеспе1ивать сов]}1ещение' двух полезнь|х функций:
корРек|Р1ю погре1цностей измерений и функциональное преобразование.
1\4аксима-г:ьно дости'(имую точность пРи использовании метода !4тера'
тионной коррекц!,|и погре1цностей огранишавают следующие основнь1е
погРец]ность, обусповленфакторь:: г!огре[цность используемого [А[;
ная н€}пичием входного 1|ерекпючателя //; нетоиность фикса:щи дости)кения равенства (13.8)' что от'раничено главньтм образом слунайнь:ми погре1пностями и п0гре1пностью квант оьа'1у!'я корректируемого трш<та А[||;
нестабильность характеР14ст\4ки корректируемого измерительного тракта.
[оспедглей из указаннь:х факторов не является существеннь1м' шоскольку на практике обь:щдо несложно обеспецдть требование кратковре-
где 9-1
менной стабильности элементов и узлов корректируемого тракта для
пвух бь:стровь|[олняемь|х соседних измерений. [|е представляет сложности
и вь:бор входного переключателя |7, не вносящего дополнитель|1ь!х помех.
умень1|]еция слу:айнь;х погре:'л'г!остей эффективно используются
тракть! интегрир).ющего измерительного преобразоватшля. €ушествующие здесь возможнос1и позволяют значительно умень1!|ить слунайньле
!ля
погре11:ности , делая !лх вл!4я\1пе прнебрежимо м:1ль1м.
1з2
1аким образом, основнь1м метрологическим огранивива:ошим фак'гором при использовании метода итера|щонной коррк:щи явпяются погре|цности [А[1, вклю||аемого. в тракт обратного преобразова:пая самоЁеобход,:мо
отметить'
что
в отли1ме
от других
методов
коРрек]{ии
систематических погре1!]ностей при итера1ц{огп:ой коррек!щи сбои и ашом:шьнь!е опшибки, возникаюцд{е на отдельнь|х итерациях' !{е нару|шают
сходимости процесса коррек|ц{и и в итоге исключ:|ются. А это зна!ит'
цго ук!ш}:шнь:е о:цибки вь1зь]вают ли|ць снижение 6ь:отродействия, а не
тотшости изптерегшлй.
|еомещинеская интврпрета|шя пр0цесса итера|щонной коррекшии.
Фсушествление коррек1ц{и погре|||ностей измерегддй в соответствии с
{шгорит|у1ом (13.7) в математическом отно]шении эквив:}пентно ре]цению
уравнения коррек|ц.|и (1з.6), т. е. поиску значения 2 =7*, о6ратшающего
р'[р(а)] - Р(х*)в нуль.
}казагптое обстоятельство т{озволяет дать наглядную геомец)ическую
и!!терпрета|ц{ю процессам итеРа1ионной коррк:щи (рис. 13.6). .[ощгстим,
!(а) _ функпщя преобразования А[|| и задано истинно€ значение измеряемой вегпдщ,:нь1 2, а фщкция преобразовагпдя 1]А|! пинейна, т. е.9(а) =а.
Рассмотрим геометрическук) интерпРета1Р1ю итера]ц.1он}{ого !шгоРитма
(13.7). [1усть в результате (и _ 1) итера:щй по]т)д|и'!и.пдсловой эквива}1з то.пси 2п _
ле1тт измеряемой велищт11ь\ 2п
| восст:}вляе]!1 перпе}щиА. Аз точки 7 проводим прямую до
купяР до пересечет*тя с {(э) в точке
'.
шересечения с .п:сповой осью и полу!им чисповой экьу|ъат!е|1т
к
2
п.
Абстисса то||ки пеРсечения предст:шляет собой новое приблшкение
значению э*. |7рта этом :ц!ш 1@) ытторптма коРректцтп (\3.7) задает
на ка:кдой итера|ц{и угол наклона прямой и р|шен т:}нгенсу
_(з' - ,, * ]| |г(а') - Р(х*)1.
ула Б€Р
(ртя
1(ак следует из Рис.
13.6, поспедовательнь:ё приблия<ёния ?, довольно бьлстро сходятся к иско_
мому корню 7*' ц1сленно Равному изш:еряемой вепи!|ине. €корооть приближения к ?* во всех слу!![п( оцредепяется вь:браннь:м способом задаумя т(п). 3то о6стоятельство имеет при]щипи!шьное значение у\ ле>к|/!т
п-йтатерыл!тп
в
у(п)
орцове целой группь| самокор-
итера|ц{оннь!( устройств, ро;шизуюцих пРин|щп автоматического вьтбора :пага.
Фргштиза:ця последовательнь|х
приближегп:й к а* всегда нат!и|{ается с вьтбора нач!шьного (нулевого)
при
приближегпт$ 7о. ||оскопьку
ректирующихся
фиксированном {|исле итера:ий
||
спозаданнь!х''коррктируюц|их''
собностях апгоРитмов мень[||ие на_
э*7
чальнь|е погре1||ности [а,
ооеспет|ив:}ют ооль|шую конет!ную
то1[ностъ измерений, тот!к} ?9 ст!0-
-
-,
-
{
Рлдс. 13.6.
[еомецинеская интерпретация
итФационного алгоритма кФрекции пофе11|ности
1зз
мятся вь!брать как можно более прибли>кенной к а*. 3 итеРацио}|нь|х
измерительнь|х структурах задание начального приблит<ения }{е встречает каких-либо принтщпи{шьнь|х- затруднений. ||ри этом а' вьлбирают
только в тоту1 слРае' когда соотсходятся к искомому значению
коррекции
им
процессь1
!|стствующие
:*. [1тя обеспечения указанной сход}1мости 1ш{|г 1}лгоритма т(п) должен
удовлетворять определеннь|м огРа!{ичениям' которь1е и предст:вляют
|(оррек|д,|и погРе1шностей возштох<но
следуюш]им образом:
по ре3ультату измере!!ия Р(х*) неизвестной входной вели!инь| х*;
в фиксированной точке диапазона измерения;
собой условия схош,[мости
слунайно.
01
[1аиболее распространенньлй способ задания 2о свя3а\1 с использованием первого подхода' обеспечдвающего наи]1г{11|ие результатьт. .[дя обьтнной нефункционш:ьной коррек!щи погР!цностей начальное приблих<ение
.а9 обьт.пло вьтбира_тот по номинальной характеристике Ё, корректируемого тракта:
э,=Р}|(!*)
л:о
* ) -результат измерения х*.
!)тя линейнь!х и квазилинейнь1х измеритедьнь|х тРактов с характеристикой вила Р'(х) = /сх нахолсдёРги9 29 по рассматриваемому способу
сводится к делению,][* на константу' т. е' э6 =у*|*. !дя корректируемь!х
трактов с характеристикой Ё"'*(х) = х вьтбор начального лрпбли>кенп7
максим{1льно п!Фст:'29 =7*. 14менно так задают а6 в цифровь|х итера1щон-
т*тфровь|х вольтметров). 3нане$\4ё 76 может вь:рабатьтваться
и спе!ц.!:шьнь|м генератором слщайнь|х (исел, ввод,1мь|м в сост!}в устройствац!1ц системь!'
Б ана.тлоговь1х измерительньтх преобразоватепях значения последовательнь[х приблилсетш,тй цэанятся в виде напря:кегш:й ш:} накот1ительнь!х
элемент:|х и в схе|!1ах вьтборки_хр ане!{!тя.
9оловия схош{мости а]1гвритмов итера!ц{онной коррек:щи поще[цнос!ей. Фневидно, что испопьзование любьтх 1[пгоритмов итера|щонной
\з4
Р'
1рР)
- х*| 12
'
\а6пцца13.1
3начонип относитольной погрец|ности ч€Рс'
ще1||ность
,
итерацдсй
}екушдая поц)е1дность 6
[|ачальг:ая по-
Ботн-(о|.7'
.,
п=|
90
80
1о
60
50
40
30
20
з'14
0,157
0,001
10
|,о2
0,025
0,000
!
отн
(
п),
%
п=2
п=3
п=4
п=5
35,80
8,056
о''|21
0,014
29,58
5,918
о'4з1
0,006
2з,8з
4,172
18,57
13,85
2,186
1,729
0,248
0,129
0,059
9'6з
о'964
0'02з
6,05
0,454
0,006
0,002
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
у.
;
\
!
.[дя некотоРь|х задач и3меРений' ре|]]аемь|х о помош{ью метода итеРа'
коРРк1Р|и' существует во3можность проведения то!шь|)( измеР'
*
п{:донной
&
п*тй
;Ё
:кетпдй а'
т (п)
свободцо.
к
используя в качестве ?о г{роизвопьнь|е значения, слунайно форттштруюшиеся в узл:ш( устройства (например, в регистрах последовательнь|х прибли-
к ор рек !ц{и.
3 табл. 13.1 приведе[|ь1 значения относительной погрегшности тРакта
:шалого-:цфРового преобразоватепя пРи разнь|х числах п итерат1пй в задаие функ:шойальной коррк|р{и погре|шностей пРи 9[) =х/7 [2.|41.
|Аё / * = Р (х
п4нь|ми затРатам1{.
горитмов
Аоспдхсение условия сходимости (13.6) не встречает каких_либо прин'
1и|]иапьнь!х затрудпето:й' поскольку 1паг :}лгоритмов вьтбирают относитепь-
,
нь|х вольтметрах напря)кения постоянного тока' в вольтметр!|х среш{их'
средневь1пря|!1леннь|х и ап,1|1литуднь|х значений и в црутих итера!ц,1оннь|х
устройствах.
Фтметипл, что т!ри вь;6оре 2о по результату измерения у* тФ9к8 ?9
всегда привязана к искомому результац 7* у| отличается от него на значение текущей погре|дности измерительного тР;1кта.
Б тех сщ/чаях' когда требова}{ия бь:стродействию итерационнь|х
устройств невь|соки иди используемьтй !}лгоритм коррек1щи дает достатощтьтй запас по бьлстродействию' мох(но отказаться от оптим!}пьного
вьтбора 2о, з^|\аъа1' нач(}пьное прибли:кетпие в некоторой фиксированной
то!|ке диапазона измеренътя. 3 качестве такой точки обьлчно вьлбирают
нач!}по 1{ли середц.|ну диапазона измерения э^^*/2.'Рассматриваемь|й способ
задания 79 ха!:|кте!ен &'1я итерационнь|х устроиств с существенно непи'
нейнь:м и3мерительнь[м трактом и минимальнь|ми аппаратурно-програм-
:}л
}словие сход1мости обобщенного :шгоритма имеет вид
1
*
*
*
;
#
н
1{'
и прп нето1|ном [А||. }казашная возможность овязана в первую очередь с задач:|ми измерегплй постояннь|х велит!ин с помощью интегриРую'
1цих
измеритепьнь!х тР:!ктов |2.141
.
метопа состоит в следующем: как следует и3 постановки зада(и'
уР!}внение (13.5) является несимметрищ|ь|м' так как функ:пдя прео6ра'
зов:шия |{А|| входдт только в его левую часть. в результате поФ]е завеР'
шения итера|$.1онной коррек:ии ч(а) в (13.8) также вхош{т только в
левую часть равенства. это не позволяет искпю!мть погреп:п*ости [А[,
связаннь|е с 9(?), {шапоги1{но тому' как это бьш:о сдел:}но сЁприпероходе
от (13.7) к (13.8)
€щь
Фгсюда слещ/ет' что д'|я искпючения погре[шностей цАп из ре3ультатов
135
и3мерений необход,1мо так видоизменить (13.5), чтобь| футп<ция преобразов!!ния 9(з)вхощтла в обе тисти ур(внения коррек1ии.
3ь:берем умно)к.|юцц,1й цАп с функ:цей преобразовал*тя 9(а1х) =
= (1 + ,,',)к'* *
€''., (сцап и 0*'_погре11*лост!',кэ* коэффи:щент
пропорц]{он:шьности, и подад,|1}1 на его аналоговь1и вход ,с ве]|и1ину х*.
|,1змерим вь[ходную ве]1и1[ину [А1], подавая на ег0 вход ? некоторьтй
-
полгим Р [9(а',, х*)] .
||одав на аналоговьтй вход 1]А[ опорное напря)кение хоп' определим
коц 7' при котоРом результать1 измерения неизвестнои
и опор|{ои хоп
'*
вели!|ин
совпадают:
опорнь:й код 7оп. Б результате
Р 1р(а,х']1 =Р [9(з',,х*))
(13.10) с (13.6)
'14з сравнения
(13.10)
видно' нто 9(э, х), а следоватепьно'
и [огре!шности !{А|! входят в обе части уравнения коРрек]'{].|и' а поэтому
могут бьтть скорректировань:. .4дя }!:жождения кода 2 =7*, обрятт\ающего
(13.10) в р:ве!{ство' восподьзуемся обобщенньтм !}лгорит|\,1о1\,1 итерацион_
нои коррек]щи погре1||ностеи
7п + 1= 2п _'у(п) {.р
:
|р('', х.]7 - Р [9(7.,,')1}
(13.11)
.
8ьтбором соответствующей т(п) можно полуить конкРетнь|е
:1лго-
ритмь! итеРа|ц.1онной погрегшностп. ( ростом числа итера1щй', - 2, + 1 }
--> 2*, а вь1ражение
в фигурньтх скобках (13.11) стремится к ну!{ю: Ё'[рР',
х',/1 - Р |9(2',, х*)7 .в уст!шовив1цемся режи|у1е получаем равенств<!,
кб1орое с ретой Бьтра)кения !ля 9 (2, х/ приобретает вид
Ё
[(1
+.,',)ь'*'.,+рц",] :л[(1 +ал.,)ь'',х* +р,",']
Фтсюда спедует' что оператор анштого-тщфровогр
Ё, а также погре1шнооти цА[1 сцап и 0ц", исключаются и
чательньтй результат:
'
||риведена на рис' 13.7
;
;
преобразовштия
не входят в окон-
(1з.12)
.
{,арактеристика умножающего |{А|1 длля простоть1 вьлбрана лътней:той, однако приведеннь1е вь!кпадки сцр{}вед'|ивь| 14 р]|я !опее обшпах функ'
!иональнь|х 1]А||. ||одРобнее с итера!ц'[оннь|ми !}лгоритмами автоматичес'
кой коррек|ц1и погре1цностей :т1о)с|о познако||'иться в спе|иальной ли'
'гературе |2.91
ё 13.5.
.
[1риншип многоканальности
[1ри реализа|ии структурнь1х методов повь||шения точности всегда
можно установить н:|.пи(ие в них двух и более каналов (пространственнь|х
или вРеменн*х) передаша возмущения в систему [2.10] . Ёали'пде допоп'
!{итепьнь|х канал[ов в (А уля компенсации возмущающих воздействий
|1озволяет подходить к их синтезу 14 а\{а!|\4зу с позитцдй теории инваРи{шт_
ности' разработанной применителько к системам автоматического упР:!в'
11е|ш1я. Фсновньте структурнь|е схемь1 разомкнутьтх инваРиантньтх €|'1
изобра:кеньт на рис. 13.8.
8 измерительном устройстве (|'1})' по структурной схеме рис. |3.8, а,
и3меряемая величина х * и возмущетпае | действуют на входь| обоих €|'1
с коэффитщентами передачи Ё1 и Ё2' 11реобразовахпле информации в т:}ком
€[,1
можно записать следующим образом:
*т = Р
*э = Р
.
7*= 2',х*|х',.
Аз (13.12)
|(о точностью 0порного напряжения х',. €труктур}{ая схе|!1а итера!р1он!|ого измерительного устройства, рабо1атощего по апгорит|!ту (13.11)'
т (х *,
а
(х*,
Ё)Ё)-
в €1'1 с коэффи:щентопп щеобразования &1 ;
в €!4 с коэффи:щентом шреобразоват*гя *2;
д!шее в вь|!!испительном устройстве 8}: у
=Р(хт, хэ)=у (х*).
||о схеме рис. 13.8, б измеряемая вели1ина х* действует на одц{о си'
а второе _ слу)кит топько д'[я переда(и возмущения. }равнегп'те преоб'
разов!шия информа:'щи р:я этой схемь1 имеют вид
следует' что точность преобразоватепей определяется тольа)
х1
0ь:хо0 цсгро0сг0а
Рутс. 13.7.
€щуктурная
схема усщойства итерационной кор_
рекции с исключением пощегпности
[А[
Рис. 13.8. Фру:стурная схема инвариаъугнътх |1|''
измерителы:ьтй оитт:ал и помеха на входе обо:лк €['1;
измерительнь]й сигт!ал на входе одного €й
4_
б_
_ в (|4 с коффи1ц1ентом преобразоваш|я!с1.;
$1 = Р]х*,€)
\э = Ра (Ё) _ в €}1 с коэффи1*{ентом преобразова:птя &2;
! =Р(хт, хэ)=у(х*) - ги вь:ходе 3}.
Ёа щактике инвари!!нтнь:е €}1, построе[{нь|е по схеме рис. \3.8, а,
встречаются Рже, что обусловлено сложноотью обеспечелддя требуемой
асимметрии канш1ов *1 п *2, необхощсмой д.г:я достижения инвариант-
А з д в л 5. элЁктРич€скиБ измвРвния
нЁэлЁктРичвских вЁличин
Р
г л А в А'!4. и3мЁРитБльнь!в пРЁоБРАзовАтвли
нЁэл ЁктРи чБских вЁл ичин
ности.
[1римерм уст1юйства, имеющего струкцрную схему рис. 13.8, б, может с'ужить €}1 резоглансного типа для измерения уровня дг:электр.и|{еских
сред' описанное в [2.15] .
}1нвариантньте (|4 могут иметь т:|кже замкнуту|о структуру уравновеш]ивающего прин1{1{па действия. € увепинением тисла возмуцехп:й
увопи|ивается }исло избь:то,пть:х каналов переда|!и информации. }(роме
того' в общем слу1ие констРуирование инвариантнь|х €}1 связдто с применением довольно спохнь1х вь|:мслительньтх устройств 8}. !,1тшарианшпьто
€}1 с 89 трансформируются в измерительнофь[чиспитепьнь|о устройства.
!
1*
|
*
в
$
Ё
опросьл ёля сагпок онтролп
1. Б чем оуцдность
кщрекции поще:шностей?
3. Б чем сущность птерационного метода автоматической коррек|ши пофе|дностей?
4. (аковь: основнь|е меФологи[|еские ощаничения итерационного метода
матической коррекции пощетшностей?
5. 3 чем су1ццость прин|ц{па многока::апьпости?
авто_
оннь|х призн.[ков является физинеский принцип, за.тто:кенньтй в основу
|1острое}!ия д..}тчиков преобразовате.:тей физинеских величин [1.8' 2.61 .
Резцстцвньте ёатчцкц. Б основу построения их заложено преобразова-
,!
*
|{|,!о!{нь|е.
{
метода вспомоп|телы|ьтх измерений?
2. Б чем сущность тестовотю метода автомати!|еской
(уществуюшие
преобразователи неэлектрических величин основань!
на р:вли1|ньтх физииеск14х явлеы]4ях. Фдним из основнь!х кпассификаци-
ние измеряештой физинеской вепищ,тнь| в изменение о}1ического сопротивления. |{ри этом измеряемая механическая велу|чуЁ1а предварительно прео6разовьтвается в перемещение (деформацию).
3лекцолоаенцтнь1е ёатчцкц. ( этой группе отцосятся даттики' использующие вз{имодействие магнитнь1х потоков' создаваемь!х протекающим
[1о контурам электрически|!т током. 3пектромаггпатнь1е датчики' в свою
очередь' подра3деляются на индуктив}!ьле, трансфор!!1атор|{ь|е и и'цук_
$
*
*
]|!
8
$ 14.1. (лассификация прео6разователей
{
{
!
.
*
|1ьезоэлекщццескце 0агчцкц. 3ти даттики ос}{овань1 на испопьзовании
пьезоэффекта' цри которо]!1 осуществляется преобразован}.1е динамичес_
кого усипия в электрический зарял. €ушоствуют дат!|ики. использующие
о6ратнь:й пьезоэффект. |1ьезоэ_лектрические дат1ики по физическому
прин!ц.{пу действия иногда относят к эпектростатическим' так к:!к и}!_
формациотпть|м параметром явпяетс8 электростатический заряд.
3лекщостатическце 0атчцкц. Фни основань1 на взаимодействии двух
зар'океннь|х тел. ( таким датчикам относят' например' емкостнь|е' позволяюц]ие регистрировать различнь1е механические ус\4л\4я' уровень }(идкости' сост(ш веществ и дР.
|альвано*аа2нцтнь1е 0атчцкц. 3ти датчики основань| на гапьв!}номагнитном эффекте, суцц{ость которого з(}ключается в изменении электрических пар{|;!1етров преобразователей под действием магнитного поля или
|]оявпения 3А[. [акие дат!ики бьтвают м!ш}{иторезист}1вного типа и основань1 на эффекте !,опла.
3лекщохшмцческце 0отчцкц. }( этой группе относятся электрохимические резистивнь|е датчики' г:}льванические' полярографинеские' эпек-
трокинетические и химотроннь!е пробразователи. |1ринцип действутя
этих датчиков основ1}н на зависимос1и параметров электролитического
преобразователя от состава и концентра]Р1и, температп)ь1 и других свойств
!
й
{
;
раствора'
а также зависимость электрической разности потенциалов
на
гр(тнице раздела тверАой и >кидкой фаз от скорости г!еРе&1ещения Раствора.
7епловьае ёатчцкц. [1ринцип работь! этих датчиков основш{ на исполь-
зовании физинеских законом1ер}{остей' ог1ределяемь|х те11повь|ми
про_
139
цесоалт1и. |{ этим даттик1}м относятся дат|1ики термомехани!!еского' термо.
резистивного и термоэпектрического п,1пов.
Фптоэлекцшческце 0атчцкц. Фсновань: на преобразов.|нии оптичес_
ких излу!ений в злектрический сигн!}л. 8 зависимости от д'|ин волн и
интенсивности воспРинимаемь1х оптических лщей эти датт|ики позволяк)т
РгистРиРовать яРкость света' температуру веществ' спектр:шьньтй состав
оптических излуяет&тй,сост!!в веществ и дР*.
3 зависимости от вида вь1ходного сигнала все дат||ики подраздепяют.
ся на генераторнь!е и параметРические. [енераторньсе цатштк7 под во3дей-
ствием измеРяемого физитеского
$ 14.2. Резистивнь;е датчики
18 резистив|{ь!х дат1мках измеряемь:й параг:етр изменяет омическое
сопротивление чвств!{тельного элемента. [1реобразователи' сопротивле_
ния.которь|х меняются под воздойствием магнитного и светового пото'
в других книгах |2.5,2.61 , цоэтому здесь уделе!?€€}1атриваются
но внимание датчика|!1' соцротивление котоРь1х изменяется под воздейст'
вием механических вели1|ин.
|( резистивнь:м преобразователям мех:}нических вепичин относятся
реостатнь1е дат!!ики' тен3орезисторь[ и пьезоре3исторь!.
(Ф311
пара|}1етра вь:рабатьтвают электричес-
к)|ю энергию. 1щалоецшческшмц !{азьв;!к)т дат1ики' котоРь|е под воздей.
ствие|}1 изгтеряемой ве'1и|инь1 меня|от какие_либо электрические параметрь|. Б частности, к этим паРа1!1етра1\,| отн0сят сопротивление' емкость'
индуктивность, фазовь:й сдвиг, мас:штабньтй коэффипщент и АР. \тя псполь3ования даттшков параметрического типа требуется дополг*:тельнь:й
источник опорного с!4[на!!а.
|!о разновищ|ости измеряе1у1ь|х физинеских вели|!ин различают т:}кже
дат!ики пинейнь|х и угповь|х перемеще}{ий, уси;тпй, крутящих мо|у1€[г!ов,
давлет+;тй и напряжений, парагтетров дви)кения' температурь|' концентРащ.!и
веществ' излг{ения света и дР.
Аатцдки лицейньтх и угловь1х церемещений в зависимости от ду1а|7азона и3меРяемь|х вепит|и}{ и требовалш:й к конструк|']Р1ям могут бь:ть постРоень| на основе реостатнь|х' е|91костнь|х' индуктивнь|х' тензоре3истивнь|х' тьезоэлектрических прео6разователей и АР. 8 }{екоторь1х слг{аях
Реостатньте
Р=[(х)
где
представля|от
собой
.& _
пере|у[енное
сопротивление
,
вь[ходное омическое сопротивлену|е;
перемещение дви)кка.
*
{
3
:
щ)именяк)тся также иониза1$.1онньте (напримеР, Р]я измерения уровня)
преобразователи' ос:тованнь|е на интерференпщи света' и др.
Аатцдки д]|я из]}1ерения механических успттий, крутяц|их моментов'
давлегштй и напря)кений строят на основе тензоРзистив|ть:х, пьезоэлектРических' ]!1аг!{итоупругих преобразователей. |[ри использовании промежуточнь1х механических ч)вствительнь|х эпементов (мембран, сильфонов' рь|чагов и пр.) измеряемь!е механические паРаметрь! .[редварительно преобразуются в пинейное пеРемещение 11 для измерения :тоследнего применяют
г'(е и}!дуктивньтй, емкостньтй, фазоэлектрический и другие тигьт преоб_
дат1ики
специальной конструкции' движок которого под действиегт входной вели_
\{инь| х меняет свое положе}!.{е. в общем виде функция преобразовашия
таких'дат[!иков может бьтть предст:}влена в виде
х
-
угловое ипи линейное
1акие датчики изготавливак)тся из манг{}нина' констант:|}|а или воль_
фрама в виде изо'1иров!!нной проволоки' намотанной на каркас. |1х со'
противление из]91еняется в пРделах от 10 до 1000 Фм. Фсновнь:ми требо'
ваниями' предъявляемь1ми к матери(}л:|]!1 дагиков, являются минимапь_
нь:й температурнь:й коэффи:щент сопРотивления и устойш:вость к меха'
ническому износу. фи:кок реостата дол)кен обеспецдть хороп:штй элек'
тринеский контакт под действием минимапьного усипия' поэтому он изго'
тавпива€тс'; из с11п:ша |1латишь1 с ирид|4ем или бергтллиеги.
[арактер
функтцди
преобразован|ия
дат1{ика
вь:биралот
пугем
измене-'
ния д'|инь1 к0кдого витка (за снет формь: каркаса) или путем изменения
*
я
3
&.л +
&э= Ро
д
разователей.
Аатцаки параметров движе}йя строят на основе |ъезоэлектрических'
индукционнь|х' индуктивньтх преобразователей совместно с инер!ц4оннь|ми
(р:я сейсмических или гироско1тических датшлков), штембран:ль|ми' ротоРть:ми (шля датчиков расхода) и другими первичнь1ми и3мерительнь!ми
преобразователями.
Аатщдки темперацр стРоят на основе термоэлектрических' опто_
электрических' Рад*|ационнь|х и других преобразователей.
Аат.п:ки химического а|1ы1у!за строят на основе резис1ивнь|х' емкост_
нь|х' термоэлектРических, фотоэлектрических и других преобразователей.
Аатчаки излучения света' как пр.вило' строят на основе фоторезистивнь|х и фотоэлектрических прео6разовате.цей.
* .[алсс приводится подэобг:ое описание !!екоторь|х из
указа1|пь|х вь|1|,е датчиков.
$
в
$
&лс. 14.1. Реостатньтй датчик
141
р*с. 14'3 приведена охема преобразования динамической деформацпдд
2, |представля:ощей сумму статической кагРузки 0_ ут' шхнат"птческой 0-,
т. ф. 0_ + 9-,в электрическое напря)кение (щ с помощью тензорезистора ,[.
характеРизуются коэффи|ц{ентом тензо\ те'''ре',стивнь|е датчики
1цага между витка|!1и. Б первом случае !шаг д|{скретносп.1 получается !'авномерньлй в зависитт1ости от входной вели(мнь| и неравномернь:й в зАвисимости от вь:ходттой вели1инь1, а во втором случае _ наоборот.
Ёа рис. !4.|, о изобрах<ек ростатньтй дат!ик с [|ер:шномерньтм: профилег:,
а на рис. !4.1 ,б - зависимость вь[ходнь|х сопротивлегпай Р1 и:{2 от перемещения х. для простоть1 конструк!'ий форш:а каркаса бьшает сцпенч}той (рис. \4.1 , в) или отдепьнь|е участки преобразовал*г:я цунтируются
ув}твительности:
\
к
сопро1ивлениями (рис. 14.|, е). 8ьтборопт значений |цу}{тирующ|о( сопро_
тивпетпдй \4о)кно менять функ:щю преобразования дат1ика в 11]иРоких
.,.
!
(&-*0-]:
4'2. 1ензорезисторьт
вьлводьг; 2 _ 6аза;
\
:
3 _ проволока| 4 _
слой лака; 5 _ исследуемая поверхность
&,тс. !4.3. |1рименегтие тензорезистоРов для измереяия м}
ханических напряжен ий:
1 '-
те::зорозисторь|;
исслсдуемая поверхность
142
2
_
полупроводниковь!е тензодат[ики имек)т коэффипщешт тензочув.
ствительности в предФ1ах 50 _ 200. Фш:ако поспедние обладают значи'
тельной чувствительностью к изменениям температурь|' поэтому в основном используются д]|я из1!1еРния весьма м:шь!х деформатщй' где т[Риме.
нение проволот{нь1х тензодатчиков. невозмо)ю!о ввиду низкой чрстви-
Ё
= Б А!|| опРеделяют механическое напРя)кение. таким образом, измеко'
|{ие сопротивления даттика
о
Ё
*й
л
Ал/д
=
|(о |Ё
.
0штой из разновидностей рзисторнь1х дат!мков явля}отся пь6зоРе-
зистивнь[е преобРазователп си!!' давлений и деформа:щй. Фгп: отлича|отся
вь:сокой чрствительностью цРи достатотко простой конструк1р1и. [1рин|ц.1п действия этих дат1иков (рпс. 14.4) состоит в следующем. 1[увствитепьт*ь:й элемент ,/ под воздействием (осуществляется через мет:1'тлические
обкладки 2) механинеской сил:ьх меняет сопротивление между проводами 3. ![рствительньтй элемент пьезоРезистоРнь:х преобразователей вь1пол'
няют и3 разли|!нь|х метаплических и неметаллических попупровод1|иковь[х
ёо,роти"пе'ие 1ъезоРезистоРов' имеющее зпачение 10 _ 108 Фм,
может меняться под воздействием измеряемого мех:|пического напРя-
:'
1_
^!|!
матери{шов.
]-"
| ц.ка
Рис.
относительное и3менение сопротивления дат1ика;
тельносш{.
[,1змер:.:з от!{осительную деформа|ц{ю поверхности конструк|ц{и и
з}{ая зпачение модуля упРугости
р:тя данного материапа' по формуле
Б качестве
а
_
4р, ь
ма1+114.
( концам проволоки приварень| вь!воднь|е провода /. €верху провода нанесен слой лака 4. Аатчик наклеен на исспедуемую поверхность 5ивместе
с ней деформируется, т:реобразуя мех!}ническое на!1рюкение в изменение
ом|{!!еского сопротивления.
.[дя преобра3ования приращения сопротивления могут бьтть использовань1 к!1к мостовь|е схемь|' так и схемь| с де]|ителями напрял(етштя. [{а
|ал7л
,
Адя различнь1х матеРи!шов значение ]( колеблется в пределах 0$ _
нических
примера раоомотрим конструк|ц,1ю проволо(шого тензорезистивного преобразователя, приведенного на рис. 14.2. 6н состоит
из базь1 2, на которую наклеена проволока 3 длагтетром 0,02 * 0,03 мм
зигзалообразной форгтьт (::шарина нак.]1еиваемой проволоки а, у7хпна !'9).
(Ал/л) |(^|||)
отноёительная деформагця пРоволоки.
пределах.
Реостатньте преобразователи применяются ш|я восприятия тех меха_
т1ереп/1ещений, где прилагаемое ус|/!л'4е превьт1ттает 10*2 н, а са1}1о
г1еремещение _ значение 2 _ 3 мм. [1ри питании т:}ких дат1иков переменнь|м током частота не должна превь:тшать 5 [ц.
Адя измеРения механических напрпкений |||ироко используются тензорезистивнь1е датчики. Фни изгот.]вливаются из проволоктт, фольтт и
полупроводниковь1х ]1пастинок. 14х прин:щп действия основан 1|!1 изменении электрического сопротивлеиия под действие|}1 механической дефор-
=
1
_
)кения в 1л|ироких пРдепах' 1по позволяет непосредственно подкпю!![{ть
!{а их вь|ход вторинньлй измерительньпй прибор' |еометритеские Ра,меРь|
]ъезорезисп,|внь]х датчиков не превь1|ц:|ют 5 мм по вь|соте и 1'0 см2 по
т1]1ощади.
Рпс. \ 4.4' ||ьезорезистивнь1й дат_
чик:
зувствительнь1й элемент;
* метаплпшеские обкпадки1
3 - вьтводь:
12
14з
|
$ 14.3. 3лектромагнитнь|е
|
|
датчики
(
3лектромагнитнь1е преобразователи (датшаки) шпароко ,р'*"*'то{."
д'|я измеРе|1у|я разлцчнь:х физинеских вели!ин [1.8] . РазновиАнос/ью
этих дат1тиков явля1отся индуктивньте преобразователи' основанньте/ на
пРи}т]ц,1пе изменения цндуктивности электромагнитной кату!цки в зфи_
симости от сопротивпе}п.!й магнитной цепи. Ёа рис. 74.5, а изобро[ена
дат!|ика линейнь1х перемещений. ||ри перемещ}нии
3 относительно неподвижного 2 изпсеняется]возпугшньтй зазор 6. !,1змешение воздуц]ного зазора привод1{т к из!у1енр!{ик)
|}1агнитного сопРотивления цет1и и' следователь!{о' индуктивной ооставляющей сопротивпения обмотки /. йежду индуктивнь1м1 сопротивп0то:ем
обмотки и длиной возду1]|ного зазора существует футп<циона-гльная зависхе|у1а одц{ообпдоточного
подви)кного серде!|ника
симость: <о[=
[(6)
Ёа рис. \4.5, б изобра:кена схема ан:1поги1!ного преобразовате'!я' где
в отличие от предь|дущей входной вели'ддной датчика является угловое
перемещение Р.
.{дя практических
:
сердечник; 2 * вторииньте обмотки)
а
иллюстрирован даг1ик одноэлементного тица' а на
рпс. 14'6, б представпен дифферен:щальньтй трансформаторньтй дат!ик
перемещений. |!ри отсутствии перемещения серде1{ника 1 в обмотках
2 траясформатора инду!ц.1руются одинаковь!е 3.[€, сумма которь|х ввиду
их встречного соединения р[шна нулю. ||ри появлении перемещения в
одной половине магнитной цепи за счет умень1цения возду1']|ного зазора
возрастает малнитньтй поток' увеличивается наво!иштая 3А€ во втоРичной обмотке. Аналогично умень1цается 3.[€ во второй половине датчика
ввл{А} увелпчену1я возду1||ного зазора. 8озникающая рез}41ьтирующая
(суммарная) 3[€ пропорцион!1пьна значению перемещения.
€реди дат'цдков индуктивного типа особое место з:|нимают магнито_
упругие (рпс. 14.1)' принцип действия которь1х основан на изменении
[1
м[шнитпой проницаемости
силь\
0'
$
ч
Рис. ! 4.5. 14гпдуктивньтй датчик:
линойньхх порсменений;
'1,\|дуктивньпйдатник
[!ь!й датчик
у!'ловь|х псрсмотшсний
б _ ин\уктив-
сердечника
/ под действие1!1 механической
йагнитоупругий датник цредставляет собой маг1{итопровод 1 пРямо_
уго]1ьной формьл
с
четь1рьмя симметрично расположеннь|ми отвеРстия'
ми' в которь|х размещень1 две обмотки 2 и 1, причем |1доскости этих
обмоток взаимно перпенд.1кулярньт. Фбмотка 3 питаето'1 током пере'
менного напряхения, а о6мотка 2 является измерительной. [!ри поп}|ой
симметрии магнитопровода и изотропности матери!!"ла и1цукп1вная свя3ь
ме>кА} обмотка:тш:
отсгствует' так как магтддтнь:й поток обмотки 3
не
пересекает вторичну1о. €ледоватепьно, 3.[€ о6мотки 2 прп отсшствии
меха!{ических напря)кений в материале магнитопровода р€вна !!улю.
нарунла[1ри воздействии на м:шнитопровод механического усилия
ется и3отропность матери:}па вследствие изменения магнитнь1х свойств
последнего под действием упругих напРя)кений и' как следствие этого'
изменяется напря)кение магнитного потока обмотки 1. |7ри этом часть
|
потока обмотки
а
датчик (-1 _
применений наиболее удобнь: трансформаторнь1е
дат!|ики' вьлходной параметр которь1х - эАс.
[1а рис. 14.6,
Рис. 14.6. 1рансформаторнь1й индуктивнь:й датник
одноэлементньтй дап!ик; б _ дифференциальньтй
4 _
мотктт
2, в
3
пересекает витки об-
результате чего
в
последней
возраст1ющая с увели[|аводится эдс,
!|;! магнитопровод
че}!ием действующего
ус'1лия.
[{есмотря ш1 невь1сокую тонность (по4%), мтагн*поупругие дат_
гре|шность 1
констРук|п,1и, вьтсокой
простоть1
ввиду
чики
наде)кности и возмо)кности измерения весь-
-
_
106 }{) тшироко
боль:ших сил (10'
применяются в измерительной технике.
ма
7
Рис. |4.7. йагнитоупругий ипдгктивньтй датчик:
1 _ 'магитопровод;
обмотки
2,
3
\45
|
$ 14.4. [!ьезоэлекщш.еские
,{
!
датчики
', 8
|
|
Ёекоторьте д.|электрик1{ при воздействии на них механическо.' ф"лия подрергаются эпектрической поляриза|ц,|и' что предст:|вляет со|ой
лвле1тие прямого пьезоэффекта. Фбратньтй пьезоэффект хар![ктериз|ется тем' что дизлектринеский матери!ш под воздействие1!1 эпектринес:{ого
11оля подвергается механической деформации. 11ри этом пьезоэффект
\
дто!воляет на их базе построить дат!шки виброуокорет*тй
\
обпадае} знакочувствительноотью' т. е. при изменении направлелшая
феханического напРяжения изменяется полярность электрических за!яАов
и
уровень 14цр. |2'1'7]
танат свинца' цирконат свинца и др.
конструк|щи' определяется формулой
ч=ао,
используется оптический метод.
гдеё _ тъезоэлектрический модуль.
[1ри этом Раз'1ичают продопьньгй (рпс. \4'8,
а) и
Аз всех
образованная емкостями крист!шла, ка6еля
теля' заряжается до напряжения и.
и входной емкостью
Б
создании разности темпеРатур п4ежду точкой соеш{нения 71 и товками
свободньтх концов
гщй температур:
ус\1л'|-
€ледует отметить' что мощность' развиваемад пьезоэлементом' чрезвь:чайно м:}па' ввиду этого измсрителькая цепь дат|ика тщате]тьно экранируется от помех и наводок. [|ри измерении статических сип возникающий эпектрический заряд утекает через сопротивление измерительной
це|1и' следоватепьно' исключается возможность их регистРации. [1оэтому
примепяются
дат1[ики
д|\я
регистрации
,1и!дь динамических с:шл. 1[астотнь:й диапазон измерений составляет 10-5
|ц.
существующих методов измерения температурьт цаиболее
1!1ироко приме!{яются термоэлектрические.
[ермоэ.ггсктрическое яв]ге}1ие зак]!{очастся в т0м' 1[т0 |1ри сое/ц{}10н1]!.{
(рис. 14.9) из раз,{ь!х матери;шов (терштолтара) и
двух проводов ,4 и
поперетнь:й (рис.
14.8, б) пьезоэффектьт. Аля релш[е}{ия заРяда в пьезодатт!ике / кристшл]тические тшйбь: собирают в столбик и эпектрически их соединяют пар:}плепьно. 8 соответств}1и с рис. 14.8 общая емкость с из|}1еритольной цегпа,
а)
.
.[|дя измерения темг|ературь1 послодняя преобразуется в промежуточ_
ну1о величи}{у' например в 3.[€, электрическое сопротивлеРп1е и другие
велит|инь|. Фтштетим, что для регистра|щи весьма больтлпдх темпеРатур
3лектринеский заРяА, возник{||оц{ий на гранях пьезоэлектринеской
105
$ 14.5. 1епловь:е датчики
]||ринцип действия тет1ловь[х дат!иков ос1{ован ша испопь3овании те]1'
лов*тх |фоцессов (нагрева, ох.т1а'(дения, тегштообмена). }{а этом при1щипе
стРоятся датчики д'1я из1!1ере!{ия не только температурь]' но и дргих
физивеских параметров' таких' как те11повой поток, скорость потока
газов и ж!цкости, расход' химический состав' давление газов' вла)кность'
меха!{ической деформа1щи диэлектр1{ка. к материапам' обладафшшм
тьезоэффектом' можно отнести кварц' сегнетовую соль и другие крфсталлические вещества' а так)ке искусственнь|е керамики: титанат 6арф, тп-
|ъезоэлектричеокие
- акселерометрь1.
\
шРи }|3менении полярности эпектрического попя меняется направ$ение
практически
измерительной це|1и пьезодаттшков обьтщто используется усипитепь
Р ) 101 з Фм с малой входттой емкостью.
!дфферентцдруощий характер пьезоэлектрически)( преобр'азователей
с 1вь1ходнь1м сопротивлением
|!
(7'|, 7-о)
-- 7'(}1'
7'
)
воз:шткает
./ {г*
)
3А€, пропор1ц4ональная разности фу"к_
.
3паченио термо3/{( зависит от ма{'еР]{а1ов термо'
в пределах от долей до сотен мил'
"с.
характеристика термоэпектричес_
ливольт. на 100
как правило' нелинейная |1
ких пробразователей,
в значительной степени зависит от на.'1и1мя примесей.
механи.теской и термт.тшсской обработкт: матер]4апов
парь! и колеблется
_
термопарь1.
|а
ц
у
$
!(алсдая термот1ара снабжается градуировочной ха_
рактеристикой. [радуировка термопар осуществляется
при температуре свободнь|х концов, равной нулю;
при температуре, отличной от нуля, возникает допол'
|{ительная погреш!|'|ость' [{ри градуировке термопар
дшя иск.,1ю(!е}'|||л |т()т'рс1|||{ос'ги 0'г'!еп0ст()я!'!стБа в['!у'грс1{}|е|'о со|1ро'гив]те!тия п1-т:тбс>ра (мЁ) после71нт:й градуируется совмест!'|о с датчиком.
термоэлектрическими дат(иками темнаряду
с
ператур
Рио. 14.8. |!ьезоэлектринеский датчик
:
4 * щодольнь:й пьезоэффект; б _ поперечнь|й пьезоф_
фект (2-_ усилие; 1
-
пъезокристалл)
;]
г!рименяются
терморезистивнь|е
дат1ики'
нуемь!е термометрами сопротивле}!ия. 8 €Р
име_
тер_
морезистивнь|с ]{ат11ики вь|пуск;1к)1ся в с00 г!}с'гс1 1}и}'
665\-78 и имею'т двс осн0внь!е раз]-1оп.з:1}!(]с'г|'|:
с [Ф€1
Р;тц..
14!'
!1]р\.1()],!ц|<
ко:'о
'геля:
(чс:;'
! |)1||]
0('_
т:рообразс':гта-
АиБ-провода;
т
|
т()чка
|'()|)'|-
ч(']'() (:||!'|: '[,:
'|'()||ка \().]!{)'1(!|()|'()
( ||1!,|
[47
термосопротивления
нь|ми элементами.
с
1ш!атиновь]м
(тсп)
и меднь!м (тсм)
1ро0олхсеное тфл. 14"2
чувствител
[1о конструкции чувствительнь[х элементов терморезистивньле фт[ики температурь| разнообразньт. €овременнь|е |1латиновь|е терморефстивнь|е датчики температуРь| имек)т вид с{1!1ра[1и' помещенной в ка:/ав-
ках двух- или четь|рехкан:!льного керамического каркаса и угшотнен[той
поро:шкообразной окись1о :!"люминия. \акая ко1;струкция позволяет/ ис_
пользовать преобразователь как в защитной арматуре' так и без нее. [
йеднь:й терморезистивнь!й чвствительньтй
элемент представляет
собой бескорпусную о6мотку из медной изолированной проволоки; по_
крь|тую свеРху фторогшластовой пленкой. !ля обеспечетп.:я необ*оди-
мой пронности обмотку помещ1}ют в тонкостенную мета'1пическую
{
в
$
1ип термомеща
(та6л.14.2).
имеют несколько классов
тсп
]а6лица14'1
Фсновньге характеристики
[ип
[!оминальное
тфмомеща сопротивление
щи 0 "с, ом
тсп
промь!шлоннь!х термомотров
Фбозначение градущовочной характеристики
1
1п
5
5п
!у
*
у
}
$
10
10п
(46)
1щ.21)
50п
50
тсм
100
100п
500
500п
10
10м
50
50м
1ц.23)
(5 3)
100м
100
/1иапазон'"м,"р'тур,
-
!
|
тсм
'
с
|у
!ип термомеща
тсп
(ласс точности
+ 300
* 50... + 200
50...
+
200
50 ... + 180
* 200 ... + 200
||
148
сопротивления
[1ощештность
^а./
1
11,0
3десь бь:лпт приведень] основнь|е типь! пРобразователей' ||]иРоко
используемь|е в настоящее вРмя па пр:!ктике. € остш:ьгъ|ми типами пРе'
образователей мо)с|о ознакомиться по питерацРе [1.8]
|. [1еревислите основнь|е т'т,ь: д"'ч''*6в неэлектш!еск|о( в€л1т.|ин.
[{а вем основан принцип действия электомагнитгь:х датчиков?
3. Ёа чем основан принцип дейстъця пьезоэлектш!еск:о< датчиков?
4. !(аковь: разновидности тепловь|х датчиков и принш1п :о< действия?
].
$
+ 1000
'[а6лица14.2
|{лассьг точности промь|!длоннь|х тФмометров
* 0,5
у
260... + 1000
260... + 1ш0
-
!о'2
||!
г л А в А 15. измвРитвльнь|в цЁпи пРЁоБРАзовАтБлви
* 260 ...
10,05
!
0,1
0,8
10,1
11
50 ... + 1100
100 ... + 1100
200... + 1000
-' 260...
-
!
$
8опросьт ёля сампоконтроля
сопротивл€ния
-
*о'2
10,4
!!|
гиль_
точности
/ Р. о' %
^Р'
зу' которую зась|пают керамическим поро!пком и герметизируют.
3 табл. 14.1 приведень| основнь1е хаРактерис1ики промь|||1леннь|х
термометров сопротивления.
1ермометрь| сопротивле17ия.
[1отреп.тность
|(ласс точности
л' о, %
1
5. 1
.
!.1
змерительнь|е цепи гонфаторнь!х прео6разо вателей
Б простейлшем слг|ае измерительная цепь с генераторнь|м пРеобразова'
телем может бь]ть предст:влена эквив(шентной схемой, показанной'на
рис. 15.1. |1з схемь: вид!|о, что концр преобРазоватоля 1 представляется
эквивапентнь1м исто|{ником 3.[€ Б(х), знанел*те которой зависит от зна'
х и внутреннего сопротивления
3ти две величинь1 хар!!ктеРизуют мощность'
расходуему1о у|а внутреннее сопрот!!вление
исто[ника эдс в Режиме короткого замь1'
кау{у|я Р|< = Ё2 |а. йощность Р,,, о:Ааваемая
чений измеряемого параметра
генераторнь|м преобразователем
ется от мощнос1и Рк:
2,
отлича'
?-
источника.
г____
4
!
н|
3_:
]
!
!
|
Р[{=аР к'
|це а - эффективность пРеобразования' засоотно1шения сопротив-
Рио. !5.1. 3квивало:лт!|ая схома 1'спеРаторт:ого прсобразо-
ле\1]4й2!|17|1.
нагрузка
висящая только от
ва'|'сля:
/
_:прсобразоватсль;
2149
[|оложим, что контурьп преобразователя и нагрузки имеют чисто акти{_
нь|е сопРотивлсния :?, г:
Р =!2Р
=
"![ '|| -'
1т,
Р . тогда
Ё'"
1п;'г
Р = Ё'
",,-
&
о
Р,Р,
,-, - -#
_' к
=р
{
'
=Р"|Р,,имеем а=а| \1 +а)'.
0днако в генераторньпх преобразователях дл|я умень1шения тех или
где с-=Ё,.1{,,/(к|+
к||):.
Фбознащав а
инь|х сост(шляющих погре1шностей измерительной аппаратурь| поступаются условием согласования. Ёапример' для термоэлектрического термометра усповием согласования является
д +д =д
гАе 8'. - сопротивление термопарь:: 8, - сопротивление соед;.[ни|ельнь[х
|[роводов; Ё, - сопротивление нагрузки (измерите.ттьного прибора-мил_
тп
п
!!'
ливольтметра).
||ри изменении значегп.тй сопРотивлений соедитп,ттельнь[х проводов
Ф1 в;1|{{}{|{8, температурь| окргх1}ющей средьт и сопротивлеглия -&', при
его д'|ительной эксгш:уатации указ:}нное вь{|ше условие м1ожет нару|||иться
и термометр будет иметь боль:цую погре|ш1{ость. .{дя умень:пения этой
погре1цности необходимо вь!полнение условия Ё
пользовании гапьванических преобразователей
цепям
'ё '.*'р1,1"''*{''
Р, > 1000 А.. Фбеспе_
предъявляется требование по обеспечению условия
чение этого условия позволяет умень1шить до пренеорежимо м:}лого значения погре1цности' вь|зь1ваемь|е изменением ре3упьтиру|ощей 3.[€ вслед_
ствие поляр?|за'ц4ц электРодов при прохо)кдении через электролит отцо_
сительно больтших токов (бопь:ше 1
(ак
мкА).
цзвестно' пьезоэлектрические и индукционньле преобразоватепи
имеют реактивнь]е внутренние сопротивления' что приводит
к
з;}висимос_
ти их вь1ходнь|х сигн:[лов от частоть| изменения входной велиштнь:. |{ри
этом в о6ласти }{изких частот увепшивак)тся частотнь!е шогре1|]ности пьезо_
эдектрических преобразователей' а в обдасти вь|соких частот * и}щукционньтх преобразователей. .[!дя уменьтшения частотнь|х погре!1|ностей в том
и другом слг{ае необходимо вь|полнить }словие &,, ) ! э,! .
$ 15.2. 14змщительнь!е цепи параметрических преобра3ователей
||араметринеские преобра3ователи строятся с использованием изме_
рительнь|х цепей последовательного включения (рис. 15.2). 6ни также
ре1цтизуются в виде депитепей (рис. 15.3, а) иъ виде неравновеснь1х мостов фис. 15.з, б),где Ё напря)кение на вь[ходе параметрического преобразователя.
-
}словием согпасования сопротивле:птй Р6 и .&' Аля цет1и поспедовательного вкп|очения (рпс' 15.2) являются Р,, = Ё'. (ледует отметить'
что условия согласования для параметРических преобразоватепей допжньл
вь|полняться строя(е' чем д'|я генераторнь]х.
8 измеритепьнь1х цепях с поспедовательнь1м включением и в виде
делителей зависимость между вь|ходньтм напр'окением и относительнь1м
150
Рпс. 15.2. }1змерительная цегь
параметрш!еского щеобразовате'1я последовательного
тппа (Б _ напряжение)
&с.
15.3. йзмерительнь1е цепи парамещ|д!еских
преобразователей:
а - цепь сделителе!у1; б * неравновесная цепь
изменением сопротивления имеет непинейнь1й вид. поэтому линейность
этой зависимости обеспе'шлвается за счет отстуттпения от согласован!|ого
значения нагрузки.
Фбщим }{едостатком этих измерительнь!х цепей является
вь|ходного сигн1ша (,-.,. * 0) при отсутствии входного (х =0)'
наличие
3 неравновесн,|*""йс'а* (рис. \5.з, б) этот недостаток устранен.
(роме того' измерительнь1е цепи на основе нер!шновеснь1х мостов }1мек)т
больтце возмо'(ностей. 1ак, параметрические преобразоват€пи могут бь|ть
включень| в одно, дьау|\ш| во все четь|ре плечамоста.[1апример,пРивк.]1ю_
чении паРаметРических прео6разователей во все четь|ре плена (равногшле_
,п:й мост) чвствительность моста по напряжению буАет наиболь:цей.
3начения вь1ходнь|х вели1мн боль:шинства преобразователей * тер'
мосопРотивлений, ио}{иза|{|{о!{нь:х преобразователей, газоанализатор'а и
10'6 - 10_2 в и 10-1о - 10-5 А.
др. _ находятся обьт.пло
" д''^.а.''"
столь м(}ль!е напряжения и токи невоз'
Без предварительного усу!]|е\1|1я
можно и3меРить показь1в:|юшими измер!ттельнь|ми приборам::. 8 связи
с развит}1ем опера|р|оннь]х интегРальнь|х усилителей длтя параметРических преобразователей начали ||1ироко приме!{яться мостовь|е цепи с ав_
томатическим уравнове1||ив анием'
Ёа рис. 15.4 приведена охема моста со статическим следяцц'1м уРав_
нове1шиванием.
.[опустипт, осуществляется изме'
0
п при 0 =
рение температурь|
сопротивления медного тер'
- 0
;?з + Р' п Р2 =
на диаго_
= Р4, тогда
\\а!!1']' ца6' подаваемое на вход уси_
лителя А, также равно нулю и ток
морезистора
&:
=
}|апРя)кение
/'
| 6ушет равен нулю.
0 и сопровозрастают
д[опустим,
тивление :?1, тогда на вь|ходе уси_
питепя буАет протекать такой ток
|р, что падение напряжения цд6
лм
п4
}казателя
Рис. 15.4. (}ема мосга со статическим
уравнове1шиваниом
151
на резисторе л.. уравнове|цивает прирост напря)кения на терморезисторе
3 этом слу|'ае мост будет уравновет||ен и |шк!шта прибора будет линей-
х'*
^&,.
х-А
п-п
ной отшосительно приращения А.&1.
|1змерительнь1е це|1и уравнове1||ивающего преобразования с компенсат;*тей вь|ходнь|х напряжений измерительнь:х преобразователей неэлектрических вепи1!и!| [рименяются в основном д'|я измерения механических
усллпй, кругящих моментов' магнитнь|х вели!ин и др.
$ 15.з.
Рис. 15.5. €хема компенсации
пературь|
лее 1||ирокое расг[ространение полу{или и1шс сигн1шов постоянного тока
и напряжения. 1( таким сигн!}лам' например' относятся вь|ходнь]е сигнапь|
термопаР' мостовь!х
метрических
дат1мков'
измерительнь1х схем постоянного
комбигшлров[|пнь|х
|цунтов
тока' потен1ц,[о-
и дР.
8ь:ходной ток таких 11|!9€ це дол)кен з:}висеть от сопротивления
нагрузки, и' оледовательно' их вь|ходное сопРотивление долхс|о бьтть
вьтсоким. !рутая особенность таких }1||}€ связана"с диапазоном изменения вь!ход}!ого тока 1,",* , сопротивпе!!ия нагрузки ,&', Ёаиболее рас_
простр{ше!!нь1ми являются йапазонь'1"",* =0 +5 мА и&' =0 +2,5 кФм.
соотно1пение:
152
_!
!1ом питании уцается поднять уровень сигн{}ла на вь|ходе датчиков.
|,1змерительньтй |]}€ обеспечивает линеар!4за!ц1ю нелинейшьтх харак-
теристик преобразоватепей.
}1||}€ строят на базе опера1ионнь1х усилителей с нелинейной обратной связью. Ёелинейную обратную связь чаще всего строят с помощью
функтщоналтьнь:х прео6разователей
телей с шунтирующими ш!ода!}{и.
с
использованием резистивнь1х дели-
8опросьт 0ля сагооконтролп
1. каковь] особенности измерительнь!х цепей генфаторньлх преобразователей?
2. }(аковь: особенности измерительнь1х цепей параметрическго< преобразователей?
3" (аковь; особенности цепей с унифи:лированнь1ми вь1ходнь:ми сиг:талами?
гл А в А
х
ся с помощью усипителей постояглно[о ц!!и переменного тока.
Ёа практике часто встречается слуай, когда хп!п # 9. Аа рис. 15.5
приведена схема компенсации температурь! холодного спая ра3ли1|нь[х
титов термопар хромелЁ_копель (х * к) хРомепь -!}пгомель (х _ А)
'
'
|1лати}!ородц,(й-гцдатина (п _ п) построецная [о схеме неуравнове|цец'
ного моста.
.[дя компенса}щи температурь1 холодного опая исполь3уется' термо_
зависимое сопротивление .&*, включае|!1ое в одно из т1леч неуравнове1це[|соединительнь|х пинпй и вне1|]1{их
ного моста. .[дя рлень:.ш"й,
"'"','я сошРотивления используется тРех|тро}аводок в }1|{9€ д'|я теРмометров
_1_
водная л14нця соединения (рис. 15.6). [{а рисунке приведена схема соединения теРмометра сопротивления Р'. с остш:ьной измеРительной цепью.
}1ост уравнове1шивается перед измерение&1 с помощь|о сопротивления
,&. }|зменегтием напряже!1ия [\ита1|у1я А|1\| можно осуществить мас|штабирование вь|ходного сцгнапа параметрического дат!ика. [1ри имг1ульс-
ипус'
!,,'*=(* _х^:,) г !пах {_"1п]п '
хн
х[пах _х 1т1п _ коэффитщент
гЁ€ /""'*__- вьхходной сигн:ш |,!|1}€;
усилей|[А|1!(; х _ вьтходной сигнап датчика.
9силеглг:е сигналов от и3мерительнь1х цепей с датчиками вь|попняет_
^,,в!__
пературь1 холодного спая с щехфаз_
ной линией соединения
заключается в следующем' 11усть
сигн:ш от даттшка изменяется Ф1 {-!', АФ }-ах, а система измерения рассчитана на работу с унифициров:шнь1м сигнапом' из|!'еняк)цдимся в ш,1а|1ри этом д'|я совмеще|{!4я на*','* '
пазоне [0, х'1 причем
'
"-1,.
', ]
ч1}ла д,1апазона измерительной схепдьт и дат.п:ка |'1||}€ допх<но иметь место
1итштщтая задат|!т' ре1цаемая
]
Рис. |5.6. (хема компенсации тем-
!.1змерительнь|е цепи с унифи4ированнь|ми вь|ходнь]ми
с1лтналаму.
|,1змерительнь:е преобразователи с унифи:щрованнь1ми вь!ходнь|ми
сигн€[пами (ипус) осуществляют связь между дат!!ика}1и и послед).ющими устройствами измерительнь|х систем. Фсновнь:м назначением ипус
явпяется приведение ан!}поговь|х изр1еритепьнь!х сигнапов к д,1апазону
стандартнь1х значений, установпеннь:х [Ф€[ 9895-78 и 26|13-81. Ёаибо-
тем_
16.
мЁтодь| измвРвния нвэлвктРичЁских ввличин
ё 16.1. !4змерение линейнь:х
}1змереппте лпдлеЁшдьлх
и угловь!х ра3меров
размеров. .!инейнь:е измерения охватьтвают
тлптрокий д}1апазон и г!одра3деляются }{а тру1 поддиапазона
:
от долей микрометра до нескольких метров (в основном
исполь-
зуются в мят|тиностРоении д'1я измере}{ия ц]ероховатости поверхностей
и при измере;шаи габаритов изделий);
от 100 мм до 100 м; эти размерьт обьл,цло имеют место при из|}1ерении
запасов горючего в баках самолетов' автомобилей' в хранипищах' разнь|х
уровней верхнего и н}9кнего бьефов гидростан|ц.{|4!4 др.;
от нескольких десятков и сотен метров до ть|сяч ки'1ометров; исполь'
зуются цри геодезических и астРономических измерениях.
|{ри измерении |шероховатостей поверхности обьлщло применяются
.
индуктивнь|й и емкостньлй лтробразователи. Ёаибольц:ее Распространение
153
полу1!или индуктивнь1е цреобразователи' ре!шируюц{ие на превь||шение
допустимого порога |шероховатости, порог их срабать!вания составляет
0,1
мкм.
птй
могут
||ри измерегп.:и толшд.!нь| изделий (лист стали) пибо толшд.:нь[ покРь1бь:ть
использовань[
различнь|е
дат!шки.
Фдгтако
здесь
возникает при измерении толщинь: труб, уложеннь|х в зет!1пю либо рас_
положеннь|х на поверхности.
14змерение уровня может бьлть осушествлено с помощью поп'|:шковьтх. буйковь]х' емкостнь|х' пьезометрических' резонанснь!х' радцоактивнь|х и других типов дат!иков [2.10] .
||ри изменении уровня жидкости попл1вок перемещается вверх и
вшиз, привош{тся в движение пружи:пть:й двигатепь' угол поворота кот0_
рого пропорцион{}пен измеРяемому уРовню.
Бопее совер!ценное устройство д'|я измерекий уровня _ уРовнемеР
с буйком.
Больлшую то|[ность обеспешдватот емкостнь1е уровнемерь|' которь1е
представляют собой два электрода' Расположённь!е од|{|{ внутРи дРугого.
.[дя этого уРов|{емера емкость между обкладками ко!щенсатора определяется соотно[ше}{ием
?
где \
0,24 )'|
-|еБ}Б7
,
д1{электрическая проницаемость сРедь1 между обкладками ко|щен-
сатора; / _ вь:сота электроп,ов; |: _ нару)!шь|й щааг:етр внутреннего
электрда; |' _ ънутрнний ш,|аметр вне1]]него электрода.
8 зависимости от уровня ж11дкости изменяется интегР:шьная д|дэпектрическая проницаемость средь| и соответственно емкость ко|ценсатоРа.
1аким образом, значение уровня А = *с, где Ё _ некоторь:й постоянньтй
коффи:цент. 8мкостнь:е преобразоватепи д]1я измеРния боль:.лптх уровней вьтполняются в виде д}{скрет}{ь1х элементов' т. е. каждь!й преобразо_
ватепь обслу:*слвает часть вь:ооть| резерв уара.
|!ьезогтетринеские уровнемерь1 основань1 на измерении д:}вле|{ия стопба ж:тдкости пРи постоянном значении ее ]1лотности.
Резонанс.нь:е уровнемеРь] обь:чно имеют двухкан{}пьную структуру
(как бьш:о о|1ис:}но в гл. 13). Б у<азанном измеритепе используется два
к:1н'ша прео6разования. Ёа вход пеРвого к!1н;ша подается измеряемьтй
хи
неинформапавньтй параметр'
а на вход втоРого
канапа
_
топько
неинформап.:внь:й.
||рименение прин1${па инваРи:}нтности (многокштш:ьности) в про_
мь1||]леннь|х )4)овнемер:}х позволило умень||]ить погре|шность с 2,5 ?о прп
однокан:шьном устройстве до 0,2 ?о прп дцвухкан|шьной оистеме измерения
уровня.
!]ля измерегш:я больцпдх расстояний, например пройдетлного пуп{
движуцимся объектом' находят приме}1ение методь] подсчета щ:сла обо_
Ротов к:}кого-либо элемента' сце|1пяющегося с полотном дорогц. ь!я
154
пройденного автомобилем'
&я
колеса за пройденное время.
сумп4ируется 1исло оборотов
корабля такиту1 эпементом яъляется
|
крь1льчатка лага, число оборотов которого суммируется за опРеделенное
время.
8 современнь!х системах преобразователь' воспринимаюц]т:й скоРость
вращения колеса ипи крь|льчатки, преобразует ее в частоту электрических
импульсов. [1ройденлтьтй ттуть определяется как интегР.}л от скоРости
$
вре|}1я
!
следует
у{есть' (по доступ к объекту измерения, как пр:}випо' только с одной
сторонь|' поэтому требуется вьлбор приемлемого метода. 1акая задана
'__-
измерения при,
по
времени
путем
подсчета
полного
1мспа
электРических
импульсов
за
пути.
11ри измеретпаи очень больдцих расстояний пРименяк)тся методь] радр|о-
*
*
!
*
ъ
лока1ии' при которь|х в сторо1ту объекта пось1лаются электромагнитнь|е
копебания, т. е. пеРедается Радиоимпульс дл|ительностью до 1 мко. Фтраженнь!е от о6ъекта колебш;ия упавливаются приемником. 1огда, из]у1еРив
врету1я между
моментом излучения импульоа и моментом восщиятия
отр:ркенного импульса пРиемником цри известной скорости Распространения электром!шнитнь1х колебатлай (300 000 км/с), на)(одят расстояние.
Ёапример, при расстоянии, равноп,! 30 кмт, время буА.ет равно 2Ф мкс,
поэтому на6людение таких м:1пь!х расстояний обьтцло производлтся на
экр!ше эпектронно-пуневой тру6кэт.
.&дя неболь1||их расстояний применяются' методь! 3вуко- и светолока:щи. Ёапример, использование акустической лока!щи пРи и3мерении гпубин г:оря. €корость распространения звука в
равна 1,5 км/с,
'(!|дкости
т. е. в 200 000 раз мень1це' че|\,1 в воздухе' и поэтоту1у
3десь возмо)кнь| и3мерения. м{!.пь|х расстояний _ нескольких десятков километров. 3тот же
метод используетоя рля оп1вдепения щецц{н в теле мет(шла. |,1звестнь:е
устройства в геодезии используют светопокацик).
}1змерение угловь|х перемещений. }гловь:е измерения' как правш1о'
ограничень1 угпами менее 360' и применяются в нас!о_чщее вро1}{я пРи
технических измерениях (кроме метролотических), име1от погре1|]ность
0,5 _ 1 угп. ту1ин. ||ри этом наиболее раошростр:1неннь!м п{пом измерителя
яв:1яется ростатньтй преобразователь, порог ч),вствительности котоРого
достигает 10 угл. мин. [1ри наиболее точнь1хизмерениях применяются кодовь|е ш,1ски' при этом погре|ц!!ость достигает 1 - 30 угл. с.
Ёа рис' 16.1 показана схема преобразователя мапь|х угловь|х пеРме-
щетцай ферромагнитного типа' вь1пускаемого промь1|шленностьк). |!роб.
Разователь соотоит из магнитопровода 3 пря|}1оугольной формьл и т}'агнитопровода 4 гулшндрической формь: (ротор). Ёа оси тцлиндривеёкого маг_
нитопровода укре|1пена подвижная рамка 2 с кату:'шкой. 3ь:водь: Рамки
нерез безмоментнь!е подводь! вь!водятся наружу. Ёа гшлунл<ер 6 маггплто.
провода насажена обмотка возбут<дения ,/, имеющая батцмак 5.
|)ри подане напря'(ения на обмотку./ создается поток 7, пересекаюший
1или1цр м!шнитопровода. 8 зависимости от поло)кения ра|}1ки 2 в катуцлке
поспедней навош.|тся 3.[€' пропорцион:!''{ьн[!.я углу повоРота 9:
Ё"",*
=
*,,*
0 _2р|р)
,
где * _ коэффи:щент, характеризующий
конструктивнь|е
и другие пар!_
Р:дс. 16.1. [1реобразователь угловь|х переме_
п-тений ферропинами1!еского
1
'(--)!г_-
-
обмотка; 2 _ рамка;
типа
{
4 _ магнитопро_
водь;; 5 _ полюсньхй наконечник; 6
жер; 7 _ магнитнь:й поток
3
4
-
плун-
!
Рис. 16.2. [1реФразователь угловь1х переме,/ _ ротор; 2 - статч; 3 * обмотка возбух<_
щений трансформаторного типа
.[ругим преобразоватепем угповь]х пеРемещений яъля.ется сельсин'
в рехиме фазовращателя. [1ри измерении маль1х угловьо(
перемещений больхцое Распространение полуида схема''угол_фаза_
работа:ошщй
:
:
денпя'; 4 _ измеритель1|ая обмотка
{
время'''
€ельсин в ре)киме фазоврашатепя имеет фазу вьгходтого напряжения
9=кА,где & - козффи:щент преобразоват1шя,А _ угловой параметр'
9гол 9 яъляется сдвигом фаз ме:кду вь]ходнь||и напряжением преобразователя и некоторь1м опорнь|м !{апр'|(ением. 1огда связь между д'|и_
тельностью [' пфазойимеет вид
$
!
{
[
|де!
и_
-
9/
метРь| преобразователя'
вателя.
9п _
максимальнь|й угоп поворота преобРазо-
Регртируя зазрр й ппунжера' мо)|(но менять ч)вствительность пРеоб-
разователя. Ёапряжетпае вь|хода
[1Р||
9 =9тп достигает двух вольт.
ваРиант дат{ика угловь!х перемещений щансформатоРного
типа (рис. 16.2) имеет ст:шьной ротор / и статор 2, вьхполненнь|е из конструк1п.1онной стали; на статоре расположень| 11поская ш.1аметРапьная обмотка возбуждения 3 и плоская хордовая измерителькая 0бмотка 4,прпчем измерительная обмотка 4 охватьтвает четвертую часть внутРе}п{ей поверхности статора2'
.[дя умекь:шения расхода матери:ша на изготовление Ротора' умень1шения потерь на вихРевь|е токи' вь1равнивания распределения и}щук|д}1и в
Аругой
зазоРе' т. е. для повь|1шеция точности пРобРазов||ния утла 9 т!овоРота
в
пропор|ц{ональное
напря'(ение'
ротор
![ даттика
вь[попняк)т
двухполюс-
нь|м и собирают и3 отдельнь|х изопированнь|х |шастин спе1ц{апьной ф9рмь:.
Работг:й д}1апазон поворота ротоРа даттика ле)кит в пределах угловьп(
отклокений _ т|4 4 9 4 т|4. Работает дат1мк следуюц|им образом: пР||ктически весь магнитнь!й поток, обусловленньлй переменнь|м токо1!1 в обмотке возбужды{|4я 3' замь|каетоя через возду|цнь|йзазор т}'ежду ротоРом
/.и отатором 2.{!ра повороте Ротора в предела)( _т!4<94т|4 потокосце|1пение обмотки возбу:кдения не меняется' а потокосце|1ление обмот_
кц 4 с г!етом р:|вномерного раопределения и|цук|ц{и в возду|||ном зазор
пропор]ц{онапьно угпу повоРота 9. 8ь:ходлое 1|апря)кение дат(|ика меняется
пракп{чески линейпо от м!}ксимума (при 9 = - т/4) до минимума (при
9=1т14).
156
2т {[
(2тл
=*
А/ (2т
0
=
*тА,
частота.
$ 16.2.
;
=
,4л\4
*
*
('[
Ф=
*
!.1змерение параметров движения
Фсновньтми паРаметрами двихения являк)тся перемещение' скорость'
ускорение. 8се приборь|' измеряюц]ие паРаметрь| движения' подра3деляют на две груп|ь:' ( первой гру11пе относятся приборьл, основаннь1е на
методе контакта движущегося объекта с неподви)кной систеплой как сис_
темой отсчета. 3ходной велитиной этих приборов является пеРемещение.
[[риборьт этой группь| назь|ваются контактньтми. Ф;цд измеРяют параметрь!
относительного движения.
|(о второй группе относятся приборьт, в котоРь|х нет контакта подвижного объекта с неподвижной системой. 3десь используется инерционность и пРин|ц,1п их действия основ!!н на интегриРов!!нии основного ур:внения мех!1ники. 3хоштой вепи,цдной в этих приборах является ст!1ла пъ1ер|ц.1и' поэтому приборь: этой группь1 назь1вают инерционнь|ми. 8 этих приборах с:тла \4нер!у!|1 воспринимается корпусом даттика' с которь1м связана собственная (подвижная) система отсчета. [1риборьт этой группьл, уша-
ть:вая дифференциальную связь ту1е)цу параметРами' строятся д'!я измерения параметров' которь1е наиболее прость| для измеренпя' затем! интегрированием и ртфференцированиеш1 определяется необходдмьтй параметр.
[1риборьт' измеряюшие параметРь] линейного движения' назь|ваются
сейсмическими' а )длового движения _ гироско|1ическип4ц.
[1риборьл, служацие для измеРегия вибрперемещетий, назь|ваются
виброметрам |1, а рля измерения ускорений _ акселерометрами.
0дгпдм у!з наиболее Распростр{}неннь|х приборов, .дреобразуюшцх
параметрь| движения, является расх0домер вецеств.
Расходомерь: лсидкостей и п|зов. |Фтассификащ!{я расходомеров при_
ведена на РиФ 16.3. в расходомерах переменного перепада давйегптй (ппд)
используются сужающие устройства (диафрагпцьт), встраиваемь1е в трубопровод' расход в которь|х необходимо измерить. 8 таком преобразоватепе
воз1{икает перепад давления' зависяцц.1й от измеряемого расхода. Фбъем157
ньтй расход (колинество жидкос_
ти' протекающее через данное сечение в ед.{ницу времетпл) опре_
деляется зависимостью
0'=а5=\Бф:
где а - коэффи:щент
_
ъ
'о
о}
$5
\\
ъф
5
\ч
(ъ\
сечение
стве; р -
в
расхода;
[1лотность )кидкости;
Ар - перепад давления'на су)кающем устройстве. Ёсли 14змеря&'\ся
массовь:й расход
имеет вид
0*
ъ
5
ъо
=
,
*
::
$
суж1}ющем устрой_
9*, то
связь
|
*
!
'|:
{
$
!
,
5\/тБт
\
симость (ввиду чего диап:шон измеи поэтому многие приборьт, измеряющие раоход' требуют устройств и3влечения квадрата.
неттия ма.г:)
ъ
ъ
{
-д
\о
\в
!
ъ\
з
к.ь
:,
ч
{
\
$
\
чъ
ъ
6
!о
ъ
ч
з
\
в
Рис. 16.3. |(лассификалщя методов
измере|.!1я расхода
-
возмож-
'}1етодаизмеРния
ность
расхода )кидкости' газа 14 пара при вь|соких и
ни3ких температуР:!х' низких давлениях' во31!1о)кность уд:шения из_
мерителя на боль1шое расстояние
и созд!}ние
д|,1ст1!нционной систе:ч1ь:
передати показаний.
( недостатка|}1 относятся квадратичная зависимость вь|ходного
параметРа 0т расхода' яео6ходи-
мость г!ос1оянства ш1отности ве-
щества' трудности измеРния при
из|}1еняющемся расходе' связ:|ннь1е
с б6льд:п,:м вРеменем уст:!новления
давпегпдй в камере.
.{дя лсддкостей достигнщая погрец]ность приборов с |!|!А менее 2 /о, для газов _ менее 3 7о.
Более 60
_
70 7о расходо]у1еров'
используемь[к в пром1ьт111пенносш1,
построень! на основе пРименения
9, =а
3х/$.
€ помощью этого преобразователя может бь:ть изптерен пи||ь расход
жшдкости и при этом показа:шя прибора' как видно из приведенного
вь[Рокения' от |1потносту| не за3!^сят. [!рибор исполь3уется д'|я и3мерекия
расхода разпи[|нь|х неод}|ород}{ь!х хидкостей. 3 качестве вторичного уст-
кания такого же тела' помещенного в свободгтьлй поток. 3.бопь:дпднстве
Фсновньлми преимуществами
[][1.[ являтотся
1огда объемньтй расход примет вид
ройства могут бь:ть использовань| приборь:, реапизующие любь:е методь!
и3мерения уровня, рассмотреннь|е вь1]це. }1х преилттушества _ возмо)|шостъ
}{змерения Расхода агрессивнь|х >л<идкостей, а т1тк)ке >лсадкостей, содержащих взвеси и сме|цаннь|х с газа}1и. [1рин:щп действия расходомеров о6текания основан на з|!висимости перемещения тела от расхода вещества'
помещенного в оосуд. ||оток огР1|ничен стенками тру6опровода' поэтощ/
условия обтекания топа буп'р существен}{о отличаться от условий обто-
}1змерители' основанные на
[11.[, имеют квадратичную зави-
чз
т1р|1 измерении расхода ж|{дкости' вь1текающей из
трубопровода в емкость. Фсновньтм преобразователем при методе переменкого уРовня является сосуд' на дне которого или в боковой стенке
вбпизи дп{а имеется отверсп{е. €ооуА наполняется жидкостью и пРи уотановив1шемся Ре)ш1!1е уРовень в сосуде оказь!вается пропоР1шон:шьнь1м
измеряемому расходу. Б завиоимости от расхода жидкости уста[1авливается разньлй уровень жидкости в сосуде' давление в котором Ар = рв[а'
уРовня пРименяются
1
'(.
1з
1;
3,
спг!аев между стенка}1и трубь: и обтекаемь1м телом остается весьма боль!дое проходное сечение' обь:щдо кольцевой формьт. 3 этом сече!!ии со3д8ется зна1ительная скоРость 3а счет соответствующего падения давпе|!ия'
поэтому на обтекаемое тепо помимо д||намического д!|вления действует
т:}кже и разность стат|,1ческих давлений. 3ти расходомерь| в основном ц)именяются ш|я измерения маль|х расходов газа. [1рАел измерения 10-'
Б указанньтх расходомерах формьт обтекаемь:х тел раз]1шт{}1.
''_о'*3/с.
йол<ет
иметь место к:|к пинейное' так и угловое перемещение.
.{дя указаннь1х схету1 9 = Ёй, где * * коэффи:щент 1пропор:дог:ш:ьност|{' й _ вь:сота перемещения по]1л:}вка цл14 тела; |1!\у\ 0 = к9, |де 9 гоп поворота тела' Распопо)кенного в сосуде; к _ коэффи:щент пропоР.
-
|*1он!!льности.
йаксимальная погре!шность Расходомеров обтекатпля * (1 _ 2) 7"'
1ахомещинеские расходомерь1. Ёаиболее 1||ирокое распространени0
полу{или турбигптьте расходо]}1ерь|' которь1е бь:вадот двух типов: аксиальнь|е и танген]$,[!}льнь1е. 8 больцлднстве слг!аев в преобразователях расхода
под действием потока изменяется скорость вращения тела (турбинки),
установленного в трфопроводе. €корость вРащен}1я турбинок измеРяотся т|ис]1ом ее о6оротов в единищ/ вРемени.
€ъем сигнала' может осуществпяться либо с помощью обьлчного счетного механизма' связанного с в:шом турбинки, либо разливнь|ми электРомагнитнь|ми методами. Б первом случае возникает погре|шность за счет
механизма сотшенения вш:а турбинки со счетнь|м механизмом.
Б основном исполь3уются электромагнитнь1е способьт прео6разования
|.59
информации - индукционнь|е и]1и генераторнь1е. принцип у1х' действ|1я
основан на со3дании пульоирующего тока в обмотке (с помощью вращ3ющегося вместе с турбинкой магнита ипи маг!{итопровода) ' помещен_
ной снаруяси трубьт из диаматн|1тного материа!|а' с последуюцим изме_
рением частоть1 или 3А€. 9аще всего эти преобразователи имеют снаружи
трубьт одну кату1шку со вставлен;1ь1м внутрь ферромагнитнь1м сердечником. Бспи лопасти турбинки изготовленьт из ферромагнитного матерца1|а'
то' проходя мимо магнита кату1пки' они индуцируют 3.[€ в ее обмотке.
{астота возникающего пульсирующего тока равна шаслу оборотов турбин_
ки в секунду' умножен}!ому на число лопастей.
3ти расходомерь! изготовляют длтя труб диаметром до 750
гре1шностью 0,3 - 1 ,5 7опрп расходах 0,3 . 10-5 _ 0,3 м3/с.
мм' с
по_
[1ример включения т!!хометрического дат(ика с индуктивнь1м пре-
образованием расхода т1оказ:|н нарпс. |6.4.
|!ервиштая обмотка индуктивного дат(ика АА тшттается от генератора
1 вь:сокой частоть| (6 _ 8 к|ц). |{ри вращении црбинки 7 поЁ действием
потока изменяются индуктивнь|е сопРотивления вторичнь1х обмоток,
включеннь[х встречно' и на вь|ходе появляется напряжение ц3"*, амт1пиуда которого промодулирована частотой /' равной ,паолу оборотов тур-
умно)кенно1!1у на 1|исло логтастей. ||осле ус|1![||телядемодулятора |! и фильтра @, в котором вьщеляется огибатощая с пере'
мешной настотой, пРопорциональной частоте вРап]ения турбикки, т. е. рас_
7 в секунду'
бинки
хоА}' сигнал передается на ус\4литепь тцтзкой частоть1 !Ё4 п дытее
на измеритель |1.3десь (' = п7'тде
влияние
тормозного
преобразователя.
[|ариковь:е расходомерьт при_
меняются уля измерения расхода
х(идкости у!!|итаза, в них подвижнь|м
,\йР_
0
расхоёо;лчь'
кости
объем
Рис. 16.4. .[|дтчик расхода турбинного
от|}'еривают определенньтй
|1,\ _ измертпельньтй дат!ик; / _ гене_
ратор; 7 _ турбинка; !! _ усплитель
3
ц!1\4
массу ж1цкости
цл14
[аза.
боль:'дштнстве случаев подвижнь|е
160
счет1[ики
и расходомеРь[
имек)т
до \ * 1,5 %
вязкость до 3 . 10*{
/о д'|я и3мерения газов'
]шя )<т,1дкостей. }(амерные счетчики 1}1огуг изш{ерять
м2|с (3Ф с€т).
€цловьае расхоёомерь, основань| на з:}висимости от массового расхода
эффекта силового воздействия, сообщающего потоку ускорение того
цли иног0 рода. 3то ускорение возникает в процессе прид!}ния потоку
какого-лд,:бо дополнительного движения (например, закру,плвалпля) с
помощью двигателя. €ообценное в этих приборах дополнительное ускорение пропорцион!1пьно массовому
расходу.
измеряетъсь:й парагтетр_
мощность, затраченная на закручивание потока, пропорцион{шьна измеряемому расходу' поэтому силовь|е расходомерь| измеряют массовь:й расход.
|павное достоинство: возможность измере|{ия пупьсируюц{их Расходов
и двухфазнь!х сред (нефтегазовь:х сплесей)
Ёедостаток _ сложность конструк|ц{и (много подви)кнь1х эле|у1ентов'
уст:шовленньлх в трубопроводе). |!риведенная погре!шность 0,5 - 3 7,,
максим.!.пьнь:й расход ж||дкости 6 _ з00 1/н, при диаметре трубопровода
50
* 200 мм.
Бихревьое расхоёомчь,
возникаюцих
в
потоке
в
основань| на измерении частоть1 колебаний,
процессе вихреобразования. 3ихри образуются
периодц,1чески при обтек!}нии потоком какого-либо тела и при этом о6разуются тчпьсыц4у| давле1{ия. |!ри вьлхоле потока из су;кенной части в расширенную ось потока натинает процессировать и при этом создаются пупь-
у _ скоРость потока; 4 _
оток
итиеют
од\4*| у:|!4 несколько подви)кнь|х элементов' которь|е при дви'(ени!4 >к|4д-
(амтерньле
т
сть].
|(алаерньае
)|идкости.
в пределах от 16,5 _ |
пор]{}1он!1льности;
момента основного индукционного
э'|ементом яъпяется |царик' непрерь1вно двих<ущийся в одной тц:оскости по внутренней повеРхности
трубь: под воздействием потока.
€хертотехнически они наиболее про-
расходу
где Ё _ коэффи:щент прор|таметр обтекаемого' тела.
Б другом варианте реы\!4защ\|4 прибора поток закр)диваетс.п тем или
инь1м способом, прио6ретая вращательно-поступательное двил<егтие. Адя
восприятия колебаний потока в трубопроводе размещен преобразователь
давления' обь:,шо пьезоэ']ектрического типа. €хема такого устройства _
цилиндрическая камера с танге1{циа_т]ьнь1м вь1водо|!1 _ г[риведена на
рпс. 16.5.3десь поток т1шгенци.1льно вь|вод.1тся через патрубок ] с Б1таметром 6 в камеру 2 с цпаметром | и,вращаясь'перемещается в напр(}влении
ч14сло
сказь!ваться
или
погре|шность
са!ц,|и давления. {астота пульсаций о; = *т|ё'
оборотов; 7 - чу!оло
лопастей турбинки. |{ри мальтх раоходах (1 _ 50 . 10_6 мз/с) нат!и!{ает
п -
)лементь! перемещ:}ются цепреРь1в}{о со скоростью, пРопорцион1шьнои
объему
типа:
демодулятор;
Ф*
фильтр;
уоилитель низкой частоть|;
меритель
унц
|1
-
_
иэ6
-
Рис. 1 6.5. .[1атчик расхода вихрсво|-о типа:
1,1 * патру6ок; 2,4 _ камера
\431
|6!
к вь1ходному патРу6ку 3 с диаметром с/, находящемуся на торцовой стенке камерь! 4. Фттула врашалошщйся поток вь|ходит в рас||]иряющуюся
камеру 4, заполненную той же средой' Фсновное достоинство этого ва-
ри(1нта _ отс)пствие в конструк|{1.1и дви)цш_ц..!хся элементов.
0сновньте хаРактеристики: расход жидкости от 10 до 25| т|я, погре|ц.
ность порядка |'5 - 2 $ /о.
7епловьте расхо0олсчь, основань| на измерении з{|вися|.цего от расхода эффекта тет1пового воздействия (нагрева или ре)!(е ох_гта:л<детпая) на
поток или на тело, конт!1ктирующее с потоком.
3ти приборь[ применяк)тся рля измерения скорости и расхода газов
до нескольких ть|сяч м'/н. 8 последнее время нагревательнь|е эпементь!
ст!ши располагать вне трубопрово,п,а. в основном они используются р]\я
научнь1х исследований.
||о прин:щпу дейстъугя. те|ш|овь|е расходомерь1 подразделя1от на к!}ло.
риметРические' в которь|х значение расхода измеряк)т по изменению температурь| потока' и на термоанемометРические' в которьтх.3начение расхода
измеряют по изменению температурь| подогреваемого тела' по!\4ещенного
в поток. Р обоих случаях измеряют температуру при постоянной подво.
щсмой мощности либо измеРяют мощность нагрева при постоянной тем_
ператуРе. ||оэтому такие приборь| применя|отся в основном д]|я измеРения
Расхода газов, так как больтшая тет1лоемкость и те11лопроводимость }(идкостей требуют значительно боль:цей |у1ощности цагревате'1я.
€хема одного из т|!пов к€1лоРиметРическ0го расходомера предст1шпена на рпс. |6'6. ||рибор имеет нагРеватепь с током [ и дъа тер|у1ометра
сопротивленпя 7€1 и [€2, располо)кеннь|е с!!аружи трубь:, вкпюченнь1е
в мостовую
измерительную цепь
и
измерение темпера-
осуществляюцц,{е
турь| газа до и после нагРвателя. ||оказания обоих тер|у1ометров од{на_
ковь1 пРи отсугствии потока. поэтому ц_---- =о'
прй налй,ши потока'
постоянную ра3ность темпе_
"",' ,'йр*?Ё'',
Рат/Р, затраченная мощность нагрева ок'ркется пропорцион:шьной массовому расходу.
} тегшовь:х расходомеров шогре1||ность не пРевь11цает \ _ 2 /о тц ох{дц
с':беспечивают измерение ]!1аль|х Расходов в несколько ть1сяч мз/ч.
3лекцомаенцтнь.е расхоао.'у'Фь' п1юд1{азначень| д]|я измеРения Раскода эпектРопроводяцдих )кидкостей в щастках труб и3 не!у'агнитного ма_
Фсновной их недостаток _ боль:цая инерционнооть.
||рин:щп действия электромагнитнь|х расходомеров основан на вз:|и_
модействии )кидкости с магцитнь|гу1 ![олем.
гериа,ла.
3ависимость разности потен|ц,1алов, возникаюцц,1х на электРодах'
Б =Б4у, где в _ индукция; / _ внррн:п.:й диаштетр тру6ь:;
имеет в|4д
у
-
скорость движения ж}щкости в трубе. 3начегпте 3А€ обьтщто не пРе10 плР. .[дя компенсации дог[олнительной 3А€ от
вне|ш'1а!|утчу!'я
них магнитгтьлх полей в схему включена компецсационная
кату1шка
вь|1:|ает
встре!тно
с основной.
Безьтнершионность этих расходомеров позволяет пРоизвод{ть изме_
рения в бь:стро перемещ{}юцц.1хся потоках. Фщдн из вари:1нтов расходо_
меров т1}кого типа показан |\а р14с. 16.7. 3десь ме)кду полюсами 1 _ 4
постоянцого магнита расположен участок 2 трубопровода из немагнит_
ного материшта. [1ри движении потока на электродах 3 _ 5, изопировшлнь1х от трубопровода 2, возтшткает 3.[€ в соответствии с приведеншь1м
вь111]е
вь1ра)кением.
|(роме о!1исаннь|х расходомеров применяк)тся ультразвуковь|е' оп-
тические, ионизационнь1е, к онцентрационнь]е и др.
$ 16.з. ['1змщение усилий, механических напряжений
и
давлений
и давления мог)д бьтть измерньт
при этом существует два подхода: 1)
!с*тлия, мех.шические напря)кения
разпи1шь1ми преобразователяму!,
используются
такие
преобразователи,
естественная
входная
вели!|ина
которь|х соответствует измеряемой ведитплне (силе, давленик)' механи_
ческому напряжению); 2) прпмленяются упругие элементь1' преобразую_
шл.{е и3меряемое усилие 14ли давлФ{14е в перемеще:пае (обьтнно доли мкм)
и зате|у1 используются
щения.
0оток
1
Рис. 16.6. |(алоримещинеский расхо-
162
*
термосопротивление)
Рис. 16.7. €хема
расходомфа:
1, 4 -
ма'|ь!е переме-
Фба мтетода н!ходят применение в практике измерительной технике.
Фдтако примене}{ие того или иного метода в ос}1овном от|ределяется динамическими свойстварти измеряемого параметра. Ёаиболее инер|ц,|оннь|ми
злементами' как известно' являются щРугие элементь| и регистрирующие
2
домер (76
преобразователи' воспринимающие
э.'1екФомагнитного
по.,1юснь!е наконешники;
щубопровод;
!
-5
_ элекщодь:
2 -
устройства, которь|е в конечном итоге определя1от вьтбор метода
измерения.
11ри измерении усилий, деформаций и механических напряжений в
основном используются тензорезисторь|' стру1|нь!е или индуктивнь|е тен_
зометрь|. |!роволоннь:е, фольговь\е илц т1леночнь!е тензорезисторь| приме_
||яются !1л]я измерения относительнь!х деформаций в |1ределах от 0,005 *
16з
002 до
!5 * 2р
%,полупроьодцтиковь|е то}{зоРзисторь!
которь|е типь1 тензорезисторов (эласти.пть:е
10и30 -5|?о.
с
_ до 0,1
?оцтце-
электролитами) до
6_
1ензометрь; и тензоРезисторь| являются наифлее безь:нертпаоннь|ми
и применяются рля из&1еРения в процессах' изме}{яющихся с частотой до
100 к|ц' €тру:лнь:е тензометрь| применяются д][я измерегпая деформа:ий
от 0,1 до 5 %. [1ри измергп:и линейно-[1апряженного состояния дет1!пи
тензоРзистоРь| наклеиваются в напР{впении действия этого напря)кения'
[1ри измерении тепзорезисторь| обьт,пто включень! в мостовь1е це||и'
а д'1я исключения температуРной погретшности в сосед}|ее |1лечо моста
вклк)чен второй шлалогишльтй тензо]у1етр. ||ри этошт если в исспедуету1ь1х
деталях имеютоя |тпоскости равной деформатщи' но разного знака' то
на эти |1поскости накпеиваются тензодаттики и вк]1ючаются в сосед}1ие
ппе|и моста (уменьхпается температурная погре11]ность и увели[ивается
чвствительность). Ёсли такш( |шоскосте! нет, тензодат1ик нак.]1еивается
на деталь из того же матери!}па и оба датчика включа|отся в соседние ппоти моста и.гди данньтй дат[мк накпеивается на дополнительную дет:шь из
того }(е матеру1ала, вто и работая детапь' к:1к это показано :и рис. 16.8.
1ензометрь: обьтч*о шспользуются вместе с усилителем на несу:'|ей
частоте. }стройства,
в которь|х испопьзуется нескопько
к:}н!шов измеР-
ния' назь|ваются тензост:}н]{[{ями. 8 настоящее время известнь|
те1!зостан-
!]1я !{змеРения нескольких сотен пар{|]иетров.
11ри измерении силь[ обь:щ*о используются упРугие элементь|' конструк1ц{и которь|х рассчитань] на нагрузки от 1 до 500 к}1 и имеют вь|сокую чувствительность. 9пругие эпе|}1енть1 обь:цто ра6отают в сочетании
щ\\1
с емкостнь]ми преобразоватепями перемещения' включеннь|ми в контур
генератора частоть1.
1,1змерители давления стРоятся ддя использования как в режиме прямого преобРазования, так и в ре)киме силовой компенсациц. Амеетоя
много спе]{!!альной питературь1 по прин[ц{пам построения измерителей
давления.
Развитие и!{теграпьной технологии позволило создать промь11|]']еннь[е
тензорезистивнь|е даттики ''€апфир'' для измерения давления и перепада
давления.
|!реобразователи ''€апфир'' предназначень1 дтя работьт в системах
автоматического контроля' регупирования и упр.впения техпологическими
процессами и обеспецтвают непрерь:вное преобразов!|ние зпачения измеддвления (избьттошлого, абсолютного Разрежения'
ряемого паРаметра
разности давлений нейтральньтх и агрессивньтх сред) в унифццированнь:й
ток ов ь1й в ь:ходной сигн ш1 д/| я дистан]$.[онной передатп.:.
}казанньте преобразователи предна3начень1 дгтя работьт со вторичной
регистРиРующей и показь[вающей аппараурой и другими устройствами
автоматики.
||реобразователи работают по пРин].р1пу тензорезистивного эффекта
гетероэпитаксиальной тц:ешке кремния' нанесенной на поверхность
монокрист!}ллической ппастинки из сапфира. ||итание - постояннь:й ток
напРяжением 36 ! 0'72в.
1(ркдь:й преобразователь имеет Регулировку д]1апазона измерений
и может бьтть настроен на любой верхг:ий предел измерений, указаннь!й
]1чя данной модели.
}1одели преобразователей, предель| измерений и допускаемой основ_
ной погрегшности приведень: в табл. 16.1.
_
в
\ а6
л и ц а 16.1
!арактар истики прео6разоватзлой давления "&пфир"
0 пц,
|{аименованиепре-
|м1одель
8щхний предел измерений
к||а
[рео6разователь из-
2050
й|!а
0,4 (4,0)
+
А
'/,,
0'р
0,6 (6,0)
мерительтльлй абсо'1ютно['о
|!редел допускао_
мой т:ощеш:лтости
образователя
1,0 0 0)
дАвле1{пя
!,6 (16)
''('.апфир-22)1А''
2,5 (25)
2051
0,4 (4,0)
о'6 (6'о)
|,0 0 0)
0,25; 0,5
',6.16)
(25)
2,5
1</]<\
164
16.5
1ро0олэкеное табл. !6'1
}!аименованиепре_ йодель
Берхний предел измерений
образователя
[1редел допускае-
мой пощетпности
к|!а
й[|а
1А!,' '7о
4,0 (40)
16
(160)
2,5 (25\
0,25;0,5
4,0 (40)
6,0 (60)
10 (100)
|!реобразоватеть из-
16 (160)
22|зо
6'0(600)
0,25;0,5
0,5
2140
10(1000)
16 (1600)
25 (2500)
40 (4000)
40
мщитель:ъ:й избьт_
точного давлени'1
''€агхфтц-22!!1''
0,25;0,5
(0,4)
60
0,25; 0,5
(0,6)
(1,0)
(1,6)
100
160
250
{2,5)
2150
0,4 (4,0)
0,25; 0,5
0,6 (6,0)
1,0 (10)
2151
1,6
(16)
2,5
(25)
0,4 (4,0)
0,25|0,5
0,6 (6,0)
1,0 (10)
1,6
2,5
(16)
(25)
$ 16.4. |1змерение тепловь]х величин
Б
€|,1 температурная |шк!ша имеет
(
(
-
6,0 (60)
10 (100)
2061
(
(низкие температурь|);
от 10 до 800
(срешцде темпеРатурь|);
от 800 до 6000
(вьтсокие температуРь');
от 6000 до 10 000
от 10 000 до 100 000 |( и вьхтше (сверхвь[сокие температурьл).
€верхнизкше темпФацрь'. этц темпеРатуРь| созд![ютоя с помоц|ью
ж||дкого [елу1я, и возможнь!е методь| измерения здесь так)ке подРаздепяются на следуюц!{е поддиапа3онь: 0 _ 1 к, 1 - 4 (, вь:ш.те 4 }(.
1 к используются методь| магнитной термомет.[1дя поддиапазо|{а 0
ос[{ов:шнь|е
на
в3аимозависимости
объемной магнитной воспРиимР}1и'
чивости ряда паРамагнитнь|х сопей от температурь!. теРмометР' ре!шизук)щий этот прин|$,|п' представляет собой кату|дку ицдуктивности' вну!Ри
котоРой в однородном магнитном поле размещен образец из мед}|о-калие_
вь|х и]1и жепезоалюминиевь|х квасцов. 1(атулшка включается в мостовую
цеть и под действием темпеРатуРь| окрухающей средьт и}щуктивность
кат)|!11ки изменяется.
Фсновная особенность при измерении в области свеРх}|изки)( температур _ трудность осуществления контакта термометра с объектом и3мере\{д1я \,| градуировки используемой аппаРатп)ь|.
[{цзкце температурьь [\рп измерении низких температ)Ф используются терморезисторь1' которь1е часто строятся на основе мет!!]тлических
и полупроводниковь!х
сопротивлений, полупроводниковь|х
пер€ходов.
.[дя низких температур достаточно то!шое измерение осущеотвляется
на основе зависимости |цумовь|х напрях(ений и'д резистора:? от темпеРатурь| 0. [1о формупе !|айквиста,
7!, _ цко;?
А со
,
где * _ постоянная Больцмана; Аоэ _ попоса воспринимаемь!х частот.
|{рактинеская Реа'\пза\!$я. зтого метода заключается в сравнении 1цумов
двух иденти[!шь|х резисторов' один из котоРь1х,&' нахош,:тся при известной 09, а другой ,&, _ при неизвестной 0* температуре. при этоту1 сРаввение
11|)^,1ов
осуществляется либо по уровг|!о шумов (усиленного и вь1пРям_
(,
1ислу
' еслу| 0 > 500 так как уровень 1цума низкий, либо по
ленного)
1|]р{овь|х импупьсов при более низких температурах.
1ермометрь| с кварцевь|ми резонаторами используются для измеРе0 в диапазоне 10 _ 500 (, но наибопь1шая то(|ность обеспе1ивается в
диапазоне 19з _ з73 ( (от - 80 до + 200 'с). |& пр:тл:щп действия основан на зависимости от 0 модуля упРугости. а следовательно' и собственной
+утя
частоть1 кварцевь|х 11ластцн, г[ричем
в
качестве ещ,1ниць| измерения _
кельви}{ ((), равнь:й !|27з,16 теРмод}1намической температ)рь| тройной
точки.водь|' 3 науке и технике тРебуется измере[{ие температур в предел{|х
до 10!' (, 9то привело к больш|ому Разнообразию при]!'еняемь!х методов
и средств измерния. ]\4ожно указать на следуюцд,|е пять областей изме_
Рения температуР:
от нуля до 10 к (сверхтптзкие температурь1);
\66
.'=#
(1+а0+002+"0'),
где ]'{' * постоянная; й _ толц]ина кварцевой пласти}|ь1; а, Б, с _ коэффи.
!г|енть|' зависяцие от азимута и ||[иРоть! среза 11ластин кварца. [ермочувствительность дат!шков составляет 1 000 |ц/(.
.[дтцдк кварцевого термометРа представляет собой крист:шлический
резонатор' вь!полненнь|й в виде тонкого дцска ||ли линзь|' помещеннь!х
в герметизированньлй кох(ух, заполненньтй п,ля луллей теплопровод\6"1
ности гелием при давлении 0,1 мшт рт. ст.
ха7 _
10
мм).
(13 .
102 ||а) (дааметр кожу_
|[ьезокваршевь|е термопреобразователи (птп) по сравне}!ию с другими
обдада]от более вьтсокими метропогически1}1и характеРистикам{и _ пцнейностью термочастотной характеристики' вь|сокой чувствительностью и
точ!!остью при цопг{ении инфоРмац1{и о температуре и при ее преобра_
зовании
в
код. 3ти
термопреобразователи целесообразно использовать
в систе|}1ах автоматического сбора информации при геофизических исследованиях' предна3начецнь|х для проведения попевой геотермической поисковой съемки на нефть [2.10] .
фе0нше ц вь.сокце темпФацрьд. 8 области сРедних и вь|соких]температур н(}ходят применение термоэпектрические методь[ с использова}|ием
>каросто&их м1атери:!.пов. 3десь
в основном
используются
тер1у1опарь1
разли1!нь1х п{пов, их характеристики приведень1 в та6л. |6.2.
\а6лица16.2
@сновнь:е характористики тормопар
0бозначе_ Фбозначение
ние
}{атериальт термо_ [1редель|
элекц)одов
термо_ градуировки
тельном
парь|
тпп
тпР
тхА
тхк
и3ме_ Берхний
при_
'с
'"н-*п,',
пп-1
[1латинородий
(|0/оРодия) _
пР-30/6
хА
хк
*
20
платина
[1лат:алородий
(30%родутя)
платинорощтй
(6 ?ороцля)
-
{ромель_алюптель
!ромель-копель
300
-
1300
1600
при кратковременном
,р''-н''и', 'с
[1увствите'1ь-
ность'
мкв/ос
1б00
1,4
800
10,0
1з00
800
40,0
1
- 50 - 1000
-зо_ооо
Бая<ньхми вопросами и3меРения темпеРатурь|
этом ш.1апазоне являются
пре_
рени'{ при дли_ дел измерения
80.0
с помоцФю термопар в
:
защита термоэпектродов от разру|]]а|ощего химического и термичес_
кого воздействия ср€дь|;
тРудность обеспече[п{я контакта при измерении температурь| поверх_
ности;
необход{мость применения термопар из ог}|еупорнь|х матери!}пов
при вь!соких температур!|х.
.[дя измерения темпеРатур рас!1лава мет:шла применяютоя термо_
1ирь] из бпагородньлх мет:шлов' при этом дат!!ик погР)п(ается в мет[}пл
на вРемя' безопасное для его работоопособности.
168
1ак, для
0А _ о,6 с и
среду на
рао|1лавов термог1ара погру)кается в измеРяемую
йз*еряется скорость каРастания температурь! рабочего спая.
ме)кду скоРоотью нагрева термопаРь! и температурной
средь! находят значение измеряе&1ой темпеРатурьт.^'1акой^способ при_
меняется д'1я рас11павленнь1х мет!ш]лов в пределах 2000 - 2500 ' € и газо'
|[о зависимости
вь!х потоков до 1900
8 качестве
"€.
вторит1нь|х приборов д'|я измерения
термоэдс используют_
ся приборь1 компенсацион}{ого типа' в основ}|ом :втоматические.
7"'р"",'",',,
от 2500
"€ и
темпФатурьд:. Фбпасть этих температур начинается
практически не имеет верхней гра}!иць|. 3ещество при этой
температуренаходитоявсостоянии|тпазмь|издесьнаходятпРименение
Разновидности яркостного и ![ветного методов.
$ 16.5. 14змерение параметров иониз]Фующих излучений
14онизируюшие изл)дения предст:впяют собой эпектРом:шнитнь|е ипи
корпускулярнь1е излг{е}1ия (рентгеновские и 7-и3л)д]е|{!4я, \4!\и ооответ_
а- и 0-изпуценпя), обладающие энергией' достаточной для вь]рь!'''"''' электро!|ов из атомов вещества' которь11!1и они погпощаются. при
вания
этом атомь! вещества 3аря)|(аются поло)кительно и становятся ио11ами.
Фбласть прострапства' пронизь|ваемая излу{ением' характеризуется
следуюцц.1 ми вели1|инами :
где Ал _ количество
т1лотностью потока частиц 9 =
_
круга, в кото'
бопьтшого
^м|(^ААт),
поверхность
частиц' проник1]|их в сферу;
^А точка, за некоторь1й пРомежуток
ром заключе1{а рассматриваемая
вре_
мени А
';
потока энергии (или интенсивностью излрения)'
1тлотцостью
|1огтт:зируюшще излучения полу1или наибопьц]ее распрострацение
в ралиобиопогии и меди1ине. доза излучения (поглощения) измеряется
3то такая еди}{ица дозь1 излг|ен14я, пр::^ которой облученному
'р''".
"веществу
маосой в 1 кг передается энергия ионизирующего излу{ения
в 1 Аж. ||оглощенная доза используется в дозиметрии как оошовная вели'
чина, поскопьку о биологическом действии утзлучения мо)кно судц{ть по
энергии пзлучеу!14я, погл ощенной я<ивой тканью'
9нет распределе|{14я энергии у|злучен!]!'я вьтзь1вает зна1ительнь!е мет_
взаимодействие излу'
рологические тРудности. Ёеобходимо у1!ить|вать
че11'1ясопРеделеннь|мматериалом'характери3уюцимэнергиюизлуче.
ния. 11ри э''' , качестве исходной принята толш|ина слоя' в которой доза'
воздействующая на это вещество' умень1|]аетоя в два раза по сравнению
с исходнь|м з}|ачением.
.1]дя радиоактивнь|х источников' содер'(ацщх 1{' атомов, активность
-4 изотопов представляет собой т|исло распадов за промежуток времеки
!:А =ам|ас. Ёдиницей измере!!ия с'1у)кит 6еккерель (Бк), т. е. 1 Бк =
= 1 с-1. Ё'еси"'.*ной единицей слул<ит кюри ((и), под котоРой пони_
мафт актив}!ость такого изотопа' в котором в 1 с пРоисхоуртт 33 |0'^"
актов распада (1 (и =з,7 '1о|
' Б").
169
[1ериоп полураспада т11, Р*,'ктивного изотопа _ это промежуток
времени' в течение которого количество первонач!шьно и||1еющихся атомов в Результате радиоактивного превраще}|ия умень1']|ается в два раза:
Ёаходят при|!1енение и другие типь1 детекторов' напригиер счетчик
[ейгера, используемьтй у]тя изп,1ерения радиоактивности $- А &:$3[|!\ё|\А1|1
срок слг)кбь| счетчиков _ до 101о импульоов.
7',,
=1п 2|}х,где \ - постоянная расцада радиоактивного изотопа.
|!ериодьх полураспада и области применеция отдельнь|х веществ приведень1 в табл. 16.3.
'
$ 16.6' 8опрось: охрань| окру'(ающей средь:
€
''Фб охране атмос1 января 1981 г. введен в действие закон €Р
что
воздух являатмосферньтй
сказано'
этом
законе
3
воздуха''.
ферного
в0к[{ь1х элементов окрР{€|ощей при'
ется однип4 из основнь1х
'(изненно
1|истоть[ которой
государство
прида'
€оветское
сРедьт' сохрацению
\а6лица16.3
[1ориопь: полураспада раАиоактивнь!х вощ€ств
т'/э
Радиоактивнь:й изотоп
|(обальтбФ
со
иод1з1
7
!4сгь:тание материалов
!!змерение тол1!щ|!ь[
28 лет
|
3
сз
проводится ком|1лекс нау1!но обоснованнь|х тех|{ических'
в €Р
экошомических' со|щальнь!х меропру|ятий' напр:вленнь|х на предупрежде'
ние и устранение загрязнения ат|!1осферь1, а так)ке осуществляется между'
народ[|ое сотРудничество в этой области.
Б реализации мер борь6ьт с загрязнекием атмосферь1 ответственнь1е
зада1и по набпюдению и контролю за уровнем атмосфернь|х загрязнений
возло)кеньт на ряд служб странь1. €оздана общегосударственн?ш слухба
набл}одения и контроля за загрязнением атмосферьл. Б основу общегосударственной слг'(бь1 наблюдекия и контроля за загряз!{е!|ием атмосфе'
рь| попожена комт1лексность наблюденй за химш|еским составом атмо'
сферного воздуха и вьтбросами вреднь|х веществ в атмосферу.
Фбласги г|рименения
5,3 года
Ф'Фопгций 5т
|{езий1
родной
ет боль1шое значение.
8,1 дня
йедигина
30 лет
}1спь:тание материалов
и
меди_
ц]{на
Арндцп192 \'
зопото198 Аи
74 дня
]о
2'7 д|1я
йедицина (терапия)
>ке
|,|змерение параметров иониза]ш1онного излу{ения основано на ис_
пользовании двух электродов' установленнь|х в объеме газа' при этом
вольт-ампер!|ая характеристика (рис. 16.9) мо)кет бь:ть использов:!на раз.
]1и.шь|ми способами. [1од действием облучени'| в п|зе образуются ионь1,
что является пришаной появления тока 1' зависящего от приложеншого
\1а!1ряже}\\4я
Фрганизатщя наблюде}п.1й и контроля за загрязнением атмосфеРь1
предусматривает создание мар|шрутнь|х и передвижнь|х постов. €та:ц':о'
нарнь1е пость1 спу}(ат д]|я проведения систематических наблюде:*ий. Фни
оборуАовагъ| спе]ц{альнь|ми ла6ораториями' оснащеннь1ми необходимой
аппаратурой длля отбора проб воздуха и непрерь]вной регистРа1лшт содер'
жа|{у!я вредних примесей в атштосфере. [1ередвижнь|е пость| слу)кат д]1я
ц,
/ (рис. 16.9) рботают счетчики |ейгера_йюллера }| счетчики искровьо( разрядов.
Фбласть |[/ представляет наибопьцплй и}|терес: пропор1ц4он!шьнь|е
счег[ики' работалощие в этой о6лас|п, характеризуются таким параметром'
как вероятность срабатьлвания (}(г[), поА которь]м понимают отно|цение
8 области
ра3овь!х ша6людений в зонах про1!1ь|ц1леннь|х вьтбросов.
Борьба за 1!истоту воздулшной средь| вь1зв!1ла к )кизни новую науч_
ную д{с|{|][1лину - химию атмосферь1' цель которой - установление источ'
|{иков и уровня вь|делений' оказь1вающих неблагоприятное воздействие
на атмосферу, на 3доровье людей и вь|зь|ваю1]ц'|х при известнь1х условиях
!исла зарегистр}{ров.}н}{ь1х частиц к 1ислу частиц' посту!1ив11]их в объем
счетчика частиц.
{астицьл а-п $-пзлуненийи протонь| сР!}внительно низкой энеРгии поз_
воляют дости!ь близкой
новском
|4'
"|:|4зпу'е\\|4ях
рь!х неиРо|{ов
1012 имгульсов
используют водоРод;
срабать|вау|ия.
]],пА
э
2
7!т
л
!у
'у
10 ц,[1в
к основнь1м задачам, стоящим перед этими система|!1и' следует
отнести:
необходимость чрезвь|чайно вь1сокой точности измеРения конце'{тра_
срок службь| таких счет1|иков _
Рис. 16.9. Больтамперглая харак_
1_
!щи микрокомпонентов (погрехшность не более 1
омическая о6ласть; [!
щомежуточная обласгь; ||1 _
_
10-2
-
-
1о-'
_
10 %) в
д*тапазоне
%'.
обеспече}1ие диста!{ционного зондироъа|{1я \4 экспрессности в ре!!льнь|х
облаоть работь: ионизационной
камфь|; !\/
т
|1о
[аким образом, появи.1|ась необхош,1мость разработки систем метро_
логического обеспечения контРоля и прогнозирования фундаментальной
характеристики атмосферь| _ ее состава.
к !1| 7о вероятности срабать:вагп.:я; при Рентге(|!.[ достигает порядка ! 7о. [\ри измерении бьтсттеристика:
4
опаснь|е ситуа|]]4|1.
условиях'
о6ласгь работьт
в том
1{исле
с использованием
спутников;
создание различнь!х 1!1оделей прогнозов
счет!ика;
щопорционапьного
/ - область работьт с1!етчика
с самостояте']ьнь1м разрядом
;
обоснование г!ри!{ципов построения многоцелевой иг:формационно_
измерительной сис'гемьт (иис) для контроля атмосферь'!
т
'''
создание новь|х биохимических методов и сРедств контРоля;
контроль стабильности сост:ша атмосферь:;
'
[
изучение динамики изменения газового сост!}ва в условиях искусственнь1х экологических систем, 11илотируемьтх стантий и глубоко$од-
\
ной агшпаратурь| д]1я исследования йирового оке!тна;
создание автоматизированнь|х измерительнь1х ко|у111лексов и др.
!
преобразованийдляизмерениялиней1{ь|х
и 'угловьтх
А3дЁл
гл д в А
17.
6.
измвРитвльнь!Ё инФоРмАционнь|Б систЁмь!
основнь|в понятия оБ измЁРит€льнь]х
иноормдционнь!х систвмАх
17.1. о6щап классфикация измерительнь!х информационнь|х
'ё
систем
8опросьт 0ля сагооконтроля
|. |!щенислгте типь|
Р
раз_
}1змерительная информационная система (иис) в соответсть!'ш| о
гост в437-81 представпяет собой совокупность функ:ион{}пьно объ9ди'
неннь1х измерительнь!х' вь11ислительнь|х и других вспомогательнь|х техни'
ческих средств ш|я получения измерительной информа1ц'1и' ее преобразо'
1исле д,|я
ва1{')!я' обработки с целью представпения потребителю (в том
погических
осуществпения
автоматического
А€}) в требуемо|й виде' пибо
меров.
2. каковь| основнь]е параметрь| дв!окения и методь| измерения этих парамещов?
3. [1еренислите типь| измерителей расхода веществ.
4. |(аковьт особет|носги измерения ус14л,4й, механ1[ческ}о( напря>кенгтй и давлений?
''.
5 ' ]]оясните принцип действия промь11||леннь1х датчиков давления ''€апфир
температурь1.
[риведите
классификацию
измерения
6.
диапазонов
7. !1оясните принципь| измерения паратиещов ионизирую1цего излучения.
функ:шй контроля' диаг}!остик}1, иденти фика|ц{]'1 .
Б зависимости от вь|г!олняемь:х функтщй !'114€ реаллизуются
в
в|{де
измерительнь|х систем (|1€) , систем автоматического контроля (сАк) '
технйческой ди:шностики (стд) ' расг!ознавания (идентифика:ии) о6'
(€РФ). в стд, €А( и (РФ измеритепьная система входит как под.
разов
система.
{
1&форматщя' характеризующа'1 объект измерония' воспринимается
АА(, о6ра6ать1вается по некоторому Ёшгоритму' в ре3ультате чего на
вь]ходе системь! полу{ается количественная информатщя (и только инотРа)к:|ющая состояние данного объекта. 14змеритепьнь:с
формация)
информатщоннь|е системь| существенно отлич{[|отся от других типов ин'
(сАу).
формашио:пть]х систем и сист8м автоматического управпения
|'*,иис, входящ!!я в структурь| более спожнь|х систем (вь:шлслительньш
систем связу| у1 управления) ' может бьтть источгтиком информыц4у1 рля
этих систем. }1спользование информации для управления не входит в
|4}1€, мохет ис.
функщпи АА|, хотя информатщя' полг{аемая ша вь1ходе
например
д]|я упРавле'
каких-либо
пРипятия
попьзоваться !]1я
реш€ний'
ния конкретнь1м экспериментом.
(ахдому конкрет;ому виду А|1( прпсулзу много1исле1|нь1е осо6ен.
ности' определяемь1е узки||1 на:|начением систем и их технологически'
конструкш.1вньтм исполнением. 3виду многообразия видов А\4( цо нь.
стоящего времени не существует общепринятой классификатщи |'1}1(.
'
Ёаиболее распРос1раненной явпяется классификация А|1( по фу:шс.
щ{ональному назначению. |[о этому признаку' как бьшо сказ!шо вь|ше'
бупем разпичать собственно ис, сАк, стд, сРо |1.1] .
объектом исопедования
[1о характеру взаимодействия системь1
и обмена информа:щей между т*тми АА( могут бьгть разделень! на акп{в.
нь1е и пассивньте (рис. 17.1).
[1ассивньте системь! только воспринимают информа|${ю от объокта,
а активнь1е' действуя на объект чеРез устройство внецдгих воздойствий'
позволяют автоматически и н{}иболее полно за короткое время изучить
\7з
с
сф поведе!пп|е. такие- структурь| 1||ироко применяются при !втоматизации
напнь[х исследований раз.лтинньтх объектов.
от характера обмена информа|ц.тей гтежду объектами
\в
'ависимости
АА(
раздичают А( 6ез обратной сьяз'1 у! с обратной свя3ью
" ф'ивнь:ми
::о
!роздействию. 8оздействие на объект мо)кет осуществляться по заРанее
устфовленной жесткой программе либо цо программе' ритьтвающей
реа:(:ию объекта. 3 первом случае реакция объекта не влияет 1{а хаРакт€Р
возд!йствия' а следовательно' и на ход эксперимента. Рго ре3ультать|
могу[ бьтть вь[дань| оператору после оконтигпдя. 9о втором слщае резуль'
татьл {реактщ}1 отр:)каются на характере воздействия' поэтому обработка
ведефя в ре:1льном времени. 1акие системь1 должнь1 иметь развитую вь|'
щслфельную сеть. !(ропле того, необхош.[мо оперативное представлен|{е
информац:ла опеРатору в форме, удобной д'|я восприят|4я, с тем чтобьт
он мог вме[|]иваться в ход процесса'
9ффективность нау1|нь1х исследов1!ний, испь:тательнь|х' поверо1|}{ых
работ, организа|р1и управления технопогическими процессами с применс'
}1|,{€ в зна(ительной мере определяется методами обработки изме'
нием
рительной :штформа:ци.
!
Фператщи обработки измерительной информа:щи вь!полняются !
устройствах, в качестве которь1х испопьзуются спе|д1{!1пизированнь|е либо
универс!шьньте 381у1. 8 :*екоторь1х слу!:}ях футпс:ии обработки результа'
тов измерения могут осуществляться непосРдственно в измеритель1'ом
тракте' т. е. измерительнь|ми устройствапти в реальном мас:цтабе вРеменп.
Б системах, котоРь1е содеР)кат вьгтис"]1ительнь:е устройства, обра6откв
информащти мо)кет произвош.|ться как в Ре(шь[{ом мас::ггабе врем9|ш'
так и с предварительнь|м нако|тпением инфоргта:щи в па||1яти 3Бй, т. о.
со сдвигом по времени.
[1ри исследовании сл0жнь|х объектов или вь]полнеглии т*ш:огофактоР'
нь|х экспериментов пРименяются измерительнь1е системь|, сочет1|ю1|ш0
вь!сокое бь:стродействие с то!1ностью. [акие АА(' характеризуются Фпь.
1|:ими потокатии информащ1пъ{а ш( вь]ходе.
3на.пттепьно повь|сить эффекшавность |1А( при кодостато,тлой шпщ.
орной инфор!}1ации об о6ъекте исследования мо)|(но за счет сокРащени'
избьтто:штости информац:тт, т. е. сокращения интенсивности потоков измо.
рительной информацлаа. 1,1сключение избьттощтой информац:пт, несущест'
венной с точки зрен14я ее потребителя' позвопяет уменьц|ить емкооть
устройств памяти' загрузку устройств обработки даннь|х' а следоватопь.
но' и время обработки информа:щ'!' снижает требовагшля к пропускной
Рис.
17
.1. |(лассификацпя
способности кан:1пов съяз\1.
[1ри проектиров:}нии |1 созда$14п }1|'1€ боль:шое вним!1ние удепяотся
пробпеме повь|!шения достоверности вь0(одной информации и снижения
веРоятностей возт*:кновения (утлуц даже исключения) нежелатФ:ьньлх
|4|'1€ вош:о:тс:ть фщк:ци оамо'
ситуатзРтй. 3того можно дост1ть' еслу|
'|а, осуществлять тестовь|е провоР.
чего
|41,1€
способна
в
ко[пРопя' резупьтате
ки работоспособности средств системь1 и тем самь|м сохранять метроло'
гические хаРактеристики тракта пРохождения вход1{ьп( сигнапов' пРо'
АА€
{
верять достовеРность Результатов о6работки информации'
посредством измерительнь|х преобразований, и ее предст:вле|{!ля'
Бсе 6олее |||ирокое развитие получ{!ют системь!' предуот}1а
:втоматическую коррекцию своих характерист1{к _
ся (сап,:окоррект{руюц{иеся) системьт.
3ведение 'в такие системь| свойств автоматического исполь
активного изу{ения соотояния |\|1|
резшьтатов самоконтропя
п3мерцге/1ьнь!е
сцстемь|
\
\
_
статцстццвскце
п0
\
приспоса6ливаемости к изменению характерисп{к из1!1еряем1ь1х
или к изменению условий экс|1пуата|{|{и депает возможнь|м
заданнь|х параметров систем1ь1.
$ 1 7.2. }(лассификацпя
|11АЁ по
функциональному назначению
Б зависимости от функционального назначения структурь: }1|,[0 подразделяют по принципу построения. Рассмотрим основнь1е особенности
Ёканцрцющце
пс
|1 отл\4ч!4я.
из|}1ерительнь|е системь| используются Б)тя р'в]1ичного
рода ком|1пекснь!х исследований науплого характера. Фгп,: предтазначень|
рля работьт с объектаттш:, характеризуюцир1ися до нач!ша экоперимента
€обственшо
Рпс.
1!1инимумом априорной информатцй. ]_1ель создания таких систем заключается в полу1ении максим:шьного количества достоверной измеритель-
ной информшдии об объекте д'|я сост!вления {шгорит|у1ического
ния его поведения.
Ф6ратная связь систер:ьг
с объектом
Разнов:адности !4€ предст!|влень1 на рпс.\7 .2:
''А'' _ ис
может использоваться рля принятия каких_либо релшений, ооздания
возмущаюшщх воздействий, но не д'|я у[1раъле!{14я объектом. \4!1( предназначена д/|я созд:}ния дополнительнь1х усповий пРоведения эксперимента'
р!1яизуенпя ре!}к!п,|и объекта на эт\4 воздействия. €ледовательно' использоватп.:е информа|\ии не вход1|т в функ:щи АА(.3та информашия предоставляется человеку-оператору или поступает в сРедства €втоматической об}11,16,
р|1я
прямь!х измерений' т. е. независимь1х измереглий
кретнь1х значений непр€рь]внь1х
'ъ''
к1{х
д:дс_
велит|ин;
_ статистшдескпе14\предназначе}|нь|е ш|я измерения статистичесхаРактеРистик измеряемь1х вепитин;
''в'' системь|' предназначеннь|ед]ш] раздельного измерения зависи-
_
мь!х ве]1ичин.
3ходнь:ш:и в А( р:тя прямь|х измеРений .являются вепичинь|' воспРини|}1аемь1е дат|!иками или другими входц{ь!!у1и устройстватъш'т сиотемь|.
3адача таких }1€ з[|кпют|:|ется в вь|полнении анапого'|ц|1фровь:х преобразований множества вели1ин и вь|даче полу!еннь|х резупьтатов измеРения.
Б рассматриваемь|х }|€ основньте типь! измеряемь|х входнь1х вели[|и}{
могут бьтть сведень] либо к множеству изменяюцР1хся во времени вепи'
зт{|т {х1@},
1,2,...,п, лпбо к изменяющейояво времени ! у\Раепре' [1ри изме_
д"лейной йо пространству А непреРь|вной функ:ии х (/'
^)
!!1по)|(еством
(г'
пРедст!|вляется
Р1скрет
х
рении непРеРь[вная функшия
^)
*0',^/)}, ! = 1,2,.'.,п, 1 =!,2,з,'''
{
работки информашатт.
.{дя измеритель!!ь1х систем хар:|ктернь| :
более вьтсокие по отно1]]еник) к система||1 другого вида требов:}ния
;
более л'широкий спектр измеряе||1ь|х физииеских величин и в особенности их количество (тиспо измерительньтх каналов);
необходимость в сРедствах 11редставления инфорштатщи; это связано
с тем' что основной массив инфоршпации с вь]хода систем передается человеку д'|я принятия им ре1цения об изменении усповий проведения экспе-
!:
римента, его продол)кении или прекраще!!ии. |!оэтому определяюш|им
и
А€ ло функционапьному назначению
ст:}впения информатщи
отсутствует ипи носит вспомо_
требовагпаем яьляется неискаженное' наглядное
.2. |(лаос:дф*ткация
14 ана!|\4з результатов измеретплй вь1полняются поспе завер[цения процес_
са эксперимента с помощью на6ора разлит!нь|х средств обра6отки и ггред'
о|1иса-
гатепь}льтй характер. 1(ак отмечалось, информа|щя, полу!енная на вь|ходе
к метрологическим характеристикам
\'1
оперативное пРедст{в-
}1змеритепьнь|е системь|' производяцие измерения дискРт функц:лл
основань1 на использовании многок1ш{!}пьнь|х' многоточе1шь|х'
'
^)
мульти!1пи1Р1рованнь1х и сканирующих структур'
ление текущей информации с учетом1 динамики ее о6новпения и бь:стродейстьпя системь|' обеспечава:ощее удобство восприятия и анализа человеком;
боль:шой объем внетцшей па|}1яти д'{я систем' в которь1х обработка
х
(',
йногоканальнь!е сиотемь: объешаняются в
176
!
од0'1н
из самь|х РаспРостр&
и угповь[х перемещений, скоростей
и }скорений и дР. Б зависимости от метода исполь3ования лазернь!х систефь:х датчиков |'}1(,)существ'!яют измерения указаннь|х физинеских
неннь|х кпассов измеРитепьнь1х систем паР:}плельного действия,
мь'х во всех отРаслях народ}|ого хозяйства. Фсновнь:е при!инь1
[1]ирокого распРостранения многокан!шьнь|х }1( заключаются в
ности использов,}ния ста|цартнь!х' относительно пРость1х' из
нь:х приборов, в наиболее вьтсокой схемной надежности т!1ких
в возможносп{ пол)детпая наиболь1дего бь:стродействия при
гироскогп,{и, измерения линейнь:х
велйчин.
'[олографинеские
Р-
менном полг!ении Резульп|тов изме|юния' в возможности
ь..
ного подбоРа (А к измеряемь|м вепитинам.
[1едостатки таких систем _ слоя(ность и бопьц.тая стоимость по
нению с другиту1и системами.
8 измеритель1'ь]х систем''( поспедователь!того цейстъпя - скангрующи)( измерительнь1х систе1!т:р( _ опера||и14 полутения информации в}1полняются последовательно во времени с помощью од|{ого кан!}ла и3мерения.
Бсли измеряемая веппч14на распредепена в пространстве \4л\4 собстБенно
коордп{нать] точки являк)тся объектом измерения, то восприятие информа1ии в таких систем:ж вь1полняется с помощью ош{ого сканирующего
даттика.
€канирующие
системь| н:[(одят пРименение при рас:пифровке гра-
измерительнь!е системь1 отлича1отся вь:сокой нувствигельностью и повь::шенной точностью, что 11ослу)кило основой 1циро'
]хц;|
() !1)( применения в
1!еская
интерферметрия
готтогра<};тческо!|
обеспец'вает
интс1>ферометрии. |ологр:+фи-
бесконтактное
измерение
и одно'
времен}|ое полу{ение информации от мно)кества точек наблюдаемой поверхности с использованием мерь| измерения - ш|инь| световой волнь!'
известной с вь:сокой метрологической тощтостью.
8ьдполнение условий минимальной слох<ности !4( приводит к необ'
ход,{мости мн0гократного последовательного использования отдельнь1х
устройств из\!.|)ительн0го тракта' а следовательно, к применению !'1€
;;1!0!|}10)|!}{Ф-,,-!,.(!:д0[).;9.]ьн01.
' ..;!ствия, кот(-)|)ь!е носят название мшо!'о_
точе1!нь|х !4(. Работа таких |,1( основана }1а принципе кв;}нтования измеряе'
мь1х непре рь|8}{Б1)( 8ц];,, |'*1}| по в ремс 11 и .
[,1змерительнь1е системь| с общей образцовой величиной - мульти!1ли'
фиков. Б меда:щне, геофизике' метрологии' при про]}1ь|||[леннь|х ис|ь|та[{иях' во многих отраслях нарощ{ого хозяйства и при наг|нь|х исследова_
|{'1ях 3атра|{|4вается зна[!ительное вРмя на и3мерение параметров графияеских изобрахенпй п предст:шление р€зультатов измерения в :щфровом
ъпде. !ля указаннь|х целей промь1|||пенноотью вь1полняются разпитшь!е
специализиров1|ннь|е полу,!втоматические расп:птфровонньте устройства
цированнь1е развертьтвающие измеРительнь]е системь| _ содержат мно'
[труктура систе!у1ь1 вкпючает дат!мки и
жество паралпельнь1х
'{ана'1ов.
устройство сРавнения (ошло для ка)!щого к:}напа изплерегпля), источник
образцовой величинь1 и одно или [{есколько устройств представле\&|я у|з'
тронно.разверть|вающие устройства.
!1р:1ктически такое же бьтстродействие.
и системь1 (''€илуэт'').
€катплровштие может вь|попняться непосРедственно воспринимаюц|им
эпеме[{том у|л1']' ска|1||руюц{им лучом при неподвижно]!1 воспринимающем
эпоменте. 1акими эпементами могут бьтть општко_мск}нические или элек_
.[дя измерения координат графинеских изо6рахегпдй
применяются
разлит!нь|е акусп,1ческие системь[. 3 геологдла и картографии' океанологии
и других областях пРи автомат!4за\*1у| проектиРования осуществляются
измеР€ния и вьщача в :щфровом виде кооРд|{нат сло)ю!ь|х графинеских
изображений на фотоносптелях, чертежах и документах. [1ри это]!: генератор (полуавтоматические измерения) лишль указь|вает тонки изобра)кения'
кооР,щ.|нать| которь]х необходдмо измерить. }|спопьзуемь1е здесь дат|п,[ки'
как правило' осуществляют преобра3ование координат точек в интервапь|
вРемени прохождения световь|х ипи акустических импульсов между точками' координать] которь|х бь:ли измерень:.
||ри использов:|нии в устройствах 3Б}у1 одноврменно со с(ить|ванием
коорд}|нат осуществляют обработку графинеских изображений по заданной программе.
ис(гис).
Фснову дат!иков сост:}вляют лазерь1'
. |олографические
представляющие собой когерентнь|е исто1ш}{ки света' когерентная опти_
ка и оптоэлектроннь]е преобразователи.
8 настоящее вРемя [[,1€ находят применение д.г:я целей светолока|щи'
'78
мерительной т':г:<|-ло1эмации. йультип;'т:{щ'|рова}тнь|е разверть1в!}юп_ц{е изме'
рительнь|с сиотсмь| г1озвопяют в ,счение цик.}1а и3менения образцовой
величинь1 (развертки) вь1полнять измерение знанений, однороднь|х по
физинеской природе и3меряемь!х вели!|ин' без примтенения коммутационнь|х элементов в кан!ше измерения. 1акие |,1€ имеют 1!1ень|]]ее копичество
элементов по сравцению с |1€ пар:шлельного действия и могут обеспе,п:ть
€татистические измерительнь|е системь|. €татистическпй шта;тпз случайнь:х ве]|ит|ин и процессов 1широко распространен во многих отраслях
науки и техники. |[ри статистическом
аъ!.а!1!|зе
используются з1}конь| рас-
пределения вероятностей и моментнь|е характеристики' а также корреля|д1оннь!е спектральньле функшии.
(истемь: для измерения 3аконов распределения вероятностей случайнь1х процессов * ан(ш:изаторь1 вероятностей _ могут бь:ть одно- и много'
к:шапьнь|ми.
@д:токанальнь|е анали3аторь! вероятностей за цикл аъ|ализа реа{!14зы!'1и
х([) позволяют полушть одно дискретное значение функции или
1тпот.
ности распределения исследуемого слунайного процесса.
йногоканальнь!е анализаторь| позволяют г[олу{ать заког{ь| распреде_
ления амт1]1итуд импульсов и интеРвапов времени между ними' амплитуд
непрерь|внь[х в1юменнь1х и распределеннь1х в пРостра1{стве слщайнь:х
процессов и др. многок.}нш1ьнь1е ацапизаторь| !|]иРоко используются в
ящерной физике, биологии, геофизике' в химическо1\,1 и |\{ет[шлургическом
производотвах. |!ри этом используются ан1}логовь1е, тщфровьте и
нь1е принципь1
построения ан:ш1изаторов.
сме1!1ан-
|79
два'основпь|х метода построения корроляцио:п+ьтх изфе_
систем.
[1ервь:й из них связан с измерением коэффи:щен/ов
рительнь|х
€ушествует
коРреля]||4и
тци, второй
и послед)дошдим восст!|новлением всей корреля:щонцой фудк-
_с
измерением коэффиц|{ентов многотшенов, аппрокс:{микорреляционную
функцию.
рующих
[1о кая<дому из этих методов систе}'а может действовать после$ова-
тепъно' параллельно' работать с анш!оговь1ми или кодоимпульсньтртй оигналами и в ре:шьном времени.
3начстельнь:й кл асс ст атистиче ских }1€ _ ко рреля1ц1оннь1е экстре1!1€шь нь:е ],1€ -- основан на испопьзовании особой точки _ экстремут}!а корреля:цдонной функцгпд при нулевом з}{ачении аргуме1{та. (оррелятщотштьте
экстремальнь|е }1€ :широко применя1отся в навига!ии' Радиолокации'
метал:пообрабатьтва:ощей' химической промьш:ш:енности и в других обпастях д]|я измеРния параметров движения разнообразнь:х объектов.
8ь:деление сигналов на фоне [шумов, измерение параметров движения' распознавание образов, иденплфикация' техническая и меди|п{нская
ш,1агностика _ это неполнь:й перечень областей практического примеаения методов и средств корреляционного анапиза. Б настоящее время
подавляющий объеш: статистического ан€}лиза вь[полняется корреля|що[|_
ньтпли |4€, содержащими 38й, щибо отдельнь1ми устройствами со средствам}1 микропроцессорной техники.
€истемь; спектрЁшьного анапиза пРдназначень| д'!я количественной
оценки спектр!шьнь1х х}рактеристик измеРяемь|х величин. €ушествую_
щие методь| спектр.шьного анализа основь|вак)тся на применении частот-
гъ:х фильтров ипи на использовании ортогон!шьнь|х преобразований спу_
чайного процесса и прео6разовагшй Фурье }!ад известной корреля:щонной
функтщей.
Различают пар{шпепьнь:т} фьпьтровьтй анализ (попосовьте ибирательнь:е фильтрь1-резонаторь:), поспедоватепьнь:й фильтровьлй анал:из (пере_
стр:шваемь!е фгштьтрьт и гетеРодиннь|е ашализаторьт), поспедовательнопаР{шлельньтй анштцз.
Аостоишства бесфильтровь1х ана"'1изаторов' основаннь|х на опРеделешии коэффи|"0,|ентов ряда Фурье. связань| с полг{ением вь:сокой Разретцающей способности, что позвопяет их использовать для дет:штьного анапиза о{|ределеннь1х участков спектРа.
€истемь: дл|я раздель!!ого измерения вз{|имосвязаннь1х ведичин применяются в следующих случаях:
исследуемое явление или объект характеризуется множеством неза-
висимь|х друг от друга величуц*х: * = { [*,], [х'],..., [.{'] { и при ныти_
тии селективнь|х датчиков можно осуществить и3!у1ерение всех значений
[х'1
;
[л'] , но не селективнь!х датчиках' сигна'|ь| на вь|ходе которь|х содержат составляюшдие от нескольких величин' встает
задача вьце]|ения кал<дой измеряемой велишаньп [.т'] :
если элементь| множества
["''] ' ...' 1.т,, ! .',?. связань!
{
ме)кду собой, то также необходимо осуществить раздельное измерение
при независимь|х
{=
180
[''] ,
ве]1ичин х'. Ёаиболее типичнь1е задачи взаимно связаннь|х измерений измерение к0нцентрации составпяк)цщх многокомпонентнь|х жидких'
газовь1х ипи твердь|х смесей или параметров компонентов сложнь|х э'|ек'
троннь1х цепей без гальванического Рас(!ленения.
[1ри раздельном измерении вз€имосвязаннь|х величин осуществляется
воздействие на многокомпонентное соединение в целях селек]_!}{и и измере'
существуют разли1|нь|е методики и средства такого ра3дельного измерения:
масс-спектрометрия' хроматография, люминесцентньлй ан{}пи3 и дР.
€истемь:,
приблюкающих
коэффициекть:
измеряюцие
много1шенов'
цазь|ваются аппроксимируюш]ими (Аис) и предказначень| д'1я количеот'
венного о]1исапия вели(ин' являющихся функтщями времени, пРостРанства и!ти другого аргумента' а так)ке их обобщаюцих параметров' определяемь!х в}.1дом приближающего |!1ного(шена.
|,1нформапцо}{нь|е опеРа!п.1и в А!4€ вьлполняютоя последовательнь|м'
пар!1ллельнь|м или сме!даннь1м сцособом. А}1€ реализуются с разомкнрой
шли замкнутой информа:щонной обратной связью' в виде ан!}поговь|х
ил:и
:щфровьлх устройств.
[1ри создану!у1 у! \4с{1ользов:}нии А}1€
много1шена
и с у{етом
заданной
вь:бирают тип приблих<ающего
цогре|||ности
аппроксимации
опРеделя|от
порядок функт:дт'
Реализация задач А|1€ требует знания апр}{оРнь|х сведений об исход_
ной функ:цду!' ув!ета метрологических требований к измеРениям и др.
[1ри этом в качестве базисньтх функ:щй могут бь:ть вь:брагьт ряАь: Фурье,
разпожё}{ия Фурье_}оппша, Фурье*{аара' много1шень1 1[ебь::пева, .[агран'
жа, )1ехсандра' !1агерра и др.
1( основнь:м областям пРименения А!'1€ отнооятся измерену|е стату!стичеоких характеристик слунайнь|х процессов и хаРактеристик нелиней'
нь:х о6ъектов' с'(атие рад$отепеметринеской информа:щи и информа:ии
при анализе изображений, ф:ттьтратщя-восстановлег*:е функций, генерация
сигналов заданной формьт.
€истемь:
автомати[|ес'
€истемы
автомати|!еского ко[{гропя (сАк).
кого контроля предназначень! д'[я контроля техд|ологических пРоцессов'
при этом характер поведения и параметРь] их известньл. Б зтом слунае объ'
ект контропя рассматривается к[|к детерминированньтй.
3п,г системь| осуществляют контроль соотно[пения между текуцц'1м
(измеренньтм) состоянием объекта и уст:}новленной''нормой поведения''
по известной математической модели объекта. |{о резупьтатам обработки
полренной информатщи вь|дается суждение о состоянии о6ъектов конт'
роля. 1аким образом, задачей €А|( является отнес0ние объекта к одному
из возмо)кнь]х качественнь|х состоятлпй, а не попг{ение количественной
информацла: об объекте, тпо характеРно дл:я |'1(.
в сАк бпагодаРя переходу от и3мерения абсоппотнь1х величин к от'
носительнь|м (в процентах''нормального'' зЁачет:ия) эффективность Ра'
ботьт значительно повь]1дается. Фператор €А|( при таком способе копи'
чественной оценки полг!ает информа:щю в ед.{ниц:}х' }1епосредственно
181
характеризу1ощих уРовень опасности в поведении контролируемого объ_
екта (процесса).
(ак правило, €А1( имеют обратную связь, ист!ользуемую щля воздей_
ству|я 11а объект контроля. 8 них внеп:дтяя па|у1ять имеет зна1|ите'|ьно меньлший объем, чем объем г|амяти !4€, так как обработка и г1редставление
танформации ведугся в ре(}пьном ритме контроля объекта.
Фбъем априорной информации об объекте контропя в отличие от
[,1€ достаточен д]|я состав.т1е!{ия 1шгоРитма коцтроля и функциоглирова_
тддя
ке
самой €А1{, предусматривающёго вьдполнение операций по обработ_
информации. Алгоритшт фу:п<:щонирования €А|( определяется пара-
1}1етрами объекта контроля.
Ёаприптер, существуют параметрь1' кратко-
временное отклонение котоРь|х от ''нормального'' значения может по_
влечь за собой возникновение аварийной с14туа'!4'|; кратковре|}1енное от_
клонение других паРаметров существенно не влияет !{а норм{шьньлй ход
процесса и поведение объекта; третья гРуг{па параметров исполь3уется д'{'1
расчета
технико_экономи1|еск|]о(
показателей
(расход
сь1рья'
вь|ход
основ_
ного продукта и т.д.).
||о сравнению с }1€ экс]1луатационнь1е параметрьт €А}( бопее вь|сокие:
длительность нег1рерь|вной работь:, устойнивосгь и воздействие промь|||]лен1{ьтх помех' климатические и механические воздействия.
Б настоящее вре1!1я в основу классификации (А[( поло)кена общая
классификация АА( с учетом специфики функщтй, вьтполняемьтх €А1(.
€истемьт автоматического контроля могут бьтть встроеннь1е в объект
контроля и вне11|ние по отно11]ению к нему. [1ервь:е пРеимущественно при_
меняются в сложном радиоэлектрон1{ом оборудовании и входят в комп_
лект такого оборудов ания. 8торь:е обьтчно более угивеРс!1льнь!'
€истемь: технической диаг1!остики (стд). Фтпд относятся к классу
АА(, так как 3десь обязатепьно ]1редцолагается вь1полнение измеРитель_
гъ:х преобразований' совокупность которь1х сост!}вляет 6азу дпя логической процедурь1 ди!шноза. [ель диагностики _ определение класса состоя_
тпай,
к которо|!ту |1ринадлежит состояние обследуемого объекта.
.{дагностику следует рассматривать как совоку1]ность мпо)кества
возможнь!х состояний объекта, множества сигн:1лов' несуцшх информа_
тию о состоянии объекта' и ш1горитмь] их сопоставления.
Фбъектами технической диагностики являются т€хнические системь1.
3лементьт любого технического объекта обьтщто могут находитьоя в двух
состояниях: работоспособном и неработоспособном. ||оэтому задаией
систем технической диагностики €1.[ является определение работоспособ_
ности элемента и локапизация неисправностей.
Фсновньте этапь1 реализации €1!;
вь1деление состояний элементов объекта диагностики контролируемь1х
вели[ин' сбор необходимь!х
на проверку;
.
статистических даннь[х' оценка затрат труда
построение математической модели объекта
и
мь| проверки объекта;
построение стРуктурь| диагностической системьт.
182
разработка
||рограм_
3лементьп объекта диагноза' как правило' 1{едоступнь| д'|я не|тосРед_
ственного наблюдения, что вь!зь|вает необходимость проведения про|{едурь1 диагноза без разру1шения объекта. 8 силу этого в ![.( преимуществе||но применяются косвеннь|е методь! измеРения и контРодя.
Б отлищде от |,1€ и €А( система тех}1ической диагностики имеет иную
организацию элементов стРуктурь| и другой набор используемь|х во входнь|х цепях устройств и преобразователей информа:щи. 3ходящий в состав
структурь| €1! набор средств обработки, анализа и представления инфор-
может оказаться зна1|ительно более развить|м' чем в |4€ и €А(.
определение состояния объекта осуществляется программнь|ми
средствами диагностики. |1ри поиске применяется комбинационнь1й или
ма]д1{и
в стд
|]оследовате]|ьнь|й метод.
[1ри комбина|ионном пошске вь|полняется заданное число проверок
от порядка их осуществления. |!оследовательньтй поиск связан с анапизом результатов ка:кдой проверки и принятием ре1цения на
проведение последующей проверки. (лассификационная схема (1.[ приведена на рис. 17.3. €истемь1 технической диагшостики подразделяют на
спе|ц,{сц|изированнь|е и унивеРс(}льнь1е.
||о целевому назначению различают диагностические и прогнозирующие стд. .[дагностинеские системь1 предназначень| для уст:|нов.1|ения
то1|ного диагноза' т. е. м!-я. обнару:кепия факта неисправности и локали_
|{езав}1симо
зации места неисправности. |!рогнозиРующие €[А по результатам пРоверки в предь1дущие моменть] времени предсказь1вают поведение объекта
в будущем.
[1о виду используемь|х сигн:}лов €?.[ подраздепяют на анапоговь|е
и кодовь1е. [1о характеру диагносту\ки у!л!4 прогнозиров€шия Различают
статистические и детеРминиров!}нньте €1А. ||ри статистической оценке
объекта Ре||]ение вь1носится |{а основани|1 Ряда измерего:й или г!роверок
сигн!шов' хаРактеризующих о6ъект.
метрь1 измеРения
цовой системьт (в
8
детергтшлгтироваш{ой
€1.[
пара-
Р;шьного объекта сравниваются с параметрами образ-
€1А
долхс*ь| храниться образцовь1е г|араметрь| прове-
€ стемьт технической диагностики подразделяют так)ке
ряемь!х узпов). и
на автомат|[ческие и попуватоматичеокие' а по воздейотвию на проверяемь:е объекть! ог{и могут бь;ть пассивнь]ми и актив}|ьтми. 8 пассивной €1А
результат д]1агностики предст:|вляется на световом табло либо в виде Ре.
гистрационного документа' т. е. результатом проверкут является' только
сообщение о неисправности. 11ри акптвной проверке €1А автоматически
подкпючает Резерв или осуществляет регулирование !1аРаметров отдельнь|х
элементов. }(онструктивно €1! подразделяют на автоном1{ь|е и встроеннь|е
(или вне:штпае и внрренние).
€истемь: распознаван}!я образов (сРо). [1редттазнанень| для определения степени соответствия 1!тецду исследуемь|м объектом и этш|он}{ь|м
образом.
Адя задач кпассификащи биологических объектов и дактилоскопи_
ческих снимков' о'1оз!ивания Радиосигн{шов и других создаются спе|'иаль}{ь|е системь1 разпоз[|:1вания о6разов. 3тц сцстемьт осуществпяют Распоз183
Рс ня||]ли |1]ирокое |1рименение пРи поиске химических эпементов т!о
спектрам их поглощения и в н!|вига|ц!и при определении положения объекта по наземнь1м ориентирам. 8 голографических Р€ уда,пто сочетаются
вь!сокая производительность оптически)( методов сбора и обработка информа]{|1и с логическиту1и и
вь11ислительнь|ми возможностями
33й.
1епеизмерительнь|е информационнь|е системь: (1[4}1€). Фни отличаются от р:}нее рассмотрен!{ь[х в основном дллиной кан!ша св'язу|. |(анал
связи является гтаиболее дорогой и наиту1енее надехсной часть!о этих систем' поэтому п]|я 1}1|4( резко во3растает значение таких вопросов' как
надежность передачи информта:щи.
(\.
(;:ассификатцтя
ьь
з,Р\
\'з\
<\\
$$Б
|елеи3меритепьнь|с
1АА(:
интенсивности' в которь|х несущим параметром являотся
значе1{ие
тока ипи напряжения;
частотнь|е (настошто_импульсньле), в которь1х измеРяемь:й параметр
меняет частоту синусоид;}льньлх колебаний илп чаототу следов:ш{ия имп0 сп0с0б! 0оэ0е0-
0п0ця на про0е-
'3.!(лассификация структурь: €1.[
навание образов через копичественное описание признаков' характеРизую'
щих даннь:й объект исследования'
[1ро:1есс распозн:}вания Реа11у|зуется комбинацией устройств обработ_
ки и сравнения обработанного изобрах<ения (огштсштпя образа) с эт:|.пон'
ньтм образом, находящимся в устройстве памяти. Распознавагп:е осущест'
вляетоя по определенному' заранее вь:браннопт1,, ре1цающему правилу.
[1ри абсолютном описании образа изобра:ке:тие восстанавливается с задап'
ной тощлостью' а относительное о1]исание с набором значегтий отли(мтель_
нь|х (]ризнаков (напримеР' спектРальнь]х характеристик), не обеспенивая
полное воспроизведение изобра:кения.
1(ак пример €РФ можно привести голографинеские Распознающие
системь! (Рс). в этих системах распознавание изобрах<ений осуществля'
ется с относительно вьлсокой скоростью (от 10з до 106 изображений в
секу}щу благодаря пар(}ллельному ан:шизу голограмм). [олографические
18,!
на рис. 17.4.
д'1я переда({и информации' можг!о вьщелить
!\ч
Р*сс. 11
приведена
Фни предлазнач:}ются для
измерения паРаметров сосредоточеннь1хи рассредоточеннь:х о6ъектов.
8 зависимости от того, какой т[араметр несущего сигн!ш1а иопопь3уется
+
$ |ь\
\ч$
ЁвЁ
|АА(
!4|1€ могут бь:ть одно- ипи многокан€ш|ьнь|]!1и.
пульсов;
время-имгупьснь|е' в которь|х несуцц,1м параметром яъляется рл!4'
тельность имгульсов; к ним х(е относятся фазовь:е системь|, в которь]х
измеряемьлй параметр меняет фазу синусоид(шьного сигнала ипи сдРиг
во вре|}1ени т!1ежду двумя импулъсами;
кодовь|е (кодоимпульснь:е)' в которь1х' изп4еряемая велитмна переда'
ется какими -глибо кодовьтми комбина|ц,1я!!1и.
€истемьт интенсивности подразделяются на системь| тока и системь|
шапряжения в з!висимости от того, какой вид сигк:ша
р]1я
'1ололъзуется
погре|ц'
инфорпсалщи. 3тим системам присуп1и ср!внительно боль::д'те
ности' и они цспользуются пРи передаче информашии на незна!ителькое
расстояние.
ч)
\к\
\ь
\,
Р
\
\\
ъ
ъ
ь
'\
Рис.
[!!|,16
17 .4. |(лассиф:л<ащая
о анал0?0аь/иц
сцанопамц0
\АА€
185
9астотнь:е 1[,1}1€ имеют больццие возможности' поскольку в них щ)акт||чески отсутствуют погрец]ности, обусловленнь|е влиянием гдд:*тй связ|4'
и возРастает д!шьность переда1|и информа:щи по сравнснию с оистемами
интенсивности.
8ремя-импульснь|е системь| по д]|ительности применяемь|х для пеРеда1и имщ/пьсов подразделяют на две груптъ|: системь| с бопь1шим периодом (от 5 до 50 с) и сиотемь! с мапь1м периодом (менее десять|х долей
секугць:).
.[диннопериоднь1е системь! пршм0няются в основном дпя шзмерения
м1ед'|енно меняюцщхся неэлектРических вели1ин (уровень )!(идкости'
давление газов и др.) .
1{ороткопериоднь|е системь| име|от больгшое бьтстродейстъпе' !ля
переда1{и коРотких импул!€ов тре6уется боль:цая полоса частот' щогускаемь|х к.ш:шом съя.з|1.8 силу этого такие системь1 с провод|{ь|ми линиями связи (11€) используются Редко.
Б последнсе время пол)д|или 1пирокое развитие адаптивнь1е тиис,
в которь1х :шгоритмь| работьт уить|вак)т изм0нение измеряемой ве]1и!инь1 илу! окруж:}ющ1.1х условий (в оздействий) .
@сновная цель пРимене}!ия ад:}птивнь1х 1|,1}1€ состоит в исключении
избь:точности вь|даваемой системой измеритедьной информации и в сохРанении или о]ттимиза|щи метрологических хаРактеРистик (помехоустойшлвости, бьлстродействия, погРе1||ностей) при изменении условий измеритепьного эксперимента.
Б адаптивньтх 1!1}1€ испопьзуются !шгоритмь| адаптивной дискретиза!*1у| 14 }1огут бь:ть использовань| :}лгоритмь1 адаптивной аппрокси!!1а|щи.
$ 17.3. 9бо6щеннвя структура
Рис. 17.5. Фбобщенная отруктурна'! схема |4}}4[:
первиннь|е измерительтьте преобразователи;
1-
2_
лрео6-
ра3ователи; 3 - А(п; 4 _ цифровьтеустройства; 5'устройства вь|вода регистрации и отобра>кения тнформации; б __
|\Ап1' 7 _ интерфейснь|е узль]; 8 - система ттлин; 9 _ устрой-
ства управления; 10 _ исполнительньте устройства
интерфейсньте устройства; ФР[
о6ъект исследования)
'
(|[Ф! _
множество тщфровь:х устройств 4, содержащее формирователи им-
коммутаторь!'
спе|щ:шизированнь[о
преобразователи кодов'
щпьсов'
пифровьте вь|1ис]1ительньте устройства' устройство цар:яти, устройство
ср:|вненця кодов, кан{шь1 :цдфровой связи, универс{шьнь|е програ|!1''1ируомь|е вь[(испительнь|е устройства _ микропроцессорь]' микро3Бй и др.;
группу цифровьтх устройств вь1вода' отобра:кения и регистрат\пут 5,
которая с0держ|{т формирователи кодоимгульснь|х сигналов' печатающис
устройства за\!!4с'\ на перфоленту и стить|ваЁ!у!я с перфоленть:' нако|1ители информа:щи на магнитной ленте, на м!шнитнь|х диск:1х и на гибких
магнитнь!х диск:р(' дис]1леи' сигнализаторь:, :щфровь1е индикаторь1;
множество цифроанш:оговьтх пробразователей 6 ;
указан}!ь1е футп<циональнь:е блоки соед.уняются ме)кду собой перез
стандартнь|е ин терфейсь: и[ц4 у ст а1\авлив а|отся жесткие св яз'4 ;
интерфейсньле устройства (иФ}) содержапще системь| цп,1н 8, интер'
фейсньле узльт 7 и интерфейоньте устройства ан1шоговьтх блоков, спухдщие главньпм образом д']я приема кома]щнь1х.сигналов и-передачи ин.
формац:лт о состоянии блоков. Ёапример, чеРз интеРфейсньте устрой.
1,|}1€
Рассмотреннь1е вь|1пе изм1ерительнь:е информа1ц{о!1нь|е системь1 показь|вают' что почти д'|я каждого типа !,1}1€ используется цепочка из аппаратнь[х модупей (измеритепьнь|х' упРавляющих, интерфейснь:х, обрабать!ваю_
цих). .[ля объяснения назначения функциональньтх частей и элементов'
входящих в сос-тав АА(, утя оттис[шия их взаимосвязи в системе Рассмотрим обобщенную структурную схему АА| (рис. 11'5) '
1ак им образом, обобщенная структуРн ая схема |1А( содержит :
множество различнь|х перви1|нь1х измерительнь:х преобразователей
,/, размещеннь|х в опредепеннь1х точках пРостРанства стац}{онарно или
перемещ{}ющихся в пространстве по определенному закону;
мно'(ество измерите.,1ьньлх преобразователей 2, которое мо)[(ет' состоять из преобразователей ана]|оговь1х сигнапов' комм)шаторов аналоговь1х
ства
|!тогут
передаваться
комавдь|
на изменение
Ржшма
работь:,
на под-
ключение зад;}ннои це|1и с помощью коммутатора;
устройство управления 9, формирующее ко1}1а!щную информатщю,
принимающее информ:а:щю от функ:щон1шьнь1х блоков и под{}ющее ком'шць| на исшопнительнь|е устройства 10 у:тя фор:тшарования воздействия
на.объект исследовштия Ф|1 .
сигн:шов' анапоговь|х вь|1|ислительньтх уотройств, ана.'1оговьтх устройств
п3мяти' устройств сравнения анапоговь|х сип{!шов' а}{:шоговь|х каналов
связи, ан!}поговь!х показь|вающих и регистрируюп|}1х и3мерительнь!х
Фднако не !ля всякой АА( требуется присутствие всех привсдоннь|х !{а рпс. 17.5 блоков. .[дя ка:кдой конкретной систе|!1ь! количеотво
приборов;
блоков, состав функ:пдй
группу аналого_цифровь|х преобразователей 3, а так)!(е аналоговьо(
ями проектировация.
устройств допускового контроля;
приведень1 ъ та6л. 17
186
!
.1 .
|1 связ\4 &1е)цу блоками устанавпиваются успови.
Фсновньте функтлшл средств' формируюцих \4!4€,
1а6лица17.1
@сновнь:о функции средств й],1€
|руппа средств
1роёолхсеное та6л. 1 7.1
|руппа средств
}правления системой
[бща информации
[!епосредственное восприятие информагци от объ-
екта исследования (конщоля, диагностики),
частности'
с
коммутация
функции' вь||1олняемь|е средствами
Фрганизация оовместного функционщован!.:я
соответотвии
оредств' образующих систему'
в
с заданной прощаммой
в
применением метода сканирования'
и
передача по линиям связи
следуюп1им элементам сщуктурь!
[1реобразования информации
Фсцовл-гьпе
системь!
Фсновньте функции, вь|полняемь|е Федствами
оистемь!
к
по_
[1реобразова:тие разл]+'нь|х физииеских велш|ин'
характеризуюцц'( состояние объекта, в электри_
ческие неунифиц:ровангъ:е
(естественньле) или
унифицированнь|е сигна]ть|
||реобразование
8опросьл 0ля самоконтроля
1. !(аковьл ос|{овнь| е разновид1|ост и АА(?
2. |(акие раз|{овидносту АА(' по функциональному
5. |(аковь: основнь1е функции АА€
элекФ[т1!е ских
унифицир
назначенило вь: знаете?
3. |!риведите классификацию А|1€ по входнь]м вел!,г|инап{.
4. |!риведите классификацию видов вьтхс!дной информашии й}1€.
в
соответствии
с
обобщенной струтсгуройй?
ов а}{ньп(
сигналов одного вида в щ)угой
Аналого_цифровое преобразование сигналов' несу_
пцлх информацию
о
||олунение кол!п!ественнь|х значений (оценки) ха_
объекта в форме, доступной д'!я
рактеристики
непосредственного восприяти'[ человеком_опера-
тором
[ранения информации
[ранение априорной информации
об
объекте,
необходимой для вь|полнения операций' связан_
нь|х
с
вь|числительной обработкой результатов
аналого-цифр9вого преобразования
Фбработки информации
0бработка результатов пред:шествующ|Ф( измери-
тельнь|х преобразований
||редставления информации
[1родставление информации, получе||}'ой
в
резуль_
тате А(_преобразования или вь|числительг:ой об_
работки в форме, доступной для нопосредствен_
ного восприятия человеком-оператором
Формирования воздействия
Автоматическое
создание допол!|ительньлх условий
проведения пла||ируемого измеритель!'!ого экспери_
мента над объектом (конщоль, диагностика)
основе дан!{ь:х обработки
188
А
18.
интЁРФвйсь! измЁРитЁльнь|хсистЁм
$ 18.1. @6щие понятия
кодовь|е эквивалентнь1е числовь|е оценки
14змерения
гл Ав
характеристике о6ъекта, в
гга
иттформации об обт'с:ктс
и определения
Б настоящее время АА( находят все бопее ц!ирокое применение в
различнь1х областях науки и техники. Фгпл применя!.отся в качестве ко1!1по|{ентов сло)|(нь1х |д{формационно-вь|1ислитепьньтх комт1пексов и систем
автог{атизации. Фсобенно важную роль играют автор1атические АА(' тас:
пользующие 39й длля програ|\{много управления работой системь1.
||]иРокому
8озросшпте объетиьт проводимьтх измерений цривели
использов ани1о программно_управляемь1х си. [1ри этом возрос11]ие требования к характеристикам си оказап|1 существенное влияну|е на методь|
сопРяжения устройств' о6разую1'цих иис [2.\1 ,2.\5,2.19] .
!&формационно_измерительнь|е системь| содержат ряц подсистем:
измеритепьную, сб0ра, преобразования' предвар!!тельной обра6отки данны*
и г1одсистемь| управленутя (.А в целом. Бсе подсистемь| в [4|4€ соодлненн
между собой в единую систер1у. 1(роме того' иис в настоящее время п}о@|(;
тируют на основе агрегатного (модульного) прин:щпа, по котором} /сг:
ройства, образуюш_ц.1е систему' вь!полняются в виде отдельнь|х' самосто'.
тельнь1х !,!,зделий (приборов' блоков). Б составе |414( эттц устройства вь1по'|.
няют определеннь1е операции и вз:}имодействуют друг о другом' пеР€д8.
вая информа!п,1оннь|е и управляющие сигналь1 через систему сопряжсния.
.[ля утпафициров аннь|х систем сопРяжения между устройотв аг:!\ !\я6|[.
вующими в обмене информации, стш1 общепринять1м термин иштерфейс
(йатет[осе). |{од интерфейсом (или оопряжегтием) понима|от совокуп.
ность схемотехнических средств' обеспе*|ва|оцих непосредственное взаи.
к
189
иис
модействие составнь!х элемештов
(гост 15971-74). }стройства
подсоединяютоя к системе сопря)кения и объедрняются в А|( по опреде_
пеннь1м правилам' относящимся к физинеской реализации сопряжений.
(онструктивное испопнение этцх устройств, характеристики вьтрабать!вае_
мь1х и цринимаемь:х блоками сигна'1ов и последоватепьности вь{даваемь1х сигн1шов во времени по3вопяют упорядочить обмен информашией
между отдельнь1ми функциональнь|ми блоками (ФБ) .
[!од интерфейсной сцстемой поним!}ют совокупность логических уст_
ройств, объд:аттенньтх утллфитщрованнь1м набором связей и г1ред}{азначеннь1х для обеспенения информационной, электрической и конструктившой
совместиш1ости. 1,1нтерфейсная система такжс ре!}лизует алгоритмь1 в3!имодействия фугп<тщональнь{х модулей в соответствии с установленнь1ми
но рм
ами
у1 т\р
аву1]!амп
два подхода к орг{}низа]щи' взаимодействия элементов
системь! и построению матери!}льньлх связей между }|ими:
жесткая ртификация и ста|1дарт!4зация входнь|х и вь1ходнь!х параметров элементов системь|;
исг1одьзова}{ие функциона'1ьнь|х блоков с ада!ттивнь|ми характеристиками по входам.вь1ходам.
0а практике часто сочетают оба подхода. €тандартизация интерфейсов позволяет:
проектировать |1|1( разли1шь!х конфигураций;
8озможньт
зна!ительно
сократить
число
типов
(А
ц
ускорить и упростить разработку отдельнь|х
их
(АпАА(
устройств
упростить техническое обслуживание и модернпзацию
повь!сить надехс:ость !,1!4(.
сот[рркения;
в целом;
АА(;
|!риштенение ра3вить|х стандартньтх интерфейсов при оРганизации
!4|'1€ позволяет обеспештть бь:струю компоновку систе&1ь| и
разработку
программ управпения €|,1.
€труктурная
схема одноуровневой АА( с интерфейснь|ми узпа1\,|!4
показана на рис. 1 8. 1 .
,|яющими сообщениями. ['1нформа1ц{онное сообщение содержит сведения
о значении измеряемого параметРа' диапа3оне измерения' времени и3ме'
рения' результатах контроля состояния измерительнь1х каналов и др.
}правлягошее сообш{ение содер)кит сведения о рея(име работь: ФБ, поряА_
ке вь|полнения ими поспед0вательности операций во времени, команде
контропя состояния измерительнь|х кан:шов.
[,1нтерфейс может бьлть общим для устройств Разнь|х типов' наибопее
госудаР'
распространеннь!е интерфейсь: определень1 международнь|ми'
ственнь|ми и отРаслевь|ми ста}{даРтами. €тандарт (|Ф€1 26016_81 ''Бди'
ная система стандартов при6оростроения. интерфейсьл, признаки клас'
сификашии и общие требования'') вкпюнает четь1Р признака классифика'
ции: способ соединения комплектов системь| (ш:агистрш:ьнь1й' радиаль'
ньтй, цепо:тещ{ь|й, комбинированнь:й); способ передачи информа:щи (па'
раллепьнь!й' последовательнь:й, параллельно'последовательньлй) ; прин:щп
обмена информацией (асинхроннь|й' синхроннь:й); режим пеРдачи ин'
формацли (двусторонняя одновременная передача' двусторошняя пооче'
редная пеРедача' 0дносторонняя передача).
}казанньте признаки позволяют характери3овать только опРеделен'
нь!е аспекть! оРганиза]{|{и интерфейсов.
Более полная характеристика и систематиза1ия интеРфейсов могут
бьтть вь:полнень1 при усповии клаосифика}ц1и по нескольким совоку[тнос'
тям щизнаков: функ:щон;шькому на3начению, логической функ:щоншль'
ной организации и физииеской реалпзацтшх. Разновидности интерфейсов
по совокупностям признаков сведень| в табп. 18.1.
\а6лица18.1
Разновидности интврфейсов
Фбласть раопространения
интерфейса
Фсновной структурной единицей иис является функциональньлй
блок ФБ, которьлй представляет собой од||ъ1 илу| несколько объедгтненньтх
фейса
/у[ а ц: ц н ньа
е
ш
нт е р
Рис. ]8.1.
(щуктурная
схема интсрфсйса:
ФБ _
б;лок;
фуллкциональ}|ь|й
иБ
ил:';'срфс'Ё:с-
нь:й блок; /6
управляющий блок; 1{ ' ко||т_
190
ро'|лор
ф ей
сьа
[1редназнанень|
и
взаимодейств)гющих между собой измерительнь|х преобразователей.
Бзаимодейстьие ФБ осуществляется через интерфейсньле 6поки !,!Б по
к0мандам' организующим обмен даннь!п4и. 1{омандь: у[1равпен|1я форпдируются в управляк)щем блоке !Б и возцействуют ша интерфейсньле блоки
через контроллер (().
между ФБ иис осуществляется обмен информационнь'!ии и управ-
||рименание
[{аименоваяие интер-
для
организа-
ции связей между сост:шнь[ми компонентами 38й, 8|(,
8€' т. е. 1{епоФедственно д'1я
их поотоения |1 сьяз|' с вне!ць
ней щеАой
Б!( - вь:числительнь1й
[4нтерфейсь: ввода-вь1вода
38й с раздетьнь:ми инфор-
мационнь1ми каналами
}83
и
лекс
Б€
к
Ф3}
[.[п!бцв
(см-з' см4'''3лекщоника
100-25'''3лекщоника 60'''
''3лектроника нц-80')
|]п|баз
Фбтцая:пина
комп-
_ вьтчислительн.}я систем8
939 * устройство ввода-вь|вод8
Ф3} _ оперативное запоминаю1цее
устро*сгво
191
1роёолэкенае та6л. 1 8.1
р аспр осгр,:нения
интерфейоа
Фбла сть
1 нт е р ф ей
[{аименование интер"
с ьо ]у'а
2 ц с
кАмАк
Раз16оз
Р[ нгерф ейсьа першфер шй но
1\,|ап:итнь:е
}ББ
диски
йагнитнь:е лентьт
от процесоора на десятки и сотни метров, в мп
|,193€ применяют интерфейсь1 периферийнь1х устРойств. в таких интер-
сомРвх
[цтоБцз
ео
о бор у
й
ваншя
оопряжения для стандартной периферии, а также
!1Р|!Р (интерфейс ра_ €пстемь|
диальнь1й пара'ш1ель_
ньтй)
|4Р|!€
со многими цифровь:ми изме_
(радиальнь:й рительнь|ми приборап:и' преоб_
последовательньтй) разователями информации, ге_
нераторов' датчиков' пу'ътов
икмд' игмд
иимл. икмл
опфатора'
вне1|!н1'( запоминаю-
щих устройств
1 нтерфейсьа распреёеленнь1х сшсте}| управл ен!1я
[1ау:нь:е исследования
]ехнологические процессь]
5нсАмАс, пм'
сАмАс
Ргопа9,
илпс2
[1редназнанень1 д]1'! интефации
федств обработки информации,
размещеннь1х
на
значите]тьном
расстоянии
к основнь|м характеристика!!1 интерфейса относятся следуюцц{е:
функ:щональное назначение; структура или тип орг1шиза]ц,1и связей;
принц|{п обмена ишформатщей; способ обмена даннь1ми; режим обме}{а
данць1ми; номенклатура 1шин и сиг!{апов; количество линпй; количеотво
утуний д]|я переда1и дш|нь1х; количество адреоов; количество к0м{}'{д;
бьхстродействие; !л14!1а ли|{\г1т связи;1мспо подключаемь1х устройств;
связи.
€оедднение отдельнь!х приборов и блоков между собой осушествляется пиниями связу\ 14л14 л\4н!4ями интерфейса. [мнии интерфейса могут
объединяться в груптъ| д'|я вь!полнения одной из операций в пРограммно_
управляемом процессе переда1и даннь1х. 3ти группь: л!4|{|1й назь|ваются
|шинами лтлтерфейса. Ёазначение отдельнь|х лпнй и ц]ин' их номенклатура
т'4т1лу!н'4и
и взаимное расположение в системе (топологии) являются ба3овь!ми
при расстт'отрении функционирования л*обого интерфейса.
3 отечестве}{нь1х и зарубежнь|х микропроцессоркь1х измеРительно-
управляюц{их
192
вь1(испитепьнь1х системау.
(мп
иувс)
(Ф-6шз, [51-11).
съязц'дат.паков информац||и' исполнительнь1х элементов' тсрРи_
тоРи(1пь}|о удапеннь[х
ё у л ьн ьпх сш с т елс
и4| см
фейса
[|окальнь:е и удаленнь:е
о
йц11!бшз
]|]и_
}ББ
!]тя
Ф ал ьно-лс
нами адреса и даннь!х интер_
.1]окалыль:е
тоника 60''
фейса
€истемь: с раздельнь!ми [1]и_
||ами адреса и даннь1х интер_
фейса
(\астемьт с совме1це|{нь|ми
|!рименание*
асинхроннь1е мульти|1пекснь|е интерфейсь| с цар(шлельнь|м способом
г!ереда1|и инфоРма|щи: 8-Разряднь|е интерфейсь: й|сгобц3; 16_разРяднь|е
интерфейсь1 общая 1ц;д!а ({.]п|ьц5), м|сгоьц$, интерфейс г*ц.'кроэвм ''3лек-
распространень|
фейсах используются как паралпельнь[й, так и последователь!{ьтй способь: обмена информа|щей. |!ри этом поспедний по принине существенного
упРощения собственно л\а11ил съязу|, а следовательно' и сни)кения стоимости н!иболее предпочтителен, если при этом обеспе!|ивается необходимая скоРость передачи информа|ц,!и.
Б последнее вРемя в связи с Развитием микро- и мульш.|процессоРньш(
иувс, отделькь1е микРопроцессоРь| или устройства ввода-вь|вода которь1х могут отстоять друг от друга терРитоРи:}пьно на сотни метров (типример' з:водская или цеховая иувс) все более |д]ироко црименяются
'
с]1стемнь|е интерфейсь: игш,т интерфейсь| покш|ьнь!х сетей. €истеттц::ь:й
интерфейс, как пр:шило' имеет многоуровневую аРхитектуру (совокупность) аппаратнь|х и прог;!аммнь|х сРедств'
}1з зарубежць[х лок:1пьнь1х сетей наиболее изв€стнь1 }Ё€ пе{ фирмьл
'')[!1а| !,чш!ргпеп1 €ор'', а-пе1 фирмь! ''71о3 \пс", сеть фирг*ъ: |31у1, Фгп
гп|пе1 фирмьл ''€огп]$ |пс'' и др.
[1ри построенми |!А|, согпасно гост 22з16_77, должнь1 пРименяться
следующие структурь| соед}1нешия функ:щоншльнь:х блоков между собой:
цепочечное соеш,|нение' при котором единственнь:й вь:ход пред]цествующего бпока соединен с единственнь11}1 входом поспед)|ющего блока,
так что соед|1неннь|€ блоки образуют цепь;
радиальное соед}1нение' при котором од,1}{ блок соединен одновРеменно с несколькими блоками, причем с к:9кдь|м из них отдепьной незав\,\симой линией;
магистР[1пьное соединение' пРи котороп{ входь1 та (и:ти) вь|ходь|
сопрягаемь|х блоков соед,!нень1 одной общей лпнтаей.
Б цепоче.шой структур (рпс' 18.2, с) кажАая пара истот{ник_прием}|ик соединена по1!арно л\4\{14ям14 от вь1ходов предьщущих ФБ ко входам
последующих' обмен даннь|п,1и происходит непосредственно между блоками п!!|т приборапти. Функ:щи упР:шле}{ия распределень! между эти|у1и
устройствами. цег!очечную структуру интерфейсов используют' как правидо, в неслокнь|х с|.{стем:|х с несколькими функ1р1онапьнь|ми уст.
ройствами.
Б системе, вь1попненной по ращса.гльной струкгуре (рис. 18'2,б),пмеется це1{тральное устройство - контРоллер' с которь1м каждая паРа исто1шик*приемник связана с помощью индив|{ду:!.пьной группьл цш:н, Бпоки и приборь|' подключаемь|е к контРоллеру' могут изм1енять свои р1еста
при соответств).ющем изменении прогРммь1 работь: контроллера. [1од
управлением контроллера происходит обмен даннь|ми между каж/{ь1м
устройством
7
-
1431
и
контроллером.
(вязи
между
управляю|!{им
устройством
!9з
[( цедостаткам ради[шьнойл структурь1 мо)'(но отнести больгшую р:и|{у соединительнь|х циний, а так)ке слох(ность контРоплера' что приводит
к уве.т1ичению стоимости |4€.
8 системах с магистральной структурой (рис. \8.2, в) в|у1есто группьт
индц,1в11дуапьнь|х |д|ин имеются коллективнь!е |1]инь|' к котоРь|м подсоед1|_
няются все источники и приемники информации и контроплер.
.{дя маг:тстр!1ли характерна досту]1}{ость ко всем блокап{, подкпюче|]нь|м к интерфейсу. Фднако в каждьлй момент времени только од!{н из
источников и оди!{ из прие|у1ников могут бьтть связаньх с интерфейсом.
€вязь мехсду блоками уста}|:1вливается как по и}!и!*1ативе самих блоков, так и по инициативе контроллера. Б первопт сдучае устройство, тре6ующее связи' [ось|пает в м:шистр:1пь запрос на обслу;ш+в:}ние. Бсли интерфейс свободен и устройство попг{ает сигн!}п разре|шения на связь' то оно
вь:рабать;вает |1!!и направляет в интерфейс сигн!шь!' адресованнь|е тому
устройству, которое допжно принять эти д:шнь1е (:шли вьщать данньхе).
[1ри этом устан!шливается связь между исто}|ником и пРиемником информа}ц,|и и затем осуществляется передача даннь!х.
9стшдовление се!|нса связи между истот!ником1 и приемником и управлегп:е обменом даннь]ми осуществляется ко|{тРо]1пером. !{змерительная
информатщя в магистРапи в отли!ие от ради1тльного интерфейса поступает
от исто.{ника дан|!ь!х в приемник' минуя контРолпер. Б некоторь:х м:шистр!шьнь|х интерфейсах контроллеР вообще отсутствует' а функхци конт.
роллеРа распРеделе!!ь! между 6локами и прибораттс:.
8 магистрали также возмо)кнь| одновременнь|е за[|рось| на связь от
шух устройств ц бопее. |{оэтошсу необходимо задание пРиоритетов' в
соответствии с которь|ми контро]1пер соРт}|Рует требования на передачу
даннь!х и разре|пает связь устройству с наиболь1цим пРиоритетом.
к0нгр0',/,ар
Р:ас. 18.2.
иодним
Разновидности сгруктур схем интерфейса
из устРоиств-исто!!ников
ипи
приемников
сигнапов
может
осу-
ществпяться как по !4нп\\!|ату|ве контроплера' так и по ини1ц:1ативе устРойств (абонентов). 3 последном сл)д|ае одно из уотройств вь!Рабать|вает
сигнап 3апроса на обслулс:ава|{14е, а ко1{тРоллер :центифитщРует запР:!!||и_
ваемое устройство. 1(огда контроллеР готов к обмену даннь1ми'догически
подключаются це!1и съязу!, 14 начт|нается процесс обмена. 3ти цетпд оотаются
подключеннь|ми' пока не буАет пеРед:}на нужная поР|${я информатщи.
(онтроллер может пРоизвод}|ть обмен д1}ннь|ми только с од|им из
устройотв. Б слуае одновРеменного пост),|1пе|{ия запросов от двух и
более абонентов по системе пРиоРитетов буАет установлена связь с устройством, имеющим наивь:с:'ший пРиоритет. 11риоритет присваиваетсл
пРибоРам и блокам в зависимости от их типа' технических хаРактеРисту|к у| в[ркности поступ!|ющей информа:щи. Б интерфейсах с радишльной
структурой чаще всего пРиоРитет зависит от места подключения каФля,
соединяющего абонент (ФБ) с контролпером.
Радиа.г:ьное соедине|{ие функ:щональньтх блоков позволяет достаточ_
но просто и бь:стро осуществлять адресацию н пдентшфтакацию требуемого ФБ.
194
(истема и1цивиду:шьнь|х ||]ин Радиапьного интерфейса ялвляется,
как видно из сравнения, 6олее наде:пслой по сР!|внению с колпективной
системой ц]ин м:шистрали. (роме того' в ради:шьном интерфейсе бопее
просто уст€1н'вливается связь между устройствапти. Фд:тако м'шь|е затРа.
ть: на оборудованис (ка6ели, разъемь:) дела!от магистрапьнь1е структуРь[
инторфейса более предпочтительнь|ми при орг:}низа!п.{и связи в системе
с 6оль:.шим тислом устройств.
.{дя умень:'шения недостатков, присуцих радиапьному и магиотр1шь.
г1ому опособам оргатпазащ1и ||]ин интерфейса, часто применшот комбини.
рованную систему и}цивидуапьнь1х и коллективнь|х !|]и}!. 1акая оргагпа.
за]щя структурь| |||ин позволяет повь!сить бь:стродействие интерфейса
и уме1{ь1]|ить ш!ш{у кабепей связи.
[1о грин:щпу обмена информацией интерфейсь! подраздепяют на парапдельнь1е' поспедовательнь|е у| пара]\лельно-последовательнь]е' |1Ри
пар:шлельной передане тцтфровь:х даннь]х т{исленное значение ве]1и!инь]'
содержащее п 6птов, транслируют ло па пнформа||}1оннь|м л}!ниям. это
сообщетдде одновременно и попностью может бьтть введено в интерфейс,
а т:}к}(е воспринято пРиемником. }1нтерфейоньте уотройотва параллельного ввода_вь1вода информатцла по3воляют согласовать во времени процесс
обмена даннь|ми т!{ежду 3Бй и периферийньтг: устройствоп:.
195
{
Б
качестве примера пара.тш:ельйого интерфейса г'шакро38]т4 мохсто
щ)ивести интерфейс пРограммиРуемого устройства паР:шпепьного вводавь|вода информац:т: Разлит|ного формата кР 580вв 55. ]т1икросхема позволяет оо)дцествллть обмен 8_разряпнь:ми даннь1ми по тре]!1 кан!ша1!1.
Ёаправлешие обмена и Режим работьт д'[я ка:кд0го к{}н!|"па задается про-
граммно. 1(аналь: слухат д'|я переда!м д!шнь|х и управляюцих сигн{шов
[2.\'!
.
Фтметим
в
качестве гримера, что д'|я системь| маль|х
98й
исполь-
зуется интерфейс паР:шпепьно -радаальнь:й ( ин1Р) .
[1ри последовательно-параллельной передаче даннь|е состоят и3 символов' каждь:й из которь!х содеРжит ! 6ъттов. 1ранспя:щю д:1ннь|х произ_
водят посимволь}!о'
а
зате]у1 пРиемником поиз тп 6тцтоь, нео6ходамо Ё таких
последовательнь|х пось1лок' где * =тп|| (/ _ висло битов в ка)кцом
символь| воспринимаются
с]1едовательно. 1[тобьт передатъ спово
символе).
8
в тщфровом виде передаются
по ощ:ой информа:щонной шлине, а по дрщой _ тактовь1е сигнапь|' что
существе1|но сни)кает количество связей в периферийъхой частут систе1!1.
поспедовательном интерфейсе даннь]е
1актовь:е имгульсь| |1дут непРрь|вно; отсутствие в этот момент информа|щонного имщ/льса соответствует сигнапу 0, а налишае импульса _ сигналу 1. Адннь1е могут цРямо вводиться (иливь:водиться) в контро]тпер'
д'!я ч0го необход:дма разра6отка пРогРаммнь!х модулей пРиема и преоб_
разов:!ния форматов даннь|х с соответстврошей синхрониза|ц,[ей. Бля
ра|ц.1о1{:}пьной работьт мтлл<ро93[ при обмене даннь|ми в поспедовательном
коде в микРопРоцессоРнь1е ком]1пекть! входят спе]{].1{шьнь|е микРосхе1!1ь|
преобразователей форматов даннь!х. Б частности' в микропроцессорнь:й
ком|шект серии }(580 вход]1т микросхема универс11пьного синхронно-
асинхронного пргра!у1миРуемого приемопередаттика кР580 351. €хема
позволяет орг{}низовать дву!!аправлет:нь:й обмен даннь]ми между микро33й и периферийть:м устройством в разли1|нь|х режимах. !дя примера
ук:'кем на возможность использовахпдя 1{Р[€
{Фрмат последовательшьтх ипформа!{;{о!{!!ь]х сигналов пРиведен !{а
рис. 18.3. Ёаналу пеРеда1ш цифровой информа:щи в линию связи пРед.
1цествуот сигн:|'п ''старт'' (бит "0''). 3атем следует пось]лка битов слов
даннь|х от 5-го до 8-го разРядов. Ёа рис. 18.3 приведен формат 8-разряд_
А'А
1
'
1'.-!А':'!,*|А
ло\ !)'| л2|
л!л41л'',!у\' '\','
Р:тс. 18.3. Формат последовательности :*лформационнь|х сигналов
\96
ного кода.
!ля
проверки
правильности
переда!м
инфор.
_приемника
и передатчика и пр1випьно и1!терпрети'
|,1нтерфейс
последовательного типа пРименяется
ровать сигнапь| д:[ннь1х.
и при ]1еРедаче даннь!х с мш:ой
протялсенности
боль1цой
соед!,1нений
д'|я
скорость|о. €корость определяется число|}1 пеРедаваету1ь1х символов в
вить синхрониза1ию
с.кй,щу (1|7) лът6о тислом битовь:х пось|лок в секущу (1/т).
[1о рехс:му обмена информа:щей разлинают интерфейсь: с сим|1пекс'
нь[м' полуду]1пекснь1м' дуттпек снь|м и мупьти|1пекснь|м ре)кимами обмена.
8 оимгшексном ре)киме только один из пвух абонентов может и!пп||${'
ировать в любой моме!|т времени передач информац:ш: по интефейсу
(рис. 18.4, с).
шри попуду|1пексно]\1 ре)|Фме пюбой из двух абопег:тов мох(ет пачать
перодачу информа:щи другому' если линия связи интеРфейса при этом
оказь1вается свободтлой $:ис. 78,4, б)
[уя слуая
.
связи двух абонентов в дут1пексном Режиме каждьтй а6о'
!{ент может начать пеРедач
мент времени (рис. 184, в).
информатщи другому
в произвольнь:й мо'
3 слунае связи нескольких абонентов в мульт}1!1пексном режиме в
калсдьлй момент времени свя3ь мо)кет бь:ть осуществпена мещду парой
абонет*тов в любом, но в единстве}{ном напр{|влении от одного из абонен.
тов к дРгому (рис. 18.4, е).
|[о способу пеРеда1и информа:щи во времени разли!вют интерфей'
сь1 с синхроштой перепачей данньтх (с постоянной време:п*6й привязкой
в |ц!к]1е сбора информатщи) и с асипхрогтной (без постоя:шой вРеменн6й привязки).
|[ри синхро:+тдой пеРеддче даннь1х оинхронизирующие сиг}{!шь| 3адают
определеннь:й врменн6й интеРв(ш' в течение которого стить[вается }тнфор'
с одного датчика первиштой информа:щи. 3ремехтн6й интервш:
данном случае определяется наиболь:шой дл:ительностью задеРжки в
ма!*1я
в
системе поредати даннь|х и м!}ксим:шьнь!м вРеменем пробразован1{я из_
меренного оиг}|:}па в :цдфровой код.
Асинхрогптая поредача д1|ннь1х хар:1ктеризуется н:|.'1ичием управляю-
цц.1х сигн'шов:
|Ф1Ф3ность к оБ}1вну,
вь:рабатьлваемь1х датц|ком
а)
ма]+1и используется ощ{а из
двух пРоверок на пРиз}{ак:
четность
или нечетность. |!о-
сьшка завер|!]ается одним
двумя стоповь|ми
и]1и
6птат*л,
всегда имеюцц4ми значение
''1 ''.
3веде:пде сигнапов
стАРти€1Ф|!вкодовук)
пось1пку позволяет осущест-
Р:дс. 18.4. [1ередава
информа:щи по интерфейсу
:
4 _ симплексньтй режим; 6 _ полудуплексньтй рех<им; 6 _ дут1лекс|{ый режим;
? _ мультиплекснь|й
режит,|
191
исходной информац1д{, и нАчАло
тРоль оБмвнА,
оБмвнА,
конвц
оБмвнА,
кон_
вьлрабать:ваемь1х контроллером при с6оре информации.
||ри такой организа!ц,1и обмена :штоматически устапавливается ра|{]|он:!ль_
ное соотно!ценио ме2{(ду скоРость|о передачи д:1ннь|х и времене}{ задержки
сигнапов в канапах связи. €игнал контРоль оБмвнА является результатом ре1цения задачи обнарулсения сбоя в процессе переда1и и обеспецд-
п рцемнц
вает распо3навание сигн{ша помехи в кан:!пе передачи.
||ри синхро:ш:ой передане да1{нь1х по сравнению с асинхронной более
ффективно испопьзуется к:}н:ш. 11ри асинхротп:ой передаче достигается
асинхроннь|й и;тп сипхронньтй
ФБ-0о
пения приборов и т.д.
[ообщейия
,*ф'р*'ц''нного потока
дол)кнь| содержать все сведе_
хпая (за исключением априорно известнь!х и неизме}{яющихся в процессе
полу{ения информации), нео6ходимь1е д'|я оценки значения измеряемого
|ира|}1етра и определения инф оргиатщоннь|х характери стик.
198
Р0р'|цр!ющцс ко монаы
раа0пь!
а оаскос|пнь1с
|00'!с 0 п!
щ!ц{) о[ё |!црцллальнып цпп!]/7ёснь!!| !(шол
0 с ' пос'еаоао/па'ьнь/[' ц пара'ле'ь
о - л пс с |)л'ппА аъц ь: м плтрцл;:уллацдлц уа2ол
1 ц
'1цФр00ь1
р
'
0пноц!снцс к
цнФ0рмоц!]он-
нон! лотоку
Ф6
00''!Ф!а0сть
зо0онця оатсцлоа
рооотпФБ
0ц0 оценала,но-
с!щоео цнФор-
маццю 0 ан0чс-
паРамопра
1супро0ллепсыс / нс прсщлощас 0неш -
а'я
нцх котнан0
псР€аачцс0оащенц0)
!про0ля снь:о ( 0ь!ао ющца ооооцонця
тп0спстп0уюцах
0ос'е цо'цц
- енц я ооо
упро0'онце 0а-
менон 0оннь:па
коиана)
0аосц0ньта (
А
кпц0ньуе
(
Рорм|/Рцющцо 0цено/1ь!
эолр0оа санц)
\в
ъ!
\
8$
-\
нв Форь:цр!/юццс оцена-
ль! аопроса 0ая8ц)
ником самостоятельно, без посту|1пения вне1||них ком€}нд.
[}лассифика:щя свойств функциональньлх блоков, опредепяюших
основнь|е характеристики приборов (например' чувствительность' диа]1а_
зон измерения' время усреднения и др.) воздействуют }.а орг(}нь] управ'
прцнцмающце соооща!!!я
омоннь!м рФк!/'4ом ро0о/пь!
налоёооь|
А
источ_
пр:вила взаимодействия, обобщена на рис. 18.5.
}1нтерфейс может включать в себя адреснь1е лини|4, л1411у\и даннь!х'
лу1\{!1у| управления' синх}юниз:ц{ии, контропя и оповещения. (остав и копичество луштий определяют возмо}шь1е режимь| пеРедачи информации.
€ообщения, передаваемь!е по интерфейсу, мо)кно разделить ца две
основнь|е групт1ь| - свя3аннь1е с вь1попнениеп{ измере:пий (приборньте
фу:дстии) и необходимь1е для ос)дцествпения г1роцесса передачи даннь1х
(вьтполнения интерфейсгш:х функ:щй). 1( первой группе относятся информа1ц.1оннь|е и ком:|нднь]е сигнш1ьт, необход,:пть|е дпя функтщо:ш:ров!}ния
прибора к:1к измерительного устройства. йнформационнь|е сигналь| передаются по информациот*лой шине и испопьзуются д]1я представления чиспеннь|х зцачений. (оматцнь:е сигн:!пь1 настр(:ивают приборь: или бпоки
на вь|полнение определеннь!х опера:щй, задают режим работьт, изп{еняют
- ФБ'
Ф6 -о по0по'ннь!м рйш/'10'|
по запросу функционального бпока,
цри котором даннь1е вьцаются
!( ц
к о !!пр02, арь/ -р6,
пуч[пая помехоустой.п:вость. Б интерфейсах АА( применя1от в основ}!ом
асинхроннь1й метод пеРеда!и' обеспещдватощий возможность переда!и
даннь1х с п:обой скоРостью' а также простоту сог[Рякения приборов и
блоков с разнь|м бьтстродействием. 3а.:ктло и то' что в синхронном интерфейсе могщ ра6отать только устройства-приемники' спосо6нь]е принимать
даннь|е в любое время' задаваемое исто1!ником.
в иис и ее отдель}{ь!х подсистем.|х в зависимости от предъявпяемь1х
требова:пай могут так}ке прип4еняться следую|]д,1е режимь| обптена дан_
нь|ми между футтк:щональнь!ми блокашти (гост 22316_71):
асинхроннь]й талц синхро:птьтй по командам функтщонального блока,
спе!]!т!ши3ированного управпяющего функприним;}ющего даннь!е'
'4!|у!
1ц{он:}пьного блока (контроплера)
;
вь|д!||ощего даннь1е;
асинхРоннь!й уцпи синхрогш*ьтй,
сг0чнцкц -0Б, а ьт0оющце с00бщен ця
и
сл0о06нооть
устано0ланся
с0$ц
\
Ф
ь
$ь
\
0ьт0оющао 0онньу0 напосрв0сп0анно
пос'€ цсп04нснця коман0ьт
8ь/аоющц0 ааннь!е поо/,а цоп01нанц'
|10'!онаь! о ракоаро0онно0 аа0сраско б
{
!
о ццц6 сц00цвнцц цн{р0рь'оццонноео по-
поко 0а' цсполф00анц7 0опоанцтель -
,}
и
;
'|
{
0онных
слосоа псрс0ацц оценоло0
к0нтоо2л
Фь
*
*
*
&:осцпт 0ьт0ачц
Ётс. 18.5.
терфейса
[(лаосификация свойотв функционапы:ьгх блоков ин_
Рис' 18.6. Формат информационного слова:
сопроводите'ьная
0ообщеттия информа:1ионного потока допж}{ь| при необхош1мост'т
содержать также вспомогатель1{ь|е сведения; напРимер' сообщения о
кш:ибровош:ь|х сигн{шах и результатах теотового контроля функ:щонапьнь|х блоков, спе|ц,1(1пьць|е сообщения, применяемь|е ъ АА( д]|я спух<ебньдх целей. 6ообщетштя управляк)щего.потока доп)кнь| содер)кать все
сведе}|ия' определяюшие режимь[ работь: функциональнь:х блоков и
вь|цолнение ими требуемь|х опера|ий в заданной временн6й последовательности.
}правление работой :лттерфейса осуществляется адреснь|ми коман_
дами' кома}цами сопрях(ы{14я и общего упр{вления. Адресньте кома1ць|
пеРедаются по адресной шп:не.
!(ома.гщьт сопря)кения и общего управления интерфейсом организуют
связь межд/ устройствами, обптенивающимися информапщей, обеспен:вают
согласование раФтьт устройств в процессе обмена даннь!ми. 3то осушествпяется с помощью управляюцих и известительнь1х сигн:шов. ( управляю1]ц,1м сигн:шам относятся ст4г\|а!|ь| з:шРоса на обслутствание, кома1щь1 очистки интерфейса' приема и вьща!и даннь|х' вь:борки и др.
Б ответ на управляк)цд,{е сигн:шьл устройства:ьпа вь:рабать|ваются известитепьнь]е сигн:шь1 об установпенуп4 сьязут' готовности устройства к
приему или вь1даче даннь]х, о пР!4нят14|а даннь[х' о н:шитми от:лдбок в сш.:таг:тлой
информа:ии.
(омандьт могут передаваться по инфорштациотп:ой г:п:не. Б этом случае ввод1тся допопнительнь:й служе6ньтй сигн!ш идентттфика:щи. [{апри-
мер' н:ши1ше сигн(ша ъ лин14и идентификации интерпретируетсЁ как кома}ща' а отсутствие сигн:ша _ как д:|}{нь!е.
Б некоторь:х интерфейо;}х по информа:щотцлой '::п:не передается адрес. в этом случае т:|кже вводится дополнитепьная л!4н\4я идентгтфикац:ла
сигн{ша.
3на.пттепьно сократить количество луцний в интерфейсе позволяет
раздепение во времени функ:щонального назначения одних и тех же ц1ин
(мщьпагшексиров:!ние ::пан). Фднако при этом сни)кается скоРость пеРеддчи даннь|х' усло)|(няется п1юграмту1а переда1и' уве]ти1ивается количест_
во оборуАования в каскадах сопря)кения' размещаемь:х в приборах
14
блоках.
Б зависимости от количества п!4т+ий, по которь1м перед!}ются командь|' их разделяют на одно-и многопРоводнь1е' Фдтопроводнь1е командь]
сч _
васгь формата;
ич
_
информапцтонная часть
!
при пРохождении спова по измерительно!у!у тракту.
перефорштировь|ваться
-
Ёсе р'.дель| одного спова доп)с|ь: бь:ть расположень| нецосредствен'
друг за другом. 3се элементь| слова дол}шь[ пеРедаваться стар[||им
источника должна сос'
разрйом вперед. |1олная д]{ина слова на вь|ходе
|2, \6,20,24' 28'
4,8,
соответствовать
бпт
и
32
4
Рутд.у"
;;";й от до
32. Ёеиспользуемь|е разрядь1 спова должнь] Располагаться со стоРонь[
}{о
млад!|шх разрядов.
'
спова. .{дя переда.п: сигнап0в времени, несуп|1{х
Форм|т времетпп6го
необход}1мую
д]'я привязки значений пара]!1етров к опреде_
:ттфорйацию,
вРеменное слово'
испопьзуется
в1юмени'
моментам
_Б;
пеннь1м
-_
временн6м
'.,'''
д',*ен
бь:ть
код текущего времени в
из следуюцп{х стРуктуР :
секундь| и допи секунд в двои1|ном коде;
сек)дщь1 и доли секунд в двои1|но'десятичном
ош{ой
коде;
долисекунд'сек)дць1'десяткисек).нд'минуть|'десяткимищ/т'чась!'
десятки часов в двоично'десятичном коде'
Размерь:
и пРавила
переда1{и
вре*е;'"6г' слова соответствуют трбо-
в:|ниям формата информа:щонного спова'
Формат_ адресного слова. Б. адресное слово вход,!т усповньй
и
номер
(и:ти) точки простр:}нства' Размер адресного
любого функтцонального блока должен бь1ть
измеряемого параметра
спова на входе и
",йд'
требова:пая к РазмеРап4 и правипа пеРедат!и
не бопее 1'6 6ут. Фстальнь:е
адресного слова соответствуют требо'ватш:ям информатщонного слова.
Формат кома|ц|{ого стлова (>ис. 18.7). (ома}щное слово пеРдается
в приведетцлой последовательности. }(о.маттд:ое слово может оостоятъ из
нескопьких частитшь1х спов, каждое из которь1х мо)кет содеРжать ком'!н'
ш|' адресованнь|е' од}!ому из функтщонапьнь1х блоков, поспедовательно
слова'
Распопоженнь!х по ка}{:шу передат{и командного
только
Ёачштьнь1й адрес /6 вклюнается в состав кома1щного слова
поступают по отдельной лпниъ1, а многопровощ|ь1е пеРедаются одновРемен.
но по двум линиям и более.
|,1нформатщон}1ь|е и управляюцие сообщения могут бьтть классифиц}|ровань! по форматам,
Формат шнформа:|в:9нного слова фис. 18.6). Б информа:ддогштой части
]{\| слова содержится результат измеРния. Размер у!с{ слоьа определяется
видом измеряемого парам0тра и требуемой то1|ностью измерения.
3 сопроводительной части €4 слова могут содер)каться сигт1!шь1 состоя!1у!я' адреса' диапазона измеРения' иденпафикатоРа вида информалщи.
часть слова мо)кет последователь|{о нарапц{ваться или
€опроводительная
2оо
Рис. 18.7. Формат комапдного слова:
А - ац;ес командь1; /( - команда; Р _ расп:щитель
команд; -49 * на{апы{ьтй адрес; 2,. - поп*ая дли_
на слова
2о\
пРи
магистр:шьнои
стр}п(туре канапа пеРеда|и кома}цнь!х
спов.
[олная у7хпна [* кома]{дного слова на входе упРавляемого фугп<:ио_
нального блока должша сост:влять не более 16 6ит и вь:6ирают ее из зна_
тетп:й ряда: 4,8, 12, 16.
}&терфейснь[е коматщь1 могут 6ьпть унт.:зерс:шьнь1ми и адресов :|ннь|ми.
}:*тверсшльнь!е комшць[ воспринимак)тся всеми устройстватши' связаннь|ми о :т*тефейсом, у| заставляют кащдьпй прибор и блок' спооо6ньтй
вь[пол1{ять опера1р|ю' осуществить ее. Адресов:|ннь1е кома1ць| воспРи_
ни!у1:}ются только те::ст: прибора!!{и' с которь]ми бьшпа орга:п:зов:}на связь.
3о многих с]1}л!ая( интерфейс содерхит также []|инь| |1ит:|ния функ]щонапьнь|х блоков |\ л|]1{пп сигн{}]тизации о состоянии исго1!ника |1ит:|}|ия.
(анал пердат!и д:шнь1х }{|1€ может т!!кже иметь ]1инию д/|я переда|{и
!}н1поговь!х сигн:шов, тп1Раметрь1
появле:*т:я) под]|ежат из]!1ереник).
которь]х (амтшицАа, форма, вРемя
в обеспечегпти информаи конструктивной
совместимооти между функ_
'[2.4з|
Фсновгьте фукктцш.: интерфейса заклютвются
!Р1он:шьнь]ми эпементами системь1
.
|1нформацшонн!1я совместц!|,'ость _ это согласованность взаимодействий функтщон[шьнь|х элементов системь| в соответствии с совоку||ностью
логических условий ' .[|огические услоъ!4я опРедепяют :
структуру и состав унифи:щров!|нного набора глпан;
набор процедуР по Реа1|у|за|*114 взаимодействия и поспедовательности
их вь!попнени я рля. Разл14ч11ь1х режимов функ:цтотпаРов:}ния;
способ коА]дРовагпдя и формать| даннь]х' команд, адресной информац:па
и информа:ци состояния;
временн*е соотно|шения между упР1!вляющими сигн:шами' ограниче$14яна их формуи взаимодействие.
]1огические услоъця информатщогптой совместимосп.| опРеделяют
фщктщональную и стРуктурную организа1д,{ю интерфейса и щля боль::плн_
ства интерфейсов стшлдаРтизиРуются. }словия информа:щотптой совмесп{мости опредепяют объем и сложность схемотехнического оборудования
и программного о6еспечеРп|я' а т1!кже основнь|е технико-экономические
показатели (протускную сцособность и нщежность :т:терфейса) .
3лекщшнеская совместцмос7ъ
_
это согласованность статических
и
ш{намических параметров пеРед:шаемь]х электрических сигн!шов в системе
|||ин' с учетом используемой погики и нагрузо(шой способнос1и эпеме1{тов.
}словия элсктрической совместимости опРделяют
1ип пРиемопереда|ощих элементов ;
соотно|цение между логическим и электРическим состояяцям\4 сигна_
лов и предель| их изме}{ения;
:
коэффициенть: нагрузонной способности приемопередаюцц{х эле.
ментов;
схему соглаоовани я
2о2
л!4\{\4!4;
л!4ниу|
и порядок подкпючениялпнпй к разъемам;
требования к исто1{никам и цепям электрического |1итания;
трбования к помехоустойчдвости и заземленик).
}сповия копструктивной совместимости определяют :
элементов (разъем' шлтекер) ;
интерфейса по контактам соединительнь1х
сигн:шов
распределение
п.1пь! соед}|нительнь|х
эле|}1ентов;
типр1 конструк]щи !1пать|,
каркаса' стойки;
*о"с'рук,ий кабельного со&инения.
8ьптюлнение информационнь!х электРических и конструктивнь|х уопо'
вий интерфейса необходлдмо' но не достато1|но д.г]я взаиту1ного сопря)кения
устройств и обштена д:|ннь!ми между гшдттшл. 9ти устройства дол)<нь1 вь1полнять в определенной последовательности опера|ц'1и, связаннь|е с обме'
ношт :ттформа:{*:й: распознавать адрес соо6щения' подключаться к лу|1{у!ям
интерфейса, перед1}вать сообщегшле в интерфейс' принимать его из и1ттеР_
фейса и др.
$ 18.2. 14нтщфейснь:е функции
:ттонной, эпектРческой
допускаемую ш|ину
1,1нтерфейонь:е функтщи отличаются от приборньлх' связаннь]х непо_
средственно с пРоведением измерену!я' т, е, с преобразованием даннь]х'
их накоппением' первичной обра6откой, представпепием и др.
1,1нтерфейснь:е функтцшт обеопещдватот совместимость друг с другом
различнь|х при6оров, не огр{|ни11ивая работоспособность дРугих приборов
в системе. Функтщи, котоРь!е устройства вь!попняют чаще всего' назь|ва!от'
ся основнь|ми. ( гптм относятся:
вь|дача и прием информшд:ла (вьтшолняются исто!!никами и приемникат'па
тштф ормалдлша)
1
упр:впение переданей даннь|х (функпия контролпера)
;
согласов!|ние истоц!ика :тлформа:щи'(вь:попняется устройством-
источником ипи ко!|тро]1лером)
;
согласов:}ние приемника *птформатии (вьтполняется устройством'
щиемником ипи контроллером) '
Функтщи контРоллера мохет вь]полнять ке только одно' но инесколь'
ко устройств в системе.
Фсновньте функтии интерфёйса, которь|е необходттгто Ре:шизовать
дгля обеспече:пля :ттформатцлогптой совместимости' опРеделяются функ'
:Р:ональной организа]ц.1ей интерфейса. Ёа канал управле|{'1я возложень[
фулк:цди селек1ц.1и информатщонного к!1н:ша, синхронизатцди обмена информа:щей, координа1щи вз;имодейству1я, а на информа:ртон:ьпй' кана'1
возп:|гаются фухпс:щи 6уферного хр:}нения :а*форма:ии, преобразовш:ия
формь: представления информатщи и др.
€елек:щя, пли ар6итра>к, инфорппа:'щон1{ого канала о6еспещдвает од1|о'
зна[шость вь1полнения процессов взаимодействия сопрягаемь|х элеме|!тов
системь|.
Анш:из возможнь|х вариантов роы|у:эт:ц1\4 способов селек|ии уот'
ройств на информа:.цдонной п{:|1истР:ши позволяет вьщелить слещ/юц!ие
опера][|и сепек1ц{!{: ини!ц{111юв1!ние запроса' вь!деление приоРитетного
запРооа' идент*тфика:щя запроса.
2о3
11*ттщированиё запРоса вклю!]ает в себя процедурь| вьщатм' храневосщ)иятия запРоса на орг:|пизацию процесса взаимодействия. €иг_
на]ь[ запРоса могут хр:|ниться в регистре управляющего блока (радцаль|{141. 11
н1!.я
стРуктура ||!инь1 запроса)
шлу\ \\а
отдельнь1х триггеР:1х каждого интер-
запроса).
фейсного бпока (магистральная стРуктура [||инь|
Функция вьщеления пРиоРитетного защоса осуществляется н4 осшове
аъ|а|п1за оигн{шов занятости информа:щонного канапа, Раз1ю|пения пРиоРитеп{ого прерь|в€|ния' защоса исто!|ника сообщегпдя 14 зав!4с!^т Фт числа
уровнейприоритета.
]
]
|4дентифика1р|я запРоса зак.]1ю1иется в определенп]4 адРеса приоритетпого исто!шика запРоса. 8 мшцтдтньлх :плтерфейсах получаемая пРи
запРосе адресная тштформа:щя !{азь|ваетоя вектором пРерь|ва}{ия. [оследгп:й обозначает нач:шьнь:й адрес программь| обслутстваггия прерь|в:}ния
от д:1нного уотройства.
Функтщя синхрониза|Р1и определяет вРменное согласов{1ние процес_
сов взаимодействия между функ:ионштьнь|ми
устройстватъшл системь].
Функ:щя координа1щи опРедепяет совоку|1ность процедуР по организации и контролю процессов взаимодействия устройств системьл. Фсновнь||}1и опера|ц.|ями координации являются настройка на взаимодействие' контроль взаимодействия, пеРедача функции управления (на-
стройки).
3 момент
о6рашения од1{ого устройства к вь1зь1ваемому поспедц{ее
может н:ш(одиться в состоянии взаимодейству|я цл\4 в нерабопем состоя_
ш!и. поэтому процеось1 взаимодействия элеме!]тов системь1 могут иметь
два шовня конфликтнь:х ситуатщй пРи доступе: к информа|$,1оннощ.
канш1у тпптерфейса и к устройству системь:. 1акишт образом, операция
настройки вкпют|ает процедурь1 опроса у1 а!|а!\'4з^ состояпия вь|зьвае_
мого устройства, а такхе пеРедати комшц и приема информа:щи оос_
тояния. ||оследовательность опера:щй настройки может бьтть разлиштой
зав!1с||т от оложности :шгоРитмов работь: функгщональньпх устройств
'|
системь|. 8 больлш:дтстве случаев
настройки допопняются пРо_
граммнь|м способом посредством 'шгоритмь1
передат!и кодов кома1щ и состояний по
:тлформационной ц::дте.
Фпера:щи контроля н1шр:}влень| на обеспечение надежности функ:щонир0вания интерфейса и достовеРности пеРедаваемь]х даннь]х. 8 процессах асинхРонного взаимодействия возможно возникновение так назь|вае}1ь]х ту[1иковь|х ситуаций, приводяшщх к искажениям кодовьтх ком6ина:щй передаваемь|х даннь|х. [1оэтому в опера|ц{и контроля входят разре1шение тупиковь1х ситуатцй асинхронного пРоцесса взаимодейств|тя у!
повь|||]ение достовер|1ооти пеРедаваемь|х даннь1х. (онтроль ту11иковь!х
сптуатрй взаимодействия основь|вается на измере:п.:и фиксированного
интеРв:1па времени' в течение которого должно поступать о}кидаемое асин_
хронное собьттие. Ёслп за контролируемьтй интерв:ш времени собьттие
не поступает, то фиксиРуется неисправность. Фпера:щя контРолд тут1иковь!х ситуац!1й пол ушлла название''тайм-аут''.
|(онтроль передаваемь!х даннь1х основь]вается на испопьзовании кодов'
2о4
пост'роенньтх на известнь1х пр!{н|ц1пах избьтточного кодирования инфор'
ма'ц{}{ (цикливеские кодь1' код [еминга' ко}|тропь кодов на четность
и др.)|
в
ях повь11|]ения надежности управления и эффективности исполь'
составнь1х элементов сшстемь1 необходима передача функции
да[и
турои
|ц{и между функ:цона.гльнь1ми устройствами. 3та опеРа|{|'1я пеРе'
характерна для интерфейсов с децентр1шизовакной струк'
ь||||екие наде)кшости досп{гается резервированием упРавления
|1итания ип}1 отказе интерфейсного модупя' вь1полняю'
щего фщктщи упРавпения интерфейсом).
(при
11оф:ш:екие эффективности испопьзования оборуАования оистемь|
достигаётся исключением дублирования дорогостояцц.1х устройств пугем
доступа]к ним с разделением вРемени двух и более контролперов и 38й.
|4нфррма:щоннь:й канап интерфейса пРдназначе[{ д'1я
функ:ши обмена и прео6разования информации.
ре:|пиза|]и1{
Фсновнь:ми пРоцедуРами функт:дтт обмена является прием и вь|дача
иттформр:щи (паннь:х, состояния' кома|щ' алресов) Регистрами состав"
гъ:х уотройств системь|. Фсновньле пРоцедуРь1 функции преобразования
следующие: преобразование последовательного кода
и наоборот;
пеРекодирование
информа:ци;
де:шифра]р1я
в
паршлпельньтй
кома|{д!
адр€сов;
погические действия над содеРжимь1м регистра состояния.
$ 18.з. [!ри6орнь:в интерфейсь:
[1роектироваътуте АА| вь1полняется на основе ту1одупьного пРи[{1ц!па
построен!{я' 1гто привепо к необходимости разработки правил, регл:1{\'1ен'
к совместимости эп1х блоков. .]1аннь:й
прй:ип впеРвь|е бь:л применен в области ядеРно_хим1г!еских измерений,
где требуется сложная аппаРат)Фа с вьтсокой степенью автоматиза]дии и
!1кп{внь|м иополь3ованием 38й для ко!|тРопя' уцРавл€ния, сбора и пеР'
вищтой обработкг: даннь|х. [1оэтош:у именно в этой области впеРвь1е пРоп{рующих основ|{ь]е требоватп:я
ведена стандаРтиза1ц{я на пРавипа сопРяжения блоков.
в сшА для модулей (блоков) ядерной электроники с
нь[|}1и схем{1]!1п
йо0ш1е).
к
8 нем
в
1966
г.
тР1!нзистоР_
бьшт пРинят ста}щарт }'{|}1 (}'{шс!еаг |пз[гцгпеп1
уста|{овлень| механические
блокам. }тот стандарт впоспедствии
и
электрические трбования
попуч{,]п распРостР:|нение
в
стр:|н:ш(
3ападной Бвропь:. 9казаннь:й ста|{дарт позволил осуществить обмен дан'
нь|ми модупьнь|х блоков с 98й. (лодует отметить' что такие понятия'
как к:ш{ш передачи даннь|х и интерфейс' процесс обр:она
даннь[!у1и
бь:ли перенесень1 из вь1чиспительной в измерительную технику.
и [Р.,
Реализация пРин1ц{пов пРогРаммного упРавления ра6отой |1!1( прп'
вела к.Развит}1ю приборньпх систем; разработки интерфейсов д]1я них
появи]тись на рубеже 60 _ 70-х годов. [1риборнь:е интерфейсь: служат
Раз]|и1|нь|х ком]ш1ексов из стандарт!!ь|х измеРительнь[х
приборов, устройств ввода-вь1вода и упР:вляюшщх уотройств.
д'|я компо[{овки
2о5
!|1цно цпро0'снця
гом (в произвольном поРядке) и о эвм. .[пя этого в каждом п
имеются два разъеп4а' соед}1неннь|е между собой одноименнь1ми
ташти' (аждьтй прибор содержит спе1ц{а"льное устройство
меРительного оборудовштия с интерфейсом.
||остроение интерфейса осуществляется
ку|з.
по м!шистр[шьному
я(4
!!|инам: алресной (4 л*тлип)' измерительной (5 лит*тй),
тт*лк*ттт), а также по !1|инам синхронизации' диагностик"
да!и
А.т|
кома|ц
^у!!дщ
пе|ити
(все по
дд9ъ.|1
!|ц одной
9дп9к
)\п\уш1'.
лпн*тпт). €91а1|].|'аРтнь|и
та:цартньтй
\б99
''"р"'щ!
' '"р'кабель с]
каоель
срдержит
|1]есть соединительнь]х ппнпй' |(аждому прибору (измерительному{
блоку)
пРисв1}ивается свой адрес, представпенньтй нетьтрьм я
Разрядам11 д8оищ{ого
кода. [1ередача даннь|х производ.1тся в параплельно-последователЁном виде (в двоиштом коде). 1]од действием управляющих сигналов вБ:хоштая
:лтформатщя последоватепьно передается. с декад |{а лц]{{1414 интерфейса
(измерительную ::пану). ||о этим же ]1иниям передается кодированн{}я
информа:щя'
и АР.
а также
полярность измеряемь|х величин' ре>ло:й работь:
<}:армой ''51егпеп$'' разработана система сопряхе:птй Ре3агпа1
1егп. 3десь имеет м1есто кольцевая схема соединения приборов,
_
5уз-
а
про.
рижение информацттт осуществляется в од}|ом напР{влении (кацд1хй
прибор принимает посцпающую информа:щю и вьтводит ее дштее). €оедтд_
не:*те приборов производ||тся, с по1|1ощью ст:шдаРтного кабеля, содеРжащего две шлш*ьт (12 пиний). |!о одной шл:пле (4 гштнии) перед:|ются даннь[е
и код кома}ц' а по другой (8 линий) _ адрес. 8осьмиразряАнь1е двоичнокодр1рованнь|е адРеснь[е сообщения позволяют [|аправлять д!шнь|е к 256
абонентам.
<}ирмой''}{еш1е11_Рас]<аг6'' (сшА) так)ке
разработан интерфейс для
программно-упр,впяемой переда'пл даннь1х в системе' образованной из
измеритепьньтх приборов, устройств ввода-вь|вода и управления. 3 €Р
с 1981 г. на ''|!риборньтй и:шерфейс'' введен гост 26.003_80.
|1нтерфейс [етц1е11-Рас]<аг6 (ЁР-1Б) бьшл разработ:|н
меном тплфровь:ми
для АА( с
нь|х измеРительнь|х приФров, периферийного оборуповатпля
|2.з51
об-
да[{нь1ми. }1нтерфейс обеспетддвает объединехпте различ_
и
эвм
.
йагистрш:ь приборного :тлтерфейса с подключеннь1ми к ней приборами пРиведена на рис. 18'8. йагистраль взаимосвязи системь| состоит
из 16 сигншльнь:х литтий' сгруппиРованнь|х по функцион:шьному признаку
в три |!|инь!; информа:щонную' передаша (идектификалци и синхрониза_
тцди), общего упр:}вленшя интерфейсом.
этим линиям подсоединяются
приборь:, которь1е по отно|цению к магистР|ши равноправнь!. 3 кащдьтй
(
момент времени прибор может вь|полнять функ:ии истот!ника (пФ ц
приемника (,/7ф информа:пди либо контроллеРа или бь:ть в резерве. |{онтроплеР управления потоком пштформа:щи в магистрали уст!|н1шливает'
206
Рис
;. 1
]1|1 1-
1-
8.
8. 1\{агпсщаль щ иборного интерфейоа
прибор-тасточник' !11
-
:
прибор'приемник
какой иБ приборов должен бьтть истоцтиком пось|пки информа]ц{и по
*'".'рф", а кайои _ приемником этой информац:ш:. 1,1нтерфейснь:е функ6ь:ть произвольно распРедепень1 между приборалтша, входя'
,ц,'
'о4у,
а так)|(е совмещень| в конкретнь|х приборах. 3десь соедц"
в
оистему,
щими
нительпая м!шистр:шь (:ш:тта) является попностью п:}ссивной' т' е' во€
сип{аль| вьтрабать:ваются в приборах. €очетание активнь1х цепей прибо'
ров и ]цинь| составляет собственно интерфейс.
8ся инфоргталщя и кома1щь! (в том т!исле адреснью) поредаются по
информа:щонной ::лп:ь: )1о (оАтА |шРшт оштРшт).
1!ередана ооуществляется по 1||ине в оба направле|{у!я, ао\4нхронно' паРшт'
восьми
пельно
,"йй*
в двои1шом
коде
по восемь
разРядов
и последовательно
по байам.
переноса испопьзуется р]1я упр:1вления поредачей каждого бай.
та сообщения по трм линиям: )Ау (оАтА уА!|р) - информатщя досто'
!йна
верна; шквр (шот квАоу гок оАтА) - неготовность к пРиету'у ин'
_ информация не принята'
форма:щи; шпАс (шот оАтА АссвРтво)
?аким образом, о[1иса1{ная вь11це ||1ина предназначена д]|я €Ф|лд€ФБ!'
ния готовности |!сточника ипи ко}!троллеРа к передаче информатщи с
готовкостью приемника.
[!ина о6щ!го управпения и[{терфейсом (пять сигнальнь!х линий) испопьзуется контРоллером. (онтроплер пось1пает командь| в магистр;шь'
они воспРинима|отся источником и приомником.
]|иния А1}.{ (Аттвшт|ош)
_
внимАн|'18 указьхвает' как следует
)|8, как интерфейсную
интеРпротиРовать даннь[е' поступ:!|оцР|е по ш.тине
кома}щу или как содержательное сообщение.
с!вАк) _ очистить интвРФРй€ указь:'
вает на установку узпов приборов в исходное состояние.
[|уунпя $ко (5вку|сь кво0в5т) _ зАгРос нА оБслуживАнив'
$пйпя |Рс ([штвкРвсв
2о1
вь1Рабать1вается исто!шиком ипи прием}{иком и указь|вает на
мость организа1ц{и с ним связи для обмена инфоРма|ц.1ей.
[!л*луу'я
квш (квмотв вшАв!в) _ РАзРвшвно дистАнцио
у|РАвлвни8 (вгтесто упР:шления от внутренних узлов устройства)
[\пния вот (вшо ок |}вшт|ву) _ конвц илиидпнтиФи
вь:рабать:вается
исто1шиком'
чтобьт
отметить
конец
я,
сооб-
многобай
щения.
||ринцип ра6оть: приборного :л*терфейса следуюшщй. [1ри
:лтформа:щи
от исто1|ника
к прие|!1}|ику
работа
обоих
приборов
руется. сигн:1лами по пиниям |цинь| синхронизации. ||ри этом
шл информащи состоит из шетьтрех фаз:
истот|ник вь|ставляет информа:щогштьтй байт;
исто![ник вь1ставпяет сигналь| на |||ине синхРониза|ии;
приемник принимает информатщю ;
приемник подготавпивается к приему нового байта
(онтроллер осуществляет адРеса1ию при6оров, используя
восьми лпт*тй д:п:нь: )!Ф (свободна лу!у{у!я стар1шего разряда о|!в). 1]оэтому -в качестве контроппера используется устройство, работфщее в
семиразрядном коде А5с||. [1ри нали,пл\4
тшинь:, воспринимаётся
ров не более 15, максимапьная допусти!у1ая
!л|4||а кабеля
связи
_
20 м,
максим(1пьная скорость пеРедат!и по м:}гистр:!пи _ |\с|байт|с.
.[!огические уровни сигнапов вь:браньп из расчета применения интег_
ральнь!х схем ?1.|1 (вьгсокий уровень _ не мен9о 2,4 3' т*тзкпй - не более
0,8 в). Ёагрузкой каясдой сигнальной лу!нъ|п является внутРеннее сопротивление ка}(дого прибора не более 3 кФшт, подклк)ченное к |||ине + 5 в,
и резистор 6,2 кФпт, подключенньлй к :дине ''зем']я'' схемь1. (одтрование
:ттформации' как спедует из конструкции матистРали' ведется по байтам'
€хемь:
итттерфейса програмр1но-управляемь|х
ся в двух ваРиантах:
приборов
вь[попняют_
в в!це схем' 1ю:}лизованнь|х и конструктивно оформленнь!х внугри
прибора к!!к его составная часть' с установкой стандартного'разъема на
задней панели прибора; этот вариант шрименяется преимущественно в
новь|х приборах, вь|пускаемь|х по стандарту й3(;
в виде отде]ъно вь1!1олненнь|х интерфейснь1х мод)пей, подклюиаемь|х
к серийно вь|пускаемь!м !4лп находящимся в о6рашении !|ифРовьл1!1 приборам и устройствам; эти модупи по существу явп$7отся адаптерами'
т. е. пеРеходнь1ми устройствами между вь!ходом прибора и ст'шдаРтнь|п,1
входом в |!1:шистР:тпь приборного интефейса.
[1ример |,1€ с обработкой даннь:х и ото6рал<ением результатов на дис-
графопостроптеле, вь|попненной на основе использов€шия приборного интерфейса, приведен на рис. 18.9.
[1риборнь:й интерфейс ц|ироко применяется как в отечественной
208
!'
Рлс. 18.9. €щуктура
как
кома1ца; в противно!у1 с]|)д!ае - сообщение интерпретпруется как содержательное (не интерфейсное).
[1риборнь:й интерфейо имеет следуюцие огР€]ничения: ч{слФ пРибо-
и
*г
с|1г!1а]|а |1а пцну{и А1}.{,сообще-
ние' поступающее на прибор с интерфейсной
тшее
м0?цстр01ь прц00рн0е0 цнтсрФеа с0
переда-
фейса:
йп _
|'1€
о магисгралью приборного интер-
измерительгть:й прибор; |1Р[
-
лнтерфейсньтй п4оду'ъ
и зарубехньтми фирмат'ш,т при построенутух АА|
д][я :втоматиза1ц|и эксперимента' Аз иту1еюц{ихся непрограммируемь1х
!риборов' не подготовпеннь1х ш1я совместпой работьт, приборньтй интер'
относительно неслож'
61йс позволяет создавать }1€_ путем испопьзования
в качеотве
тшикро38й
и
|1пат
интерфейснь|х
сопряжения
йх
пРомь1111пенности' т€}к
устройств
контроллера системь1.
$ 1в.4.14нтщфейс
кАмАк
(истема кАмАк
разработана дл|я ядеРно-физинеских исс]|едов?ший.
8последствиионаиспопьзов:шасьт:}к)кеш1я:|втоматцза!+\|1лаборатор.
нь!х и производстве}{нь[х измерений во многих областях науки и техники.
пРедставляет собой целую систему модулей' объединен}|ь1х
интерфейсом и ед{нь|ми конструктивнь|ми параметрами' пРед'
кдйдк
единь1!у1
назначенную }|я сбора, нако11ления' пРеобразовау!пя у| обработки измеРи_
с 381у1
тельнь1х и упРавляюш|их сигн:шов в [й€, работаюшей ''на л14н||у\''
масхцтабе врсмени с допустимь[]!1и задеРх(ками порядка мик'
! р"*,'''#
росеку|{дь|.
' Фсновнь:ми
особенностями оистемь1
кАмАк
согласно
гост
26.201*80
являются:
модупьнь:й пРин]ц{ц пострения' обеспеч::в а:ощий возмо}с|ость созда_
ния агрегатнь1х ком]1пекоов ;
конструктивная однородность системь|' доотигаемая пугем угпафика'
209
|+{и
несущих конструк|р|й, включая крейт для размеще|{ия
6локов;
!
'{ь|х магистр:}пьная
структуРа информа1'ионнь[х связ€й !"1ежду Ф
н!шьнь|ми блоками, достигаемая за счет использования м:||]|инно
симой магистр:|пи крйта;
|'1ирокое пРи[91енение прин1Р1пов программн1{ого упр:шпения'
(шв,!ющи)( гибкость
ре|шизуеп{ь|х системой апгоритмов |2.411 .
Рассмотрим нообходамость использования системь1 кАмАк
дующем пример, [1рАполож:лта' что в ходе некоторого
процесса пРои3о!шло собь:шае' которое породипо боль:'пой о6ъем инфор.
ма|ц{и и зту :штформа|щю необход:дмо принять и сохр:}нить в пам
эвм
д'|я последующего
использов:|}{ия. [1усть пиния'
посту]1пение информа:щи' подсоединена к к!|н!1пу
по которой
38й. |1оя
.
со6ь:-
вь|полнение текущей прграммь|, за|ти:дот необходамь:е данпь[е в стековую память и перек]|ючится на Рботу с опера|д{онной системой. Фпера|ц'1о1|ная система пРогра!у1мирует сигн:}л пРерь|вания' готовит к:!нап
для
работь: с вьтбра:птой зоной озу и передает упр!твление кан!шу д'|я занесе_
иия поступающей по пинии :лтформагци в -Ф3} 391т4. Ёа все эти этапь1
организа1ц{и персь1пки д:шнь|х будет затрачено 20 * 60 мкс времени'
за 'котоРое физинеский бь:стропртекак1цщй процесс уже з:1кон1штся'
поток инф орма|+{и прекратится.
€ледовательно' д}1я сохРанения информа:цш,: напряттт!,1вается необ_
ходп{мость уст'|новки' прмежуго|!ной систерть| т}1ежду измерительнь1м
устройством и 38й, более бьтстро реагирующей на сигналь1 запроса при:
ема.переда|{и информа:щи, споообной принять информа:щ:о' перекощ,!_
Ровать ео в форму, пРиемлемую дл|я кан!1ла 98й, и переслать в 3Бй. |4мен.
но такой прин1ц1п бь:л положен в основу (АйА(а.
8 (А1!1А(е ст|пндартизова}{ь! механические констРуктивньте паРаметрь!. электРи|!€скис сигнапь|, логика связи и пит!шие. |!опьзователям п|юдост:1влена возможность самим Аорабатьлвать и рас[]|ирять систему паодутей.
. Фсновной элемент кАмАк
олок (*'оп!ль)
_
фун*'иональйь:й
завер!шенность и вь]полняющее
устройство, имеющее констРуктивную
одну и'1и несколько функ:цаа преобразования' нако11'!етп+я, обработки
штформалщи ипи пРдставпения да1{нь|х.
в сссР разработано, опубликов!}но и вь|гускается серийно
более
200 папов модулей. [1риведем н:|именования и функ:ци некоторь:х из
них:
коммутирван||е у! преобразовапие в тцифровую форму аналоговь]х
с.{{1шоР: _поступающих от дат![иков [мультигшексоР
модули "151 уц
_
А1ш _ 712 (7Ф1А)) ;
пробразование :щфрового сигн!1па' 3адаваемого 38й,
напряжение (модуль 21]А||10)
в
аналоговое
;
прием от вне|||них устройств к'одоэь|х комбина:цдй и пер9дача их
в вь]числительнь:й ком!шекс (модуль 305);
передача во вне1||ние устро*ётва койовьтх комбинагщй' посц/п!1ющих
от вь!!ислительного ком|1пекса (модуль 350);
210
'ррганиза:щя пррьлваний программь| 38}у1 по запРосам от вне|шних
устр\йств (модули 303 и Ф(74);
п0дсчет тисла импульсов' поступающ}|х от вне|цних устройств (мо-
ду,, ф:);
вфана синхрониз}|рующих импульсов д'|я вне]л|них устройств (мо'
пупь 7$0с);
дв}направленн1}я пеРедача даннь|х т}1е}(ду м:шистр(т']ями
(АйА(
(мо'
дуль 5(0А);
вифальная индр1ка1ц{я сигн1шов в магиотр!}ли крейта (мопуль 081);
вьп{ана оператором кодовь1х комбинаций и констант в прогРамму
эвм (чодуль233);
сопряжение м{гистР1ши крейта
ро'|,|ер крейта).
кАмАк с
общей тшиной
38й
(ко:тт'
1ехнические характеристики некоторь:х фуп<:щоц:1льнь1х модупей
кАмАк
приведень| [п.0ке; Релейнь:й мульт:|ш|ексор типа 75| пРедгтазна'
чен д]1я пеРда1!и аналогового сигн:ша с вь:бранпого входа на обшщй вь:.
ход. йупьти|1пексоР имеет: число канапов
_
32, максимальнь:й урове:ъ
коммуп,|руемь|х сигнапов 10 8, частоту переключения не менее 50перекл/с.
интегриру!ощий длш:ого-:щфровой преобразоватоль типа 701А прод'
назначен дл|я измеРения сигналов в |цироко1!1 д{апазоне измеРяемь1х на'
пряжений гутем преобразования входного сигнапа напРяжения в
'|ифРо_
50
м8,
вой сигнал. А[[1 имеет: предель| преобразуемого напря)ке1*1я'
1 100 м8, * 500 м0, + 1 в, + 5 в, * 10 8; разре1||аю!цую способность 20ф
уровней (11 разряпов информа:щоннь]х и \2-1т разРяд знаковь:й); интог'
рапьную нел:.:ггейность не более 1 0,05 %; штптелъность прео6разован[{я
40 мс; предел догускаемого значония приведенной погре1цности в диа'
пазонс вхош!ь1х напряхений от 0,2 до 10 3 не 6олее 0,5 %'
йодуль 2 цАп 10 прдлазначен для преобразования тщфровь:х 1(ФАФБ:
в напРя)кение. )(арактериопт'
поступак)щих с м:!гистрапи крйта кАмАк,
ки ]]А|! спедуюш{ие: м!|ксим[шьнь:й вьтход:той сигнал 0 _ 5 в, разр|шаю'
щая опособность 5 м8, сопротивление нагрузки 2 кФм, максимапьно€
время преобразова:п:я 10 мкс.
3хошлой регистр типа 305 предназ!{ачен д]|я пар1!^]1пельного пРиом8
информац:*т с вне[}]нш( устройств и их чтения на 11|инь| м1шистрапи кАмАк.
8ходной регистр 305 имеет следующие характеристики: частота непРеРь|в.
ного ввода информац:ш: в регистР _ 4 й|ц, количество регистРов в моду'
ле - 2, количество разрядов ретпетра _ 24.
8ьпходной регистр ш.тпа 350 предц|азначен д'1я пар:1]1пепьной поРесы]|ки информа:,ппл с м:гистр!ши на вне|цние устройства; параметРь1: [п{спо
с]1ов _ 2,шхсло р!врядов слова данньлх _ 24.
йодуль Ргистра з:}просов Фк 74 предназначен для паРшш1опьного
црие1!1а сигн.шов запроса об обмене информатщей от вне:шнего устрйствв
!
(о6ъекта) и их пось[лки на м:}гистр{}пь крейта кАмАк. [арактеристнки
модуля Ф|04: ко]1ичество сигн'шов запроса _ 16, копичество Разрядов
_ 16' т"тл'
регистра з:}просов _ 16, количество разрядов Регистра маскп
_
мкс.
1
нимапь1{ая длительность сигн;|.па
2!!
/'
,[воиштьхй счетчик типа 401 пР€дназначен для счета имгупьсов: фоло
счет!иков в модще - 4, ш.:сло Разрядов кащдого счет1ика _ 16, максцмальная рабоная 1истота _ 15 й|ц, минимапьная д'|итопьность импулфов _
40нс.
|
|енератор тактовь1х имгупьсов типа 730 8 является истон*пак!м имщ/льсов с задагп:ой постоятлной чаототой: частота внутропнего осфллятоРа * 1 [4|ц; дд:гтельность имгупьсов - 0,5 мкс, пеРиод повторе:п:{ такто-
с.
_
1, 10, 100 мко' 1' 10, 100 мо, 1
1&терфейс телетайпа пРедназначен для пеРеда1и даннь|х в д"ух:"а,р*ле1|иях мещду м:шистр{шью кАмАк и телетйпом, работатошщм {ло коду
А5с|], а также д.г:я обмена д{шнь|ми между магистРапя]у1и (А1т4А*: ,пдсло
разрядов слова телетайпа _ 8, .пасло РазРядов с'1ова магистрытп $'7 ппп
4, максималь[|:1я скоРость печатания _ ./0 знаков/о.
вь|х имщ/льсов
1
по иераРхии стРуктуРной ед:плицой олстертьт яълялется
корзина) (рис. 18.10), объещтняюшшй группу функ'цд'напьнь|х бпоков, а так)ке контро]1пер. Бло.птьтй каРкас д]18, установки
системнь[х блоков п|юдст!вляет собой крейт, ноотъем]1емой частью которого является м:}гистР:шьньпй каншл (магистраль крйта) д'!я переда|и
€ледующей
крйт
(сга{е
-
даннь|х, упРавляюцц{х сигн!}пов и пеРедачи т'4та!{!4я. 1(аркас крейта пРедус-
матривает Размещение 25 направл;попц|х д'|я установки 23 функ:цональнь:х блоков и одного контро'1леРа, з!шимающего крайнее пРавое попожеглие. Фбмен информшщей в пределах крейта присход{т мехду контролле_
ром и к:ркдь|м из блоков. 8 сиотоме кАмАк д'|я осуществления указ!шно_
го обмена
оРганизован
стагцаРттъ:й
канап
переда1[и даннь]х.
(анал
вклю_
чает в се6я: :шттерфейс крйта, единь:й д']я воох устройств этого уРовпя;
узпь| связи'функ:ц:ональньтх бпоков с лу|н!.1яму\ связи\' контроллер крей_
та Ё1( (€га1е €оп1го11ег). }(онтроллер яъляется по существу д1{!шоговь1м
устройством между фщкпцоншльнь1ми блока:чшд и устройством стар|цего
уРовня (например, эвм). 8ое командь!' сигналь| упРавлония' даннь|е'
поступа|ощие в блоки, подаются на функ:щон:ш1ьнь|е блоки из 38й толь_
к 0р!?ц'!
крсцтам
А0осс кос8та
'70цт
Рис. 18.11.
!]
Рис' 18.10. |(ройт (А1!1А(
212
{о0
уунквоо
&руктура команд в !(АйА(
гистРали крйга приведено в табл. 18.2.
Аостато.птая скорость обртена д{|ннь!ми ме'(ду 9Бй и бопь:пим {ислом
фултктщонш:ьнь:х блоков обеспе.птваотся сообщеъ\у1лму|' пеРд[1ваемь|ми
по интерфейсу (адрес, кома}ща и да:тньте) пРедставленнь1ми пар{!плель'
'
кодом.
]|пя передат|и даннь|х в системе принята длина слова' равн:}я 24 раз'
РяАам. 1акая Разрядность превь|11|ает дл'п'у слова в 16 разряшов' харак'
нь1м
теРную для боль:ш:дхства м:+ди-3Б[4, и обусповлена повь::шенной тот!ностью.
1з ртс. 18.11 вищто' что к:р{(дая пось!лаемая ко!у1а}ща содеРх}1т поле
адреса и поле опера[ща. [1оле адреса указь|вает на Регистр, в котором
будет исполняться функлдр:я, закодированна$ ь
состоит из двух частей; номера
ста11!!4!1
ри модуля.
опер:}нде.
[оле адреса
модупя и су6адреса РегистРа внут-
]а6л
Ёазначонио щин магистрали
Ёаименование
щу1|11ь!
1дин
ЁаимФлование
!пин
}{омер стшлц:аа
и-ца 18.2
крйта
Фбозначение
!пинь|
ш9
'1Фкц !отр0!1-
![:тсло
кон-
[!азначение
:пгпл
тактов
8ыбор модгля (:шщив!4дуальная 1дина от
ут1равляющей с14туа:длд:)
(к0нтр0'лер кре0г0)
м00цлц
'4 0ц'г
через 1((. 1ак>ке через контРоллер крейта пРоходят в 39й запРось1
6локов на обслухсивание и с1тить1в:}ние информа:щи.
Фт .вногцнего истотшика (от |4€, упр:шляюцр|х устройств и дРугих
|1сто|{ников дш:нь:х) тптформшщя вводится на контакть[' расположеннь]е
на лицевой части модуля. Результа1 обработки информа:л:аи в крейте вьх'
вод}1тся либо нерез ко1{такть| пицевой п:|нели одного и3 модулей, тттх6о
через контроллер крейта' а ме)кд/ модулями и контроллером передается
по интерфейсной :дп:не. &н:дл |1]инь| однонаправленнь!е, т. е. информа|!!1я
по ним передаетоя только в 3аданном нагР!влении. Ёазначение !|]ин ма_
00о0а-0ы0о0а
|1о0цпь 00о0а-0ьг0о0а о раец0траиа 0анньтх ц цпра0ляющце
6ц0а0осс
ко
!(ома:лда
0ц
'|0цт
/!о}аер отонццц
/,!нФормаццонньт[
6убадрео
А1' А2, А4
3ьтбор функ[ц{оналъ.
Функлщя
Р|' р2, Р4
Р8' Р\6
Фпредепение функцип, подлёжащей ис-
п0т0к в'981,/
€:тпсрониза_
|!}'я
&роб
1
А8
,51
ного узпа
в
модуле
полнению
в
модуле
9правпение первой
фазой операции. €иг-
2|з
1роёолэкеное та6л.
Ёаименование Ёаименование
Фуппь| [пин
1:|ин
1
8.2
Фбозначение ![ислокотд_ Ёазначение:цитът
1шинь]
тактов
1роёолэкеншв та6л.' 8.2
}|аименоваг:ие Ёаименование
1||ин
груп]ъ| 1цин
н:ш!ь| на магисц)али
крейта не до'!кнь| к!_
}щ>авление второй
52
фазой операции. €игналь|
на магиотра'!и
крейта могут
€остоят:ие
_
\ц24
24
3анесение
1[тение
д1 * л25
24
ции в модуль
|4звлечет:ие информа_
|
1ребование на обслу-
'кивание
Фбязатепы:ь:е
1пинь1 питан11я
а'тьная 1!!ина к управ_
3анято
|(оманда щтня.!а
о
х
дении операции на
магист:]ли кре||та
9казание
о
оостоя_
нии объектов,
!казание о готовнос-
ти модуля вь!по]1нить
командой
.[ействие на все под_
соединеннь]е элементь|; команда не гене_
ление
[!уск
3атрет
рируется
[1риведение модуля в
ощеделенное состоя_
гпие (сопровождается
сигналами
32и3)
3апрешдение опреде_
леннь1х действий эле_
ментов' соединенпь|х
с шиной
1, в течение
всего време}!и приоут_
ствия сиг}|ала на ма-
214
гистрали кре'па
емь|х
(:шинь: магисФа'1и
кре|!та не предусмот-
+24
1
[1одкпютение источ-
+6
1
ников питания
_ 24в
-24
_6в
|||ина 0
ре|{ь1)
!24 ь
+6в
Б
-6
1
|
2
0
Фбратньтй провод пита1111я
[1одклпонение слабоисточников
Аополнительнь!е 1дипь1 пи-
точнь|х
т^н||я
питания
вьлб-
ралнь!х командой
действия, щебуемь:е
Фбцдее управ-
мь1х применений
.!|ти нерегламе}{тирусоединений
кон!акты
(и*щивиду_
ляющей станции)
}казание о прохо'(-
[[.т:я нерегламентируе-
11|инь1
дополн!{телы{ь|е
лш:форма-
ции из модуля
нь|е
|,1ндив:ддуальньте
изме_
1|1
Фтвет
рогисгров
(сопровождается сигналами 32и3)
[!естанлартпь:е сво6однь!е сквоз_
няться
3апись
3апрос на внимание
Ф:исгка
€брос
соединенпя
!{азначение:динь|
тактов
1шинь|
п4еняться
8гроб 2
!дккь:е
![ислокон-
Фбозначение
Формат ком{|ндного опова кАмА|( поясняется Рис. 1 8. 1 1 .
предусмотРе1|о до 25 стшлтщй,23 из которьтх используются
ш|я модулей ввода-вь!вода и две _ д'|я контро]1]|ера кРйта.
спедующая: эвм
[|оследоватепьность вь!полнения кома}ц в кАмАк
номер стан|{и]{
потом
опРделяет
крейта'
сна![ала назь!вает контРоплеР
модуля в кРейте вместе с субадресом '/, котоРь|й опреАеляет регистр в
модупе' где испол!{яется фу1|к|щя Р; !''! _ декоАирует в ко}{тролпере' А
пР _ в модуле.
[1рограммное обеспечение задач полной обработки даннь1х в моду1ях
кАмАк довольно сложнь|й пРоцесс. помош{ью системь] модупей
кАмАк обь1{п!о пРоизводят прием' пРеобразование' н:дко|1'|ение даннь|х'
а также обратное преобразование кода в ан!шоговь1й сигнал у! ус11лен'!е
сиг1{апов д/|я }{[1равления. поэтому полная обработка вь|полняется на
эвм. ддя программиров!}ния исг1ользуют к:|к обь1т|ное математическое
обеспечение 381у1, так и спе|ц{::пьнь|е язь|ки' оР}{ент}|ров:|ннь1е на рабоц
Б крйте
_
€
с кАмАк. Б настоящее время 1циРоко пРи|}1еняется микропРоцессоР
в качестве составной части модуля, что увел|'[чивает общую инфорп'1а!п{'
онную и вь!1ислительную мощность кРейта кАмАк.
Фтметим, чго кАмАк пРедоставляет 11]иРокие возможности для орга'
низа|щи систем Разпичной конфигура1щи. напРимор, }1€ могут бь:ть орга'
2\5
низовань1 на основе магистР:ши крейта' магистРа.}1и ветви' иопользуемой
д']я сопряжения нескольких кРейтов кАмАк, а также последовательной
м:|гистр:ши д/|я сопРяжения с 331т{ при последовательной поРазрящтой
:ш:и побайтной передане. 11ри этом системь| могщ бьтть покальнь1е и тер'
РитоРи:шьно -распределекнь1е.
|!окальньте системь| по способу подключения крейтов к магистра]1и
классифи:щруют следуюшщм образом :
ради{шьнь[е оистемь1' обеспечдваюш||1е подсоединение отдельпьтх крей'
тов посредством спе1ц{:шьнь|х контро]1перов крейта ((к) (рис. 18.1'2,о);
магистрапьнь1е системь[ с подкл1очениепл крсйтов через контРоллеРь!
,4 к единственному контро]1леРу ветви Ё8 (рпс' 18.|2' б);
ради:шьно-м{шистр{!пьнь!е системь1 с радиапьнь[м подключением спе'
позвопяюцшх чеРез контроллерь1
1[1''шьнь1х системнь!х контроплеРов €('
ветви [(Б, Ре:|лизованнь|е в в||де модупей кАмАк' подсоед}1нять крейтьх
посРедством контРоллер?
Фпс. 18.12, в) .
Радиальная стРуктура целесообразна при .тисле крйтов не более трех'
четь|Рех. (ахдьдй крейт управляет контро.]1пеРом' которьтй связ!ш с каналом ввода-вь]вода 3Бй и сч!4таетс$ периферийньтм устройством }'я!|тинь1.
йагистральньлй вариант орг|1низа|$4и локапьнь1х систем связи ра|ц{о_
нально использовать д'!я систем' содеР}(ащих от трех (нетьтрех) до семи
крейтов.
1ротий вариант орг!1низа!ии позволяет создавать щ/пьтисек1п{оннь1е
системь| разлинной сложности.
йодупьнь:й пРин!ц{п построения системного контРо]1]|еРа позволяет
легко наращивать систему и увепи|1ивает функ:ц:оншдьнь|е возмо)шосш{
контРолпера.
4
&.:с. 18.12.
€?руктура [(АйА(:
.(1( - контроллер крейта; 1(3 _ конт_
_
роллерьетвп3А _ контроллер; €(
специа]!ьная система контоллеров
Рис. 18.13. |!оследоватепьн!}'[ структура
магисщалей (АйА(:
последовате'ънь|й контроллер
ъетъп; |7|([( _ последовательттьтй конт_
роллер кре|1та
пкв -
]|ля рассредоточенных !,1}1€ более экономитшь1м ре|]]ением является
последовательная магистраль |(АйА(, обеспешлвающая оРганиза|щю многокрейтовой системь[ на основе обмена дан|{ьтми в последовательном
коде. |!оследователь[|ая гу1агистр:}пь кАмАк ||лиРоко пРимоняется в про_
мь||д[пенност\4 Бля автоматизации технологических процессов. |!ослодоватепьная м:шистраль образует петлю связи от вь|хода последовательного
драйвера ветви до его входа фис. 18.13). |1етля связи обеспе1мвает поток
информац:л.: в од}|ом напРавпении.
[1ередапа информа:щи к 33й осуществляется через вьд*есе:штьпй отдельно контро]1пер' управпяемьтй от эвм, _ драйвер ветви. 3амона 381т,| одного
типа на 39й другого тица производц,1тся од}|овреп{енно с заменой драйвера ве!ви, без изменений всей остальной систомь|' €корость переда1и
даннь|х по м:}гистр{ши ветви до 1 млпт. спов в секунду.
€тандарт
кАмАк
разработан с г{етом прин!ц{пов мощ/льности' прои магистр.шьности. йодульность предусматривает использов:!ние отдельнь|х законченнь|х функ:цональньхх модулей,
'совоку|1ность которь|х вь|полняет основную часть задач сопряжения обо.
рудования и измеритепьной аппаратурь| со вс€ми ост:[пьнь!п'и !|!|стями
граммной управляемости
|,1€. ||рограммн11я управля€мость модулей позволяет изменять их конфи_
гура]л|{ю и техническис хаРактеристики с помощью опРедепенного набора
ком:шщ. йагистральньпй пРин!п{п оРг:|низа|р1и позволяет осуществить
подключсние
к
общей системе 1пин ост€шьнь:х
мощглей' устройств,
38й'
к которь]м осуществляется путем адреса]ц.|и.
Ёа основ:}нии этих пРин|ц{пов строится прогРамм|{о-управляемая
модульная стРуктура А| пз щебуемого набора ста|щарт|{ь[х плодулей.
[1оспед:пде подклю|иются к унифитшрованной магистР!1]|и обмена, обеспе_
чдвающей взаимодействие модулей и програмту1ное упр:|вление от систсм_
ного контРо]1пера. ]]ля таких модупьнь|х структуР 'обмен информалщей
между модулями и процессорами носит д}1скРетнь|й характеР. 1акая ор[а\|!4зат\14я стРуктурь! позволяет максим!шь|{о приблизить к объекту все
{шрегать] измерительно-упр|}впяющего обор5дования, обеспе,д.:вая тем
обращетп:е
болес достоверную и точщ/ю обработку информащаа.
[1одведем некоторь|е итоги _ система кАмАк обладает следу|о|1ц{м
ком|1пексом преим)дцеств :
возмож1!остью бь:строй перестройки стРукцрь' д'|я ре|цения новьп(
са]\,1ь[м
задач;
совместимостью вновь разрабать:ваемь!х модулей
с существуюпд.|!\д.1;
возможностью постРоения измерительнь::( систем пюбой сложности
с помощью набора фугпстщональнь:х гтодулей;
€цстсьтньу1
кРе0т
8ет0ь 2
0ст0ь
2\6
1
простотой перестройки !|пгоРитма функтщониров']ния;
независимостью физинеских и электРических параметРов м1}гистральнь|х тРактов от типа 38й.
€ледует отметить, что всс футкциональ|{ь|е модули вставляются в
ста}щартную кассету' прш!ем благодаря ста}цартному расположению вь]во_
дов на Разъем:ш( модупей они могут пеРест{вляться и за]!1еняться другими
по назначению модуля|\,1и.
211
8 то хе вРемя
система
кАмАк не
свобощ:а от ряда
*.''"'' *'"'
'прогРаммиРов:шие ее функтщй доотато|!но сложно;
в случае мно[ок:ш{:|пьнь|х |11змерен:й система становится щомоздкой;
24-разряд1+ая сетка кАмАк не совпадает п 16-раэря;щ*ой сеткой боу!ь|пинства м:т*и-38й и в чаотности 38й серии €1т1.
11о сравнению с приборнь:м интерфейсом кАмАк н:}кладь|вает мень[шс огРаниченпй на пеРвитшь|е входнь1е сигналь1' обл4дает больхцими футк.
тион:шьнь1ми возмо)кцостями, обеспе1ивает возможность бьлстрой компоновки АА| пз наборастанАаРтнь|х мощглей. €истема кАмАк обеспешавает
больцпте скоРости пеРда|!и информа:щи: вРемя обмена даннь!ми _ 500 нс,
д]|ительность строба _ 200 нс, а весь цикп кАмАк _ 1 тикс.
[1риборнь:й интерфейс намного проще системь| кАмАк, однако не
о6падает его гибкостью и эффекплвностью.
(рейьп кАмАк иопользуются в |18(-1 п АБ\(4, а такжс в систем:х
''(А1у1 А|(-йе ра-60'',''[(АйА|(.й ера -€й4'' и т.д.
Р настояще0 время полу{ают стРмителькое развитце магистрапьномодульнь]е м!|1||инно+'€зависимь|е интерфейсьт. Бпагодаря возможносп{
.
.
уст!!новки в |!!одуль кАмАк микропРоцессора (или паже микро30й)
в од!|ом крейте пРоисходит объеданение как функ:щон:}пьнь|х плодулей
связи с объектом, так и микро38й. Более того' в одном крейте можно
физиноски Разместить неоколько микропроцессоров. 1акая архитектуРа
постРоения открь|вает рля эту1х систем |д|ирокие возмо)!Фости для авто.
мат14за|р|!4 пзмерех*тй, зна!итепьно пРевь|!ш:}ю]'1п{е возмохности шсход.
ной системьт
(АйА(.
9казанное пРивело
к
модульнь!х сиотем (мммс)
8
разработке многопРоцесоорнь|х магистр:ш|ьнок!]к у нас в стране, так и за рубежоп:,
систем, компонуемь|х из автономнь:х приборов. [1а среднем уровне стан_
дарт кАмА|( постепенно будет вь1тесняться и заменяться ста1цартом
Рцгобшз.
€истемьт Рав1бцз будут в пеРвую очеРедь использоваться цля автома_
тпза\]уи сложного нау|ного эксперимента. €тандартьл йц111бцв и 8цгобцз
будут приР[еняться у]1я :}втоматизат{}1и управпения технологическими
щоцессами в промь|]]1пснности (Асутп). Фбццдость ста1{дартов на интеР_
фейс о6пег.пат прямую пеРедачу д!!ннь|х и результатов из автоматизиРованной системь! нау1нь1х исследов'|ний (Асни) в систему [штомап.1за!ц{и
проектиров,!ния (€А1Р) и А€}1|!.
$ 18.5.
|!|а:диннь:е интерфейсь:
йацп:хштьпе (или системньте) :тттерфейсьт предназначень[ д][я объед:д39й в еш,1ную систему. [е:щентц.:я Разву1т11я
м:|1шиннь|х глттерфейсов вь|звана необходимостью знатительного уве'1ичения пРоцента опера]$.|й ввода-вь:вода' цоменклатурь| и члсла перифе.
рийньтх устройств (шу). в съяз\1 с эти]!1 с)дцественно возРосли трбования к у:пафикации и ста1щартиза:щи иптерфейсов.
пения составнь|х блоков
[арактерной особе:п:остью !иа|ттинньпх тплтерфейсов является необ.
ходимость их фрпк:щониРов1шия в нсскольки)( Режимах взаимодействия,
вли'[ющих на функ:щональнь:й сост:}в систе&1 ш:ин. Фсновнь||у1и Режимами взаимодейству|я явпяются ввод_вь1вод по программному к:|н:ш1у и
по кан.}пу прямого доступа в па]!1ять (кпд).
}1нтерфейсьл микро33й отлич:}к)тся от интерфейсов :тпани-38й по
функ:щональнь|1!1 возмо)кностям'
а также по констРуктивному
исполне.
настоящее врема ведс1ся интепсивная разработка пРин|ц||иапьно
новь|х мммс. 3 Ёвропе принят новь:й ста}щарт на констРуктивь|' размерь1 ]1пат и типь1 разъемов под назв!|нцеп: ''Бвромеханика'', которь:й имеет
низкую стоимость по сравнению с дРугими ста:лАартами й31(.
Ёа базе этих констРуктивов бьш| разработан стандаРт на ййй€ ''Бв.
робас'' (8шго6шз). 3тот стандарт флее гибкий, кем кАмАк, пРедусматривает разп|{тшь1е сов&1естимь1е подуРовни по РазмеРам крейта и Разрядности м:шистР^т[14. 1ак, магистР:шь может содержать 8,16,24,32 разряда
по 1шинам даннь|х. [1од логику Бцго6шз разработаньл интерфейснь:е Б14€
нию. Б структуре связей п:икро33}1 формируется внщренний :лттерфейо,
объед:ттяюпцай Б}1€ процессора' модули Ф3}, ||39, управляющий вво.
дом-вь|водом' и вне|||ний интерфейо, обеспеш.тваюшщй сопряжение ме'(цу
внрренней ц:тдтой и [1}.
€истеттшль:е :тлтерфейсьт по функтщональнь|м возможностям подРазделяют по совоку|1ности значен![11 дъух показателей: вРмени 7 взаимо_
дейотвия и м:}ксим:1]ьному Рсстояхл,тю '| взш:модействия между состав_
в 1977 г. в €[||А бь:ла начата разработка Раз{бшз, в котоРом предусматРивалась возм0)ст{ость терР|{ториальной !!взнесенности системь1, т.е.
предусматРивалась оРганиз{1ция локапьной сети пеРедани и обработки
даннь|х. [икл магистР:тли в сегменте Бас1бцз в 10 раз бьтстрее, нем в
кАмАк, т. е. 0,1 мкс. €истема Раз{6цв не замоняет кАмАк или Бшго6шэ,
а пред1!азначается д/[я автомат14зац414 сбора, переда!|и и обработки данньп(
в наиболее ёпожнь!х, бь:стропротек:|ющих и территор.иа.]1ьно-распРделен.
нь!х пРоцсссах и установках (о6ъектах измерений).
Ёа самом нижнем' приборном, уровне используется приборньтй стан.
дартньтй интерфейс мэк 625_1 (гост 26.2о3_81) (ипи ЁР18) д'|я м:!пь]х
м:1ксим1шьно возмож1и я д!т14ъ!а м:]гистр:ши.
1!|аль:е ма1||иннь|е гшперфейсьл. 1( мальтм интерфейсам типа йц&|бцз
относят 1{есколько интерфейсов разли!|ного уРовня ста,1даРт!4за:|ц{и (табл.
8.13), логипески совместимь]х по !ислу использус|!1ьп( лъ*тий адРеса (от
|6 цо 24)' ч!лслу Разрядов д:}ннь1х (от 8 до 16), арбитрахсу и пРрь|вани.
ям. 14нтерфейсь: конструкп{вно соответствуют ста|царту й3( 297-3 (Бв-
больцдой интегра[ии.
218
нь|ми эпементаг:и :тлтерфейса
цессора
к [19,
[7а шп.тне.
[1ри этом
7 - вРмя доступа про-
необходамое д]|я пересь|пки единиць: информа\*1п'
|' _
рогш:ать:). йодрпа чаще всего объедпш{ень| при уп:фи:щРов:|нном основ.
ном каркасе' но при их )воличении м:шиотР:шь основного каркаса соодр{.
няется гибкими лентот|нь|ми кабелями с магистРалятт1и допопнитопьнь:х
каркасов'
}&терфейс !ввв Р-796 наиболее бпизок
к исхош{ому
инторфейсу йш}
2!9
фирмьх |п1е1. .[дя магистрали вь:брш: двухрядль:й 86-контакпльтй
разъсм прямого со|шенения' распопоженньпй на длпт:штой стороне |1пать!.
Б итперфейсе А1\,1$-6шз по сРавнению с Р-196.птсло линий адреса увеличено до 24,1юа'|изовян он на Ёвротшдатах двух размеРов и разводтой
116шз
8 состав интерфейса входят 20 лнътпй адРеса АокФ-Аок13, |6 лтатпй
даннь|х оАтФ_оАтР, 8 линий запроса пРеРь!вания (|штФ-|шт7) лпнт*|||
'
сигн:шов упРавпения и др. €истема лит*:й интерфейса [41 прлведена
в табл. 18.4.
м1!гистр:ши по т1юп4 РяАам од}{ого разъема.
1&торфейс
]т4ц11|бцз
дули
снп
с
и4| см 98й
сохр€}нением
является вариантом исход{ого интерфейоа
сост:ва лт:стутй и их функ:щй. (онструктивно мо'
ообой
представля|от
Бвротшлац
двойную
с
двумя
ш1'па
разъемами
59/96. [1а базе стандарта вь1гускается набор модулей п:плрокой но'
менкпатурь1 д'|я оРг:}низатщи интерфейснь|х связей г":*ткро98й см 18ф
с об ъектно-оРиентиРованньтми А€}1|| Ра3л}г!нь1х модифтш< а:ий.
}1нтерфейс 111(1 стандартизов1ш в Рамк:р( системь! 1т1икропат (1(1€
[мус-2). (одержит
раздельпь!е 8-разряднь:е ц|инь| д{шнь:х
и
19'разряА'
нь|с |||инь| адРеоа' где тРи стаР|д|их разряда пРед|{азначень] д]!я вь:6ора
каРкаса.
[
а 6 л и ц а 18.3
}|нторфйсь: с!стомь! типа мш|1|ь|]5
)(арактщистика
9р овень сгандартизации
&сло
линий адреса
!{исло лит*:й да*тньтх
?ип платьт
1ип разъема
йц11!бцз
Р-196
А]\,|$-бцз
и 41 см эвм
ик1
в!]$-1
мФ' мэк
мэк
ост
ост
2о
20124
20
19
16
16
16
8
Ф
Ф/86
Ё2
в3
Ё2
с96
снп59/96
Ф|'72
Б табп. 18.3 обозначено: Ё2,
!3 _
типьт Рврогш:атьх;
йФ
-
мохфиРмен-
_ фиксироватпльтй по стандарц.
[1нтерфейс ]уяо)кет обеспе.п:вать мультипрошессорньлй ре)!им. Ёа основе интерфейса создано несколько объектно_оРиентиРованнь|х систем д'|я
Асутп разлит!ного назначения [2.421 .
€истемгъ:й :*ггерфейс [,141. йодоли семейства см 1800 предназначень1
д'1я пРименения в систем:|х центр'ши3ованного ко1{тропя' теРмин:шьнь|х
Фни слу:кат т:}кже для использов{ш{ия в
ста][\1],/\ях разветвленкь:х А€}.
нь:й стандарт; Ф
мпогомикРопРоцессоРнь1х
системах ).пРавления и обработки д:шньп(
разпи||ного назначения' в качестве контро]1перов д]|я управления оборудо_
дискретнь|х производств.[( и пРямого :ифрового управления
в непрерь1внь!х процессах. 8ходящие в сост:!в микро3Б|т4 см 1800 модупи
ванием
в
и устройства подключаются к общей !!|ине пеРеда.пт информа|щи' назь|ваемой системнь!м интерфейсом.
Физически таттерфейс \44\ (интерфейс эвм см-1800) представляет
собой щифп1ированную !||ину из функл'щональноФбъед11неннь1х лтшт*тй,
по котоРь!м пеРедается вся необход.{мая информа|у1я 14 упр:!вляюцще
сигн!шь| |2.27|
22о
.
1а6лица18.4
€иот*га
линий инторфо7са у.41
!{азвание линии
Функция (назначение)
Ф6означение
)1шншш переёаеш ёонрьах
Апк0-Арк13
Ащ'ес
оАтФрАтг
!}л:я вь:бора испопнпте'1я
или щиема инфор_
!1д:я передаии
мац!'!
Разреш:ение стар|||ет\)
внвш
3ащет Ф3}
3ащет [|3}
|шн1
|шн2
вс!-к
[|остоянная чдстота
сс2к
!{тение из памяти
мкрс
1!тение из
пщта
3апись в порт
[1одтверждение передачи
3ащос шитъ:
обцц.|й
защос |цинь|
}1и:паи защ:оса
прФыванпя
пере_
@3} реагщовать
на
||3} реаг:ровать
на
3атрепт,ает
мштс
|окс
|ошс
хАск
3ащещает
адрес п:!мяти
.4ля сипхрони3ации схем гРиоритетного арбищажа
]1ля испотьзования системными
моду]ш|ми
.[дя
в05у
вкЁо
свко
|шт0_|шт7
указаппя'
цамяти для
что въц!||| адрес
чте:{|&ч
/|д:я указания'
что вь]дднь| црес
и данные д]ш! записи в память
!дтя указания' что въцан
адрес
порт1 ввода
/[:я указания' что выдань1 ащ'ес
и дан!{ые д]|я записи в порт
!д:я указания о з!вер1це||ии операции чтени'! ипи записи
|7шншш ар 6ш цаэоса прцо р.1 тето
3атлятость тд:дть:
о друба'тговой
адрес памяш{
Флнхронпза:ця 1цинь1
3агптсь в п:!ту1ять
.||дя указания
даче дацных
ба}}га
в
.[ля указания другим задатчиком,
нто :*лтерфейс за:*ят
'[дя указания' что задат!ик
6ует ущ>авпония 1!д{ной
ще-
.[дя указания текущему з4датчику' что 3адат|ик щебует управления || |д|ой
/]дя переддяи от [19 защ>оса соответствующего уровня приоритета
щи пФ{шпе]1ц{ф схеме приоритета
22\
;
1роёолэкеное табл' 1 8.4
Ёазвание линии
Фбозначение
Функция (назнанение)
|штА
3апрос на передачу :птформации
€игналь: интеРфейса поступ[}ют на основной и дополнительнь!й разъ_
емь|. ос}!овной Разъем содерж}{г лц11у\14 адреса, прерь1ваний' управления
и т1итания' а дополнительнь|й _ допопнительнь1е л\]{'1у1у! упРавления и
ттитан},1я.
[1одтвертсдешие прерь1ва-
ния
Бход щиоритетного раз_
ре|ден11я доступа
Бь:ход приоритетного
вРкш
передани данному задат!ику
.|1'ля
разре1пения управлепия 1циной
вРко
]{ля передани чФез
досту|в
задат!ик
р:в-
ре!шения управления ]ц!д{ой
}7шншш
управленшя состо ян1!ем
}йчалы:ая установка
|ш1т
шА|т
Фк:.:дание
стемь'
сц
.[!дя установки системь1
ное состояние
в
.[ля указания, ито [||| н:жодится
!ля
|ш|т
нащяжен]{я
ации
по следов ате'1ь-
ан|1 я
.[дя сигнализации вьп(ода парамет-
Ас!о
в
ключ е!{'1я пу!т
ров сети за допусти]\{ь!е
сети
||рерь:вания по неисправ.
носги сети
Рг|ш
Ёеисщавность |титания
РР5ш
€брос сиплала неисправного пита|]ия
3ашдлдта памяти
Рг5к
Аля
преде.,1ь|
щ ерь!вани'1 от
схемь1 управления источника пита_
мРко
*уттла\ццытутзации
|1\4я
анализа неиспр1впости в с|1стеме питан|{я
.11для сброоа схемь1, формгрующей
сигнал
.[1д:я
3апрос работьт памяти во время
аварии !|итания
!ля
А!в
3апись адреса
иутицпалутз
ности
запиои адреса
в
защелку
ацреса
+5в; +12в
+
12вб
+24в
Б любой
опера1ц.!и о6мена д.шнь|ми всегда шаствуют
!&терфейс позволяет использовать как 8-, так
|!ики и исполнители. €инхрониза|ц,1я
и
:
даннь|х;
3адатчик формирует два дополнительнь1х сигнапа 1штА, по котоРому
исполнитсль может вь1дать два байта с адРесом вектора прерь1вания на
л!4н|4\4даннь|х (по опному байту [:тя каждого сигн{ша [штА).
струкцрно
постРоена
таким
образом,
что
обеспе!|ивает
об_
слу)кив(шие только одного типа интеРфейсного векторного пр€рьва;|ия.
8се модули исполнителей долх<ньт работать один'1ково; с двумя и']и тРомя
сигн!!.лами [}.{1А. 8ахно отметить' что в системе возможно нш|и{ие вн0.
ш{терфейс!{ь!х и интерфейсньтх векторнь|х пррьлваний.
8 слщае од!|овременкого захвата шеоколькими 3адат!|иками упр8вления 1||иной и41 реапизует три вари'}нта приоритетного прерь|вания:
послсдовательнь1й, пар|шлель|{ьтй и тцдклический.
Бариант последовательного приоритета используется для задатчиков|
т[оследователько Распопо)кеннь|х в общей схеме захвата управпе[ш!я ицтерфейсом. 8 схеме пар:шлельного приоритета установка приоритетов запросов 1||инь| вкв0 от задат1иков осуществпяется гшифратором пРиоритета.
||оспе этого вь|полняется де1']ифРащ,'я значения пРиоРитета 3апроса д'[л
вь1да1{{! соответствующего сигн!}па вРкш. !|инпя БРРФ в данной схе1\{е
не исполь3уется. 3ариант параллельного приоРитета тРебует организа.]щи
вне]лней по отно1цению к 3адат}икам уст(!повки пРиорит8та'
€хема |{дклического приоритета может обспу'с,|вать такое х(е коли.
чество 3адат1иков' как и схема параплепьного пРиоритета. €хема обеспе.
1мвает возможность всем 3адатчикам в Равной меРе уч:1ствовать в систем.
д}|{шогах
что
задат!ик*исполнитель'
существенно
пРш
оРганизации
(мена текущего задатчика пРоисходит' еспи его приоритет ниже пРиоРитета 3апра|||ивающего |дину задат!ика.
два устройства'
16-разРяднь|е задат-
осуществляется одним и3 задат(мков, пРи этом в системе 1!1о)кет бь:ть их несколько. |[о
рехсиплу ра6оть|
|{а интерфейсе не может бьтть двух и более одновременно работающих
задаттиков.
[|аиболее очевидное пРиме!{ение интерфейса - мультипроцессорнь|е
конфигуРации' вь|сокоскоростнь1е опера1ии прямого доступа.
|||инь1
.
222
следу юл;уе
од}.|н
мульт11процессорнь|х структур управления.
.[[дя указаннь]х вари:!нтов последоБательного, пар!ш|лепьного и ]ц,'кпического приоритетов в основном опера[ц{и сме1{ь! 3адат1ика ан.шоги1нь!.
Фсновное п1ттание
Батарейное питание
Резервное !1ит:}ние
связаннь1е мехду собой как задатчик и испопнитепь.
\
дополнительнь1й сигнал !\[А, по которому
исполнитель передает 8-разрядпь:й указатель вектоРа прерь|вания на линин
нь]х
}|шнцтд пштаншя
Фсновной разъем
11рошепурь: прерь|в ш{ия в интеРф ейс е А4
задатчик формирует
€истема
исход_
в состоянии о}(идания
€брос
€н:ол<екие
прерь1вания
||ри монопольном
Режиме Работь|, искл1очающем необходимость
в процедуР 3ахвата' задатчик формирует внугРенний сигн:ш] блокирвки
шпсть: ($(_}5 [оск). 3то обеспечивает эффективкость обрашений в сист€мо
с одним задатчиком.
[1цнтая общего запроса цдиньт €3&0 предн:вначена д'{я установпен}1я
другого
задат!|ика'
запра|шиваюц{его
ущавление
интерфейсом.
Фперашли пРи аварии в системе |1!4тания вь|полняются по сигнш1ам
!{а дополнительном разъсме. 3ти сигнш:ь| обеспечивают работу аппаратуРь|
и программнь1х средств, обрабать!ваюшц{х аварийнь]е ситуа11ии. Ёабор
средств произволен и опРделяется пользоватепем.
22з
[итание одно|1патного процесс0ра €}м1 1800 осуществляется через
основной разъем' пРи этом сигн:!пь] Рг|ш, Рг'$ш' Рг$к подаются чеРез
дополнительньпй разъем. |йтание модулей памяти осуществляется через
,1инии основного и дополнительного Разъемов'
[&терфейс |141 о6еспет|ивает следуюцР|е опера|ц'1и переда|{и даннь1х;
чтение из памяти, 3апись в память; чтенпе из 119, за|тись в [1}. Фператщи
чтен1{я даннь|х и3 памяти |! поРтов идентит!нь|. .[дя вь:дачи сигн!!па упРавления чтения из памяти мкпс !ллц у|з порта |ФР€ на {|]ине устанавливается
адрес (как минимум за 50 нс). 3атем по полу!ении упР{вляющ€го сигкала
на л\4ну|'4 вь1даются д€!н1{ь|е. 1]осле снятця упРавляющего сигн:!ла даннь|е
сним:|ются с л1,111||у1' а адрес должен оставаться на пу{ну\ях как минимум
50 нс (рис. 18.14).
Фператдтл,: записи даннь|х в память и порть| так)ке идентичнь:. Ёа линиях
уста1|авлив:}ются адрес и даннь!е (м:лптмум за 50 нс) до вь|дати с|4гна'!а
управления "за|ш1съ в память мштс'' и ''запись в поРт |ошс''. ||осле снят"'тя с\4!на!\а управления даннь|е и адРес доп{с|ь1 оставаться ||а лц'']/|ях
минимум 50 нс (рис. 18.15).
€ помощью буферов пересь1лок байтов, которь1е необходимо иметь
при работе в 16-разрялнь]х задаттиках и испопнитепях' осуществляются
байтовьте пересь!пки дакнь|х в двубайтовь1х системах по млад!|]и:!| адреса!у1
лцтлтй даннь1х (}АтФ-пАт7). ||ередачей даннь1х управляют дв4 сигнала:
внвш (обознанение двубайтового режима) и А}&Ф (адрес переда1|и чет.
ного или нечетного байта).
Фпера:щи с запретом обращения' осуществляемь1е
по сигн[шам !}ч1Ё1 и !}.{Ё2,
используются в конфигура-
|0!.4/с ц/|ц
3алцсь
м/|тс
адРса в адресном простран.
стве памяти. 3апрет в сис-
0т0ст; 0ьт0ан нь!й цсп0/1нцто
/1
с}1
теме вь1дается не позже чем
нерез 100 нс после вь|да({и
Рис. 18.14. 8ременн{я диафамма
адг)еоа; сигн!ш {А(|('
А0рес, !ьт0оннь!ц 30оотцц-
к0м
цтс
!
н/1е
циях Ф39, ||3} и ||}, кото_
рь|е имеют одни и те же
1
о!1нь!е,0ь!аан-
нь!с цсп0лнцт0/!см
0т0ет' 0ь/а0н ньу0 цсполнц'
тс/1ем
Рио. 18.15. временн/я диаграмма
224
1 ]0псцлциР0с
0А
т0- 0АтР
вьща-
ваемьлй запрещающим !4сполнитепе]}1' задерживается
на врмя
не менее |д}1кпа
обращения.
Фпера:'щи прерь1вания в
сис1еме осуществпяются д'|я
внеинтерфейснь:х
интеР.
фейсньтх вариантов ре:шиза|ц,1и схемь1 прерь:вания. 11ри
внеинтерфейснь!х пРеРь1ва_
ниях адресная информация
вектора прерь1в:шия не вь!.
и
1
дается на интерфейс. Формируемьтй задатшаком векторньтй адрес прерь1_
вания передается в процессор по внутренней :шине. ||ри интерфейсньлх
векторнь1х прерь|ваниях адрес вьтдается на интерфейс исполнителя. исполнитель передает задат1|ику интерфейса по адреснь1м л||\1иям векторнь:й
адрес пРерь1вания с использованием сигнапа |\1А длля синхронизации.
Реализуется также монопольнь|й и мультигцлекснь:й режимь1 работьт
интерфейса. |[ри монопольном режиме блокировки интерфейса формируется 3адатт|иком внутренний сигн!|.п' исклю1[атощий необхощтмость в
процедуре захвата интерфейса. [1ри этом повь11цается эффектив}{ость
работьт системь1 с од1{им задатчиком.
||ри отсутствии сигнала общего запроса магистр!ш1ц задатчик продол-
жает сохранять упРавление между ]ц,1кпами обращения цо магистр:1ли.
1огда текущий задат,ддк прекращает управление интерфейсом и предо_
ст(1вит схеме арбитРажа возможность вь:борки другого задат!|ика в соответствии с системой приоРитетов'
14птерфейс ориентирован на флизкое располо)|(ение задатт!иков (до
3 м) и удобен при не оли|цко&1 вь1соких требованиях к скоРостям обмена
даннь|ми в системе.
$ 18:6. Ёекоторь:е интщфейсь:
381!!
[нтерфейс устройств ввода8ь|вода информа:цл.т в Ё€ 3Б}у1 является
ста}цартнь!м д'[я всех ма!|тин и вне1д|них устройств и испопьзуется [1Рут
создании вь|(мслитепьнь|х систем разли|!ного назначения для |циРокого
применения во всех сферах народного хозяйства |2.41 ,2.4з,2.44,2.46 _
2.481 .
[]одсистема ввода_вь|вода Б€ 38}1 имеет структуРу' состояц$/к) из
трех основнь:х уровней: каналов ввода-вь!вода, устройств упр:}вления
(уу) периферийньтми устройства1!1и и самих периферийньтх устройств
(||}). (анш:ь1 ввода-вь!вода нецосредствен[!о взаиплодействуют с центр:шьнь|ми процессорами и основной памятьто. 1( ним через ст:1ндартнь:й
интерфейс ввода-вь!вода подключеньт 9!, а к последни:у: _ ||}.
(аншл ввода _вь!в ода вь1полняет следую]_|ц.1е опера|{|{и
:
вь|вод д:|нць]х из оперативной памяти в адресуемое |{} по кома1{де
''3А[1}1€А?Б'';
ввод даннь'у\ 14з адРесуемого [1} в оперативЁую п:1|!1ять т[о ко&1анде
''€:{[,11А1Б'';
ввод в обратном направлении по ком!|нде ''считАть
в оБРАтном
нАпРАвлвнАА'' (яяейку[ пам\яти заполняются в порядке у6ьтвания адресов);
ввод-вьтвод' не связа|{нь|е с г[ередачей даннь|х и вь1цолняемь|е по
кома!ще''9||РА3)1БЁй8'';
передача
в к!|нап
информтатдли
о состоянии адресуемого |{9 по коман.
де''!1Фт{Ё|1ть состоя[|,1Б'';
переход в кан:ше (по адресу, указанному
''пвРвслАть в кАнАл''.
8
_
14з1
в коцанде) по
команде
,1<
{
Бспи канал свободен, адресуемое [} подкпючастся к кан!1лу' информ'\руя кан:ш о своем состоянии (способности вь|полнить посц|:ив1пую
комшиу); еслй т:|кая возможность имеется' то пРоисход{т обмен дан-
нь|ми, которьлй з1вершлается вь:дачей сигн!ша
''кАнАл кончил".
8ь:под'
нение к!шапьной грограммь| рассматривается как отдельн||я опеРа|щя
ввода_вь1вода.
Фпералщя ввода-вь1вода может вь|попняться в од}|ом из двух рожимонопольввода_вьвода
и кан.ша и остается в опРедепенном смь[сле связа}{нь[м с ним на все вре]91я
передачш пор|щи д:}ннь|х. [:йкакое другос устройство не !!1о)|(ст подклю_
]п[ться к интерфейсу' пока не з:1вер1||ится переда1ц} д:|н}!ь|х в это устройство ипи из этого устройства. [1ор:щя дан|!ь|х мо)кет состоять из несколь.
ких байтов, целого блока дшлнь|х, последоватепьности блока данньдх. 8
мов: монопольном (селекторном) илпл мульти[1пексном.
ном ржшме [1} монополизиРует вое средства интерфейса
8
селекторном рехиме каналь: в основном используются для подключе_
ния к процессоРу вь|сокоскорстнь|х периферйньтх устройств.
8
мультигьт:ексном режиме канал офспе{швает од!{овРменньтй обмен
двннь|ми с несколькими периферийнь||!ш,1 устройствами, работаюшщлтш.: с
относительно малой скоростью. |{нтерва.т:ьт, относяшР1еся к разлитшь!м
канш1ьнь]м пРограммам' чеРедуются в соответствии с запросами от |1}.
](аналь:
|ц{руютоя
ввода_вь|вода
и подклю1|еннь[е
к хим
устройства
идентифи-
щРесом ввода-вь|вода' котоРь|й пРедставпяет ообой 12-разрял-
ное двои!|ное
!исло:
четь]ре
разряда
_ адРес
(номер)
к!}н:}па ввода-вь|во-
дд, восемь разРядов _ адРес }} г: ||}. ||ериферийному устройству' имею_
щему свое неРаздельное 9}, может бьтть присвоен л:обой адрес в дц,1а|1азоне от 0 до255' ]1огически подобньле [} составляют ед]1ное целое со своитъшт }}, один и тот хе адрес указь|вает [1} и }}.
1&терфейс ввода.вь]вода Б€ 38й связь|вает 9} любого типа с к!|на_
пом ввода-вь1вода любого п,тпа. 1{нформация (дагпльпе, информа:щя о
состоянии [19, адреса ||}, опгналь| управления) передается по 34 функ:щон!шьно раздепеннь!м линия|!1' входящи!у| в состав интерфейса.
.[дя переда'пт ияформа:щи от канапа к 9} используются информалщоннь|е 1|]инь| кан1ша' обозначаемь:е |!|[Ё-(Ф_шин-к7. !дя переда'пт информа|ц{и от }} к кан!}пу используются информалцоннь|е |д]инь! т}|па абонен_
та [|!|4Ё-АФ_шин-А7. [1о этим !||инам передаются как да1!нь|е' вьтработаннь|е прогРамм:}п{и ц€нтрапьного пРоцессора цп\\ под]|ежацР1е обработке
в основной памяти' так и упр:}вляк)щая информа:щя: адРса [19, байтьт
оостояния, ком:шщь|. .[дя разлинения этих видов д:}нпьтх на информа|ион_
ць|х ц.]инах пРдусмотрень! пишии иденшдфикащпл (по три на к:ркдое }|а.
пр{шление переда.па): А/Р-(, у[Р_к, инФ-к, АдР_А, угР-А, }|}{Ф-А. !дя
управп0ния подкл|очением }} к к:!н{шу используются пшнии управления.
}&терфейс
эвм представляет собой магистр:шьное соединение'
вь1полненное с помощью 32 лип*тй,подходяцц.!х к ка:кдому [1}.
!{ктерфейс ''Фбщая [|пп{а''. (оврменньте }131( строятся на основе
управляющих мш*и_9Бй сер:ш; €й. Фрганизапця взаимодействия [19 осуществляется в таких ком]1лексах ма!диннь|м интерфейсом ''Фбщая |',_!ина''
вс
226
Рис. 18.16. Фбобщенная сщуктура
структрой
магиоц)аль}]ой
!|8( с
интерфейоопа ''общая тдина'' с
(ош) с м:шистР(шьной структурой. Фбобщенная схема такого комплекса
пРиведена на рис. 18.16.
}1нтерфейс Ф!|| разработан
()вс)" щтя
в
€|||А фирмой ')|311а1 Рчш|ртпеп1 €огр
Р}Р. .||дя конкретнь|х ма|||ин
кзвестнь1 раз:тичнь|е модифика:щи этого интерфейса, [{1!пример [.]п!6цв для тъцтни-38}1
Рдс-1 1, интерфейс 151-11 для штикро38}\4 ''3пектроника 60'' и совместимь]х с ними микро3Бй.
}1штерфейс Ф|1|, назь:ваемь|й также процессорньтм интерфейсом' предназначен для сопряжения между центр:шьнь||}1 процессором и системнь|1у1и
устройствапти ввода-вь|вода. @бщая ]|лина _ это м!}гистрапь, котоРая связь1вает между собой все ||}, запопл:ттающие устройства и процессор. 8се
устройства подсо0ш,шень: к общей п:ине (Ф[|) пар(}ллепьно.
€тагцартиза:щя интерфсйса обеспет!ивает ед:аньлй &1етод подключения
мигпа-33}1 т:тпа
устройств к ком|1пексам' и те|}| са!у1ь!м достигается их техническая совмести|91ость и общий д]|я вссх устройств ком|тлекса:}пгоритм сьязи |2'45| .
Фбщая схема адреса!ии Регистров |!} и ячеек оперативной цамяти хаРактерна для интерфейса Ф!|!. 1(ацдому регистру [19 присва:твается |1!1ш|ъ14дуальнь:й адрес' аналогитптьпй адРесу ячейки Ф3!, что позволяет использовать весь ком|1пект адреснь!х ком:]нд процессора д'|я орг:}низа1]д.1 опе'
ра:щй ввода_вь|вода. [1роцеосор рассматривает регистрь| [1} как активнь[е
*тейткп Ф3} и обращается к !1им с помощью адреснь1х кома}ц. 3то исключает необход].1мость иметь спе|п{ш1ьнь|е кома}{дь| ввода-вь|вода. |(роме
того' пРоцессор |}{ожет оперировать с д:1ннь1ми и3 Регистров ввода-вь1вода без предварйтельной пересьплки их в па|}1ять йи в свои регистРь|.
[1ередапа даннь1х из одного буферного регистра в другой осуществпяется нерез Ф[|, минуя полностью центршльнь:й пРоцессор [[] и его
рогистРь]. Благодаря этому не возникает некотоРь!х видов пррьлвахптй
и эффсктивность процессоРа увеличивается.
[|ри взаимодейстъ|^!а' устройств в системе интерфейса Ф1л| в любой
опеРа|ц{и о6мена :ттфорш:а:щей всегда участвуют два устройства' свя3ан-
нь1е между собой как задат!1ик (управляющее устройство)
и испопнитель
(управляемое устройство), Фд:товременно на Ф[[ не мохет бь:ть друх
задатт|иков
или бопее.
у'1
{
Фбщая [||ина пРдст:вляет собой физинески унифицирова}|ную магистиз 56 функ:цдон!шьно объедлп{енньтх лтшт|тй, по которь|м передается
Различная информа:щя: даннь1е' адреса' кот!1андь1' информа:щя о состоянии центР:шьньтх устройств и [19, сиг||апь1 управления.
Ряд пцъуцй м{шистР[ши Ф[|, иштеюшщх одинаковое функтщональное
назначение' объеданяются, в груп!ъ| пРоводов, образуя под1д|инь| ("Аа:т_
[ъ|е'', ''Адрес''), другие _ пРедставляют собой отдепьнь!е провода (''€ин_
хрониза:Ртя'', ''|1одготовка'). 8 соответствии с пРоцедуРами ввода-вь[вода
р:}пь
комппскт
пууттпй
в магистр!ши мо'(ет
бь:ть сгруппиров1|н
в три
з|
----^--- --'--'
ошашп|оп/ц пн9о446
ььь,$!
6
6
п
х
7-ъ
6
сек1р1и:
'пвРвдАчА дАннь|х" (4| пт:слтая), ''АРБитРАж гРиоРитвтов'' (12
ттитпт1т),' утРА влвнив с остоянивм систвм ь|'' (3 лигш:и )
[1одтшинь: адреса и даннь|х входят в сек|Р[ю ''пвРвдА!и д{ннь|х''.
Ритетов Ф[| приведена на рис.
&е
1
8.1 7
пРио_
€ушествует четь1ре типа операций пере.патлт да}!нь0( 0[|, которь:е оп_
Ределяются сигналами на линиях у (1 _ 0), формируемь1х задат1иком.
14з нулх _ две опера|{ии чтенця (![1( и чтсп) и две
за||!\су| (3п€ и 3пБ)
(табп. 18.5) .
}правление Ф!л! разреш.гается не только процесоору' но и некоторь1м
друг}1м интерфейснь:м устройствам. €вязь ме:@} задатчиком и испол-
-
нитепем осуществляется в асинхронном режиме с квитиров:1нием (подтверждением). 3ремя ответа определяется реакцией участвуюцц.|х в об_
228
Ф
д!
1н
оц
Ё8
нд
х.6
хв
=о.
о
.о
ь&
(-.)
;3
\\
\
1:
8\
дф
э
\ь
ч
ъ
.
пРм.
о.
Ф
Ф]
сигнальт Ф1|| в пРоцессе обмена проходят через интерфейснь:е
м1шистрапьнь|е уси'штели - исто1!ник ]1€? (ипи передаттик) и приемник
пРм _ преждо !юм они могут бьтть исполь3овань:. Больц_тинство сигнапов
Ф[|| вляются дву|{апр:1впеннь|ми' т. е. связапь: с уотройством нерез }1€1
и ||Р}1 сигн!шов.
Ёа рис. 18.18 приведен типовой Режим приема-пеРедачи двунаправленного с14г!1а!\а. }(ак видно \1з р!4сут1ка' двунаправленньдй сигнал появпяетоя в Ёв/х физинески разли|!нь|х тот{ка)(: ца вь|ходе А(\ тц 1!а входе
н
о
\, о.
ёв.
8осемнадцать лпнпй под|динь| адреса обеспецтвают адРеса|'ию 256 !(байт
||]1п \28 |(слов. [1одцпана даннь|х (16 линий) обеспе'ц:вает пеРедачу двух
всеми устройствами, подк.т1юченнь[ми на этот уРовень' €труктура
о
д
д
о.
0
Ф
.
байтов д(шнь|х шпи одного м{||||инного спова пар:1]1пепьно по всем Разрядам.
14нтерфейс ''Фбщая ц]ика'' испопьзуется пРоцессором и всеми [19
в соответствии с системой приоритетов устройотв' €хема упРавле}|ия пРиоРитетнь|ми преРь!ваниями' ,{азь1ваемая арб:ттром пРо!{ессоРа' определяет' какому из устройств занимать Ф1|! в текущий момент времени.
9стройства !у1огут запра|шивать Ф1|| по линиям запросов передати'
постут|ив[шим в арбитр. 3адаттцдк вьтбирается арбитром на ос}{ове сравнения приоритетов' а управление Ф!|| передается устройству с самь1м вь]соким приоритетом. 1]ри подключении к одной приоритетнойлинии нескольких устройств' имеюцР!х одинаковьтй приоритет, обслуж:вается первь]м
то устройство' котоРое подключено физитески ближе по Ф||| к пРоцессору.
3сего имеется т!1ть уровней приоритетов' кахдощ/ из котоРь|х соответствуот сигн{шьн:ш ли\{!4я' интерфейса. !|пт*тя может бьтть активизирована
,
ББЁ-\нЁн**Ё
$
$
\\
ьд
ч
6'
о|:
0=
|.а
:*
Фо
о.с
ь.
Ё\
х."
>'
хх
.9
оох
Ё:
н|
-.к
дч
ф
]аблица18.5
ния А€9,
даннь!х по ош
Фпврации п€редачи
![тение слова
;
{]€
00
9[€[|
01
[1щедана слова даннь1х из исполните'1я
1о же' 3атем до'окна спедовать операция
3||€ или 3|!Б в ту
ячейку
споообности интерфейса.
14нтерфейс 2к см испопьзуется
'(е
3апись слов
3|!€
10
3апись ба!ба 3||Б
11
€емейства
||ередана од!|ого олова даннь]х из задат_
чика в иополнитель
[1ередана ба*8а даннь:х
из
их
задат!ика
Адя общего
1&терфейс
двои1|нь|х слов;
новать системь| с больц:им чис]1ом входнь|х и вь1хош!ь!х к1|н[шов ан:}логового и дц1[скретного типов и создавать сложнь|е ивк, в см эвм и!!1еются
и аппаратуру
контроплерь1 _ адаптерь!' по3воляк)цще подключать }€Ф
2к см
техники
(Асвт_м).
пу, усо, модутей
|(омгш:екс
Асвт_м,
как
известно'
пред-
ст:}вляет собой совоку|1ность функтионатьнь|х устройств длля построе230
1:
,
*
}
{
!
!
предназначен для подключения
внутРисистемной связи и низовь|х подсистем к концентРатоРам (процессорам' кап:шам' согласователям' разветвителям интерфейсов и др.). |,1нтерфейс 2к см является базовьтшт (црегатного комплекса средств вь|1шслительной
|
|
$ 18.7.14нтерфейс 2к см
в семействах
38]у1 типа
€й-1
ут
(!у\-2.
основном предназначень1 дпя испопьзов:шия
4грегатами' тех!1ологическими процессами и пРо-
обозначенйя устройств' находяц{ихся на центральной
2(
расститан
на
паР{}]1лельную передачу 16-разряднь:х
в сообщениях два допо'1нительнь|х разряда вь1делень|
для контРоля каждого байта по четности. .[огтускаетс8 двусторонтпай обмен информа:р:ей за одну опера|${ю' управление переданей даннь|х от
устройств ввода-вь1вода' от пРоцессора' от к:}п!}па прямого доступа в
память (кпдш) и др. 8слпа недостаточно 16 разряпов для пр€дставления
сообщения, его мо)кно передавать двумя пересь1лками и 6олее. ]{опускаются также прием слов с мень|:]им 1!ислом разРядов (от 16 Ао 1) и
лю6ая кодировка даннь|х и упРавляющих команд. [1ерекодирование осуществляется пРогРаммно, но пРи этом релич|{вается затрата времони
устройсш осуществляется использованием блоков расшптрния Ф[|!.
Б состав уцравляк)щего вь11мспительного ком11лекса (увк) на 6азе
мини-эвм (й-3 и €й4 могут входить разноо6р!!знь|е уотРойства свя3и
с объектом (усо). 3ти устройства с интерфейсоп: Ф[| позволя1от компо-
чае проектировщик-системщик мо)кет конструировать на его базе дополнитель!{ь|е сопря}(ения см4 с !ц4фровь|ми пиниями и аппарутурой.
А€}
в
стороне сопРя)кения (процессора, кана.]1а прямого доступа в пат}1ять кпдп'
Рас]ширитепей ввода-вь:вода), в системе исг|ользук)т понят}1е''концентратор'' !{, а для обозначения устройств, находящихся на периферийной
стоРоне сопряжения' _ понятие "терминал'' 7.
вне1!|них
стандартов кАмАк, А€31 к интерфейсу Ф|||. Адагцер со стоРонь: Ф[!
имеет прямоадресуептьлй регистр. ||оштимо адаптеров' функ:щона.г:ьно
расст|итант{ь1х на определе}{нь]е устройства (мопем Ацпу, нмл, нмд
и дР.), имеется универс:шьньтй адаптер, расст!итаннь1й на обмен с любь[м
устройством' вь1даю!|:им ипи приним:|]оцц{м цифровой код. в этом слу-
пр|1 построе|{ии
€}у1-2
впяется по програм|ч1е' задаваемой процессором.
мене устройств' а не систем!{ь1м генеРатором синхронизации' что цозволяет
иметь в 33й разлиштого бь|стродействця процессор' память и шу.
1еоретинески к ош может бь:ть подключено бопь:шое .ддсло []}. Фднако по мере увепичен!{я тисла устройств' подкпючае|!1ь:х к Ф!||, нагрузка
на 1цину возрастает, все чаще возник{!|от конфликтнь!е ситуа]ц,1и и это сниэффективность системь1. ||рактинески разре1цается подклк)чать на
'€Ф[!!
ет не более 20
уотройств. }величение 1исла подк.т1|очаемь|х
€й-1 и
изводствами' а так)!(е при пострении экспериментальнь|х исс]1едовательских ком11лексов' для первич}|ой обработки резупьтатов испьттаний сложного оборупования' да}[|ь|х геопогоразведки' в информа:щонно_поисковь1х оисте||1а х, для. о6работки спектРометрической информатщи |2.441 .
Работа процессора с |1}, подкпк)ченнь1|!1и к-сопРя)кению 2{, осущест.
в испопнитель
1{:ттерфейс
процессов. эти устройства вь|полнень1 на элементной и
конструктивной базе 3Бй третьего поколения.
Фсновное назначение 2к см - увепичение числа индив}цу|шьнь!х
ттинпй уц гибкости при работе с систетиой прерь1вш|ия, обеспенение возможности переда[и аналоговь1х сигналов между ||}, повь:шлелшае пропуокной
в задатчик
!!тение слова с паузой
систем сбоРа первиштой информшц.1и' контроля и регулирования
технологических
з[
4
!
:
:\
процессора.
Фтли,пдтельнь:е особенности интерфейса 2|{
€й:
независимость от ар-
хитектурь1 процесооров; целесообразное Распределение фу""цш мФцу
термин!шом и концентратором; насть информа]щоннь1х ||]ин может не
использоваться терми!{:1лом; клапаниРов!шие прини1ч1аемой и вьцавае-
мой информа!ц1}1 осуще ствпяется в термин
2к см
:}л1е.
приведена в табл. 18.6 |2.441 .
1&терфейс содеР)кит три груп|1ь1 ]шин: от ко,щентратоРа к теРминалу
(вь:ходное) ; от теРмин!1па. к концентратору (вхопньте) ; между теР]!1ин.шами (анш:оговьте).
1&терфейс им0ет стРуктуру с комбщп:рованной системой::плн с ради:шьнь1ми линиями вьтборки (вБР-к) и ;центификац'д{ (гт-т) пу.
|1о цплнам концентратора 1[|1,1}1-( и термин?}па шин-т осуществляется
обмен :шлформа:щей между цонтРальнь|ми и периферийнь|ми устройствами. [1о |||инам (Р-( и 1(Р_1 переда!отся даннь!е для побзйтного контрол-;!
€истема
лцу*цй интерфейса
2з1
1ро0ол>кение та6л. 1 8.6
'(а6лица18.6
6истема линий инторфейса
}{аименование
2( 6й
Фбозначение
Фоновное назначение
ош_т
}!ачать |\л|1 продол)кить операци|о
€игнал о ненормш1ьной ситуации, не
1(онец операции
коп_т
препятствующей продолжению начатой
термивалом операции
Фкончание операции ввода-вь1вода по
3анято
зАн_т
}{аир:енование
Фбозначение
Фоновное назначение
Фгшибка
Бьахо ёньа е т!1пь' ко нц
}1нформационнь|е
1!]иньт
концентратора
шино-к _
1л|ин15_к
е
нтрато ра
.[ля передати команд ипи даннь]х
в
[}. !азначение' кол|д!ество используе-
мь1х 1пин, споооб передачи д!|ннь1х и
команд опецифинньт для ка)[(дого тер!!!:+ль:
ко:ггрольнь]х
раз-
(Р0_(: (Р1_(
рядов
инициативе |!9
минала
вода
||] ц ньа о блц
ок_к
Фтсутствие конто'1я
вд_к
Бьтдано
пР-{
11рием
|1ризнак, что разветвитель не з1|кончил прерь1ду1ц}.ю опФаци!о ввода-вь|_
[1ризнак для терминала' что инфор_
мация на шин_к не сопровождается
ена
шн фо р 11 ацц
Анапо1'овь!е сигна.']ь1
Ас0' Ас1
А[|!
зАп
конц)опьнь1ми разрядами
!дя указания |!}, что на 1[1,1Ё_|( вьтставлена информация для эал|1си в
буфернь:й регистр; является сщобом
приема для ||}
€игнал
вь]дачи информации ша
3апуск
шин-т
е
й
*о
еэкё
у
т е рм
ш
нал ала
ш
.{дя передани аналоговь1х сигналов от
их ко1у1мутаторов и преобразователей
в А[|!' А€0 - положительнь|й уровень
напряжения' Ас1 _ оц)1ц{ательнь;й
уровень напряжени'{
|1спользуетоя ком1!1утатором для запуска А[|!
д]|я терминала, вьтбранного сигнапом
вп_к
8ьтполнить
Фстанов
Бь:6орка
Фбшйй сброс
€брос маски
}становка маски
ост_к
вБР0-к _
вБРз-к
осБ-к
сБм_к
усм_к
вБРк
€игнал,
точнь|й омь1сл которого
сообщений на четность; есди такой контРопь не осуществляется' то допжен
бь:ть установлен сигнал на 1]линах Ф(-( и Ф(-1.
[1о сигналу вп-к пу приступает к вь1полнению опера|ц4и ввода'вь!во_
по
инициативе концентратора или по око!{чании обработки пРдьщуда
щего запроса |[!, т. е.' по завер!пении обмена информацией между концентратором и термин:1лом. сиг}{ал Б[1-}( подает кома}цу термин:1лу и источ'
нику подготовить даннь!е к передаче, а термин€}пу_приемнику _ осущест'
опре-
деляется для кокдого |!9
?о
я<е
Бьтборка конкретного терминала (или
функции' канала для сложного [1})
€игнал,
вь1зь1ваюц{ий сброс всех тер_
миналов
вить прием даннь1х.
€игнал включени'| вьтбранного пу
в систему прерь1вания
€игтлал
!
1
вь!ключения вь:бранного [1!
из системь] прерь!ва}]ия
{
}
!
$
3ьахоёньое шцнь. гермцнала
14нформационнь1е ;пинь|
терминала
й'"",
"'*'''",'"'"
разрядов
Фтсутствие контроля
|отов
2з2
шин0-т
-
шин15_т .[!дя передаии
нь:х и
кР0_т'
кРт-т
ок-т
гт0_т _
к
концентратору данинформации о состоянии тер_
минал!
1(онтрольнь:е разрядь! на каждь:й
шин-т
1
ба1{т
||ризг:ак, нто йн6ормация на [|йЁ_1
не сопровождается контро'ънь|ми разрядами
гт3_т |дя
сигнализации' что терминал готов
{
1
'!
{;
,1
}1
(игнал ост-к указь1вает вь|бРапшому
теР!у1ипалу на окончание опе'
то' что следующее передаваемое спово содержит команду.
8се сигншль1 термин:1п восприни|!:ает при |1ы|у[ч]4ут сигн!1па 8БР'(. (ок_
дому физическому вь1ходу на интерфейс присваивается до четь[рех сигналов вь1борки' чиспо которь1х исцодь3уется термин(1'|ом в зависимости
ра|*1и или }|а
от его функ:щональной слох(ности. Ан€шогично исполь3уются сигн!1'|ь1
|1-1, ознапаюш{ие' что пу запра1шивает об обспР!с'1в!шии (готово начать
обмен даннь|ми) ипи |!1о)кет продол>т(ать ранее начатьтй обмен. Б ответ
на сигнал |1-? концентратор на одном из вь|ходов интерфейса вь!рабать1_
вает сигн1ш вБР-к и устанавливает свя3ь с даннь|ми пу.
[1ришлна прекращения опера|щи' идентифицируем:!"я сигна'|ом коп'т,
указь|вается в слове состояния термин!|.па. 1акими при1!инами могут бь|ть:
спец}1:шьнь!е признаки вь1даваемой в термш'!}л инфорту1ации (конец зонь:
на магнитной ленте, символ ''(онец текста'' и тд.); ненормальнь1е ситуа'
]Р1и' при которьп( термин1ш не может продопжать начатую опера|ц.|ю (обрь|в ленть! и т.д.); дл|я устРойств мат:п.:нной связут - появ'1ение управ_
ляющего слова в потоке даннь|х. €игнальт Ф!:|-1 и коп.т воспринимаются
концентратором только пР|1на!1у\ч'|14 сигн:ша вБР-к для данного термин:1ла.
}&терфейо 2( не ргламентирует строго и однознат!но:
порядок действия д'|'1 нач!ша и окониния опера1ц!и ввода_вь|вода'
функ:цаи блпоков управления |[9, испопьзование информа:щоннь1х
||лин;
некоторь|е сигналь| вьцаются в интерфейс и !|н!шизиРуются по прогРамме.
3та особенность зна|итепьно упрощает подключение к игперфейсу
2|{ несгандартньо( |{}, в том числе аналогового тггта. Футп<ции ущавления
во3пап|ются }п програм}!у процессора.
||Ри невь:сокой скорости обмена д:}ннь]ми пРограмма
вь|полняет
также функ||ии к:1н{ша ввода-вь]вода.
3 интерфейсе 2}{ канала пРямого доступа Регламентируются все пере_
даваемь|е сиг}!аль! и их временн6я последовательность. Ёачало или пРодол)кение опера1ц'|и осуществляется топько пРи н:}пи1|ии сигнаша |1_1, а по
сиг}|:шу
коп-т обмен
немедленно прекращается. йитпдмальное время
на сигн:ш |1-1 составляет 0,5 мкс; д]|ительность пау3ь|
тутежду сигн:}лам}1 гт-т _ не менее 1 мкс.
Б интерфейсе 2( программпого кан:ша время связт4 с [9 не зависит
от сигншха |1.1; порядок вь|попнения опеРа|{|ц,1 пРоизвольнь|й; врмя
реак1п.|и кан:ша
установки сигн:}ла |1_1 после обработки очеред}{ого 3апРоса опРедепяетс'! для конкретного [1}.
.[дя рализац:с: интерфейса 2|( в процессоРе резервиРуются места'
в которь|е усп|}ввливаются спец!{{}льнь|е 11лать1 * интерфейснь!е карть|'
на которь1х могут части||но ипи полностью размещаться каскадь| управления [19: каскадь| приема и хр.1нения даннь!х (буфернь:е регистрь:),
ген-ераторь| стробирующих сигналов' ключевь|е каскадь] и т. д. 1ермшлал
либо вьлпопняется целиком на :ллтерфейсной карте размером 325х[40 мм,
лиф имеет в составе одну или несколько :пттерфейснь|х карт'
Ёа гцлате размеще|{ь1 два разъема р]\я связу| с :шттерфейсом 2( и один
разъем свя3и с [1}. ?ретий разъем может использоваться !']\я' свя3и с
остальной частью термин!}ла или приема вне!]]них сигн:шов.
€игнал на |цину 3А[ вь:дается коммутатором поспе окончания переклк)чения входнь!х цепей аналоговь]х сигн:шов и 1{е ранее чем нерез 0,1 мкс
после снятия т[редьщущего сигнала 3А|{. Фн допжен бь:ть вь:ставлен не
ранее чем нерез 0,1 мкс после очередного обращения концентратоРа к
коммутатору.
|!итание интерфейсной картьп осуществляется от размещеннь|х в концентраторе |1сто!|ников ]1итания. Аопускаемьле напряжения: 1 5 3 ! 2,5 7о;
*12в!2,57о1
!24в!\%.
Развитие системь| см-1/см_2 в рамках второй очеред]{ €[т1 33й производится с максим:шьнь|м сохранением взаимокомплексируемости новь|х
и старьтх средств и преемственности по системнь|м и программшь|м
3аделам.
2з4
Фсновнь:е цели развития - повь|1цекие технико_экономических параметров'
технологи1ности
улг{|цение
производства'
развитие
методов
ком|1пексирования' рас1ширение сферьл г1римекения ком|;д€ксов. Аецен'
тр'а11!4за\+1я обработки информации и управленпя [|! осуществляется
субкомгш:ексами на базе программируемьтх контроплеров или процес'
сора 1
€ \,1-1й (см 50/60).
}|гтгерфейсьл периферийного оборуАоваппая. 14тптефейс радишльнь:й
парап]1ельнь:й 1'1Р|]Р предназначен д]1я Радиапьного г1одключения к конт'
ро''леру 1( устройств ввода-вь|вода перфоленточкь1х' перфокарто'п:ь:х,
д,1ст1леев
и др.
(старт-стопнь1х, синхрошнь!х)
с
параллепьной переданей
осцовном |'1Р|{Р используется в ком[|лексах €й 38й.
информаптла.
Функ:щонштьньле характеристики интерфейса строятся на следую'
Б
щих прин]-ц,1пах:
метод
передат[и д€шнь|х
т!1е)|цу источником
и прие1}1ником не завпсцт
от 1ипа устройства;
на передаваемь1е даннь1е не накладь|вается никаких ограничении;
используется миним:шьное количество сигн;}пов управпения и состоя'
|{'1я;
передача данньтх осуществляется 1}1ежду одним источником и одним
прием!{иком;
для ду11пексного Режима обр:ена требуется два сопРя)кения.
[!уцнпп интерфейса !4Р[!Р подразделяют на три группь1: зазе|у1пе!|ия'
ушравления и сигнальнь1е.
}ровни сигналов усипителей-передатчиков у| ус|алтатепей_приемн:л<ов
соответству|от уровням интегр1}'|ьнь]х |}1икРосхем типа 1[}1. ||ериферийшь:е устройства подключаются к интерфейсу |'1Р1Р кабелем дт:иной не
болео 15 м.
}{нтерфейс радтдш:ьньлй последовательньтй |'1Р[€ пРед}!азначен д]тя
ттодключения устройств с последовательной переданей информа:цпл. }1нтерфейс о6еспе.ш,хвает единь|е способь: обмена информа:щей для Разпич_
нь:х устройств ввода-вь|вопа (}3Б).
1&терфейс
иРпс
позволяет осуществ]1ять асинхронную передач
постояннь1м током (токовая петля) по' четь1рех|1роводной дуплеконой
связи. € целью переда1{и г{оспедовательньтх двоит|нь[х сигн:ш1ов с регупяРной скоростью' определяемой стандартом' до:тустимо соеш.1нение т!1ежду
контфоллером и }3Б с указанием состоягц:я }ББ.
Формат передаваемой инфортиа:ии :
.штсло стартбитов
1;
1исло перед!ваемь!х даннь|х _ 5,7 плт{'8 6ит;
контроль пеРеда1и _ 1 бит контРоля четности (бит паритета);
штсло отопбитов - 2.
[итание це|1и связи ||1ожет осуществляться как со сторонь| пеРедат'
ника (активньтй режим), так и со сторонь1 приемника (пассивнь:й режим).
!1нтерфейо обеспетддвает передачу сигналов со скоРостью 9606 6тат|с
-
,' р...'',йе
ветственно снижается
-!ри
передаче на б6ль:дпде расстояния соот'
'. передачи.
скорость
от 0 до 500
8 о п рос ьл 0л
я са ок
гет
он трол я
ходного сопротивле1!шя уиг1 и боль1цого входного сог[ротивления следую_
щ}о( за }}1|| устройств. отечественной промь]ц|ленностью вь1пускаются
1. Б чем сущность интщфейоа?
2. }(акие разновидности интерфейсов вы знаете?
3. ](аково назначение и:перфейса перифщийнь:х
датчики'цредназначеннь1едляизмеренияэлектрически)(инеэлектри.
ческих величин' и]\4еюцих унифи:щрованнь|й вь1ход{ой су!т\\а]!' однако
ч|!сло их очень ограничено. [1оэтому между датт!иком тц А|1| вкпючаются
}}1|[, согласуюцще диапазон измепений разнообРазнь|х измеряомь|х пара_
метров с од}|им и тем же диапазоном из]}1енения унифц1Р1Рованного сигн!1ла.
||ри .тлинейной зависимости дагтика у = Рт(х) }!1[1 допжен вь|попнять
устойств?
4. }!азовлтге основные интерфейс:тые функ:ши?
5. |(аково назначение приборного интерфейса?
6. Ёазовите основные характеристики интерфейса кАмАк.
7. |(акова особенность:п:терфейса ввода_вывода вс эвм?
8. }каж:тте назначение :п:терфейса ''Фбцвя тцина''.
9. Б чем особегптость ш:терфейоа 2к см?
линейнь|е опера|{1'1и' назь1ваемь!е мас1птабиров:}нием.
Бсли вьхходной сигнал х датчика меняется о1 х1 [Ф х2'а!1]ка]1^ вь|ход-
ного сигнала
уип
должна ле)кать
![,1[1 допхсен вь1полнять
г л А в А 19' элЁмвнть| измвРитвльнь!х инФоРмАционнь|х
$
1
9.
где
1. 7нифицпрующие и3шфительнь|е прво6разователи
.[ат.шкам:и паРаметров совРеменнь1 х и14с яьляется бопь:.шое количест_
во первичнь1х и3мерительньтх прео6Разователей' разнообРазньхх по физи_
ческим прин]щпам работь!' видам вь1ход1{ь|х сигнапов' динамическим
диапазо1{ам. 8следствие зтого ослох}1яется непосРедственное сопря)кепие
всех дат[иков контРолируемого объекта со столь Раз!{яш|имися естественнь|ми вь1ходнь]ми сигналами с ед}:|нь1м изме рительнь!м тРакто м и\4с,
.[дя согласования вь|хода перви11ного преобРазователя (даттмка) с
входнь[ми измеритепьнь1ми устройствами |,1[4€ вь:ходной сигнал первого
до]0кен бь:ть щифиц|{Ров!|н' т. е. отвечать требов1шиям |Ф€та.3ту функ1ц.1ю вь|полняют втоРи!шь|е изморительнь|е пРеобРазовател|| п$л у'п.'фи_
|ц{рующие измеРитепьнь|е преобРшоватепи (уип). 6огпасно гост
9895_78 в качестве носитепя инфоРма'!д4 пРинять| электрические сигн:шь[
постоянного и пеРеме,!ного токов.
в системе допхнь| иметь пРедепь[: 0
_0,5+05; о+2о; _20+0+28;4+20; _ 100+0+100мА.
9ровни постоянного тока
!_*х|у,,
систвм
+ 5;
}ровни папРя)кения постоянного тока доп)кнь| соответствовать сл|9дую_
10+0+10; 0+20;0+50; 0+100мБ; _ 100+
шшм значениям:0 +10;
+0+200мБ; 0*1; _ 1+0+1; 0+5; _5+0+5; 1 +5; 0+10; _ 10+
-
в
предел:ш(
от 0 до ут (рцс. 19'1), то
линейпую операцию вида
(1я.1)
|= *э!т_ х , !о=-Ёхт;
у
!^!|!4
вуща
!=*(х_хт)
(\'2\
.
|Фждому и3 приведен}{ь|х вь|р:ркений (19.1) ут (19.2) на рпс' |9'2
соответствует своя струкцрная схема 9}1||1 у|уи||2, вь|полняюй^я эт\4
техн|д{еская реш1и3а'мяуил2 11есколько проще'
преобразования.
Бспи характеРиоту|ка х = Ё: (а), связь!ва1ощая вь|ход}{ой су\[\1ы7 х
дат!|ика 2 с измеряемь1м т!арамещом 4' непинейна' то кроме лш|ейной
опеРа|{ии ъу|да у = у9 * *Р1 (а) }ип допх(ен вь|полнять дополнительнели"ейную опера|{ию такую' что6ь! сигн:ш у вь|хода 9|'1[1 линейно
'у'6
зависел от изм€Ряемого паРаметра. 9та операция назь|ваетоя линеаРиза]щей.
Фбозначим передаточную функтц:ю такого линеаРизующего 9!'1[ че'
которая по отно1цению к д1
рез у = Р"(х).9ьтберем фщк:шю Рэ(х),
^(4)
ипи отличается от нее с определе1{ной степенью точносп1. это
'бр*т"а
у
!т
+0+108.
}казаннь:е }Ровни сигн:шов пимитируются следующими н{гРузочнь|ми
сощотивлени'[ми:
2,5 кФм д'|я сигн:шов 0+5 и _ 5 *0 +5 мА;
1 кФм д'1я сигналов 0 +20, _ 2о + Ф + 2Ф п 4 + 2| мА.
250 Фм для сигн;шов _ 100 +0 + 100 мА.
в иис дш|ьнего действия', где требуется пеРедача
сшгна.]]ов на ср:!внительно бопь:шие расстояния с невь1сокой погре!|]ность!о и без особь|х требований к лу!н!,{14 съязп' используются унифициРуюц_(ие измерительнь|е преобРазователи с токовь!м вь|ходом' которь!едолжнь1 иметь вь1сокое вь|ход-
ное сопротивление. 9нификахия уровня напряжения требует низкого вь|2з6
Рис. 19.1.
]!!ас:::табная
Рис. 19.2. €щуктура
|€ _ усФойство
характфистика
}}|||:
оложения;
ув
_
вь!читан}1'|; ! - лэтник;
уип _ унифицированньтй измщгтель_
ньтй прибор
усщойство
/)|
_поясняетоя приведеннь|ми на
рис. 19.з совмеще}{нь|ми по оси х (пар(!мет€огласно этому
Р} х) двумя графиками функтщй / = Рт (,)
'у =Рэ(х).
рисунку датттик ) с характеристикой Ё1 совместно с 9!!11, имек)щим хар:1к_
теристику Ё2, осуществпяют прео6разование диап:вонов изме}{ения соответствующих велит!ин:
Рт
Ро
[0_с'] ] [х' _хэ7 }
[0_у']
Бсли при этом входц{ой параметр а 6удет из1}{е1!яться не от 0 АФ 0д,
а от ак 5о с:, то д][я [олучения прежнего вь|ходного диапазона 9}1|! (от
0 до -Р: ) его характеристика дол)кша бьхть модафитр1ров!|}{а спедуюш|им
образом:
Р|(х)= [Ра(х)_ у,| |'
^ !т - !2
Ёа рис. 19.3 полезньтй расток крттвой этой
тиром.
футп<:щи показ;ш пунк_
Ёа практике наиболее часто линеариз1;$я достигается заменой
ре:шь-
пряту1ь|х
участков. [акая л:дтеар14за\]уя назь1вается кусо1шо-линейной аппроксима_
:щей характеристики и вь|полняется обьтчно с помощью цепочки последо_
вательно соединеннь1х резисторов' шц/нтиров1!ннь:х стабилитронами и]|и
д}1одами. [{а рис. 19.4 приведена схема аппроксимиР/ющего преобразователя А|{1 в котором н:|пря|(ение обратной связи задается многозветтной
'
цепопкой. € ростошт |"''*
Р€\А1|иваются ток через делитель и падение
напря)кения на каждом из резисторов. [1ри достижении напРюкения на
каком-нибуАь и3 1юзисторов напРяжоъ1у|я пробоя отаби.г:итрона ист этот
стабилитрон на|{инает [цу{п.1ровать ооответствуюцд}1й резистоР, Рсй преп.
положить, что Ё2 > лз > :?4, то Рост тока 1, нерез делитель' обусловленть:й ростом вхош!ого н:}пРяжения и"*, вь:зоЁёт поочеРедньтй про6ой ста6п-
|А|[
,4/7 *.
аппроксимщую!ций преобразо-
ватель;
238
!
_
дъуод
|м
токе у|п|фи'ированнь!ми являются сиг}{:шь1 ам|1литудно-модулиров:}н'
ного переменного напряжения следующего уровня: _ 1,0 +0 + 10; 0 +
+ 2р в'{астотьт с|{гн:шов соответствуют 50 или 400 [ц. ||о |Ф€1 14853-76
сигнш:ов 2 *
разре1шается применение ъ А|1( частотно_моду]1ированнь1х
++; + +8 гц пР|{ ам!|]|итудах 60 + 160; 160 + 600мв; |,6+2$;2,4+
+ \29 ь' в иис сигн!}пь1 пеРеменного напря)кени'{ применяются зна1!итепь-
.(дя преобра3ования переменного ап'1|1литудно-модулированного ша'
щя)кения дагиков давления' перепада давления' расхода' уровня в у}пп{_
_
фи:щрованнь|й сигнап постоянного тока 0 5 мА применяется }|,1[1 типа
нп_пз, структурная схема котоРого приведена на рис. 19.6.
}1з рис. 19.6 видно, что т|е|юменное н:}пряжение с вь|хода .\ демодупятоРом преобразуется в пропор1р1он:1пьное напря)кение постоянного
тока' дапее оно проходит через м:шнитт+ьтй &1| и электронньтй | усплпте]1и постоя}|ного тока, охваченнь]е отрицательной обратной свяэью Ф€.
!{астоттъпй ддттик представляет собой генератор' в частотно_зависи_
мую цепь которого вк]1ючен 14|1. Боль:динство генератоРов имеет не,1и_
ней|ую характериотику | = р (а) , а вь]ходная частота / отлинается от щ/ля'
еспи измеРяемь|й естественньтй параметР с равен нулю. [1оэтому 9|4[1,
пРедназначоннь1е
работь! с частотнь1ту1и ддт|иками'
ртя
кущего значения часготь| / 0го на!ипьного значения.
Ёезависимо от в}{да вь|ходц|ого сигн:ша дат!ика
и
раз]тич:||от инд{ви-
многока}1апьнь|е }14|1. }1ттдлвиду{!''1ьнь|е
|]0ых
! 8,,
Рис. 19'6. €щуктурная охема }й[1:
_ датняк3 А]|{ _ демодуттятор; *!! п
матнитнь|й и элекщоннь1йусиллтелп; @€
обратная овязь
-.+,,
1ос
вь|подняют те
что и унифитщруюшще устройства амп'1итуд{ь1х дат||иков.
€меще:пде нуля 1шк:шь! можно 9существить пу1ем вь|1мт:1ния из те_
х<е функц:ш:'
ф,,
ц+"
0х
щафиков
Р*тс. | 9.4. €хема аппрок0имирующего
щеобразователя:
|!ринцип де1тствпя унифицированнь!х устройств переменного тока
опРедспяется видом модуля|ц.1и' используемой в дат.п:ках. !{а переменном
!|1|| используются щля унифика1ц4у1 с1|[\7а!1ов пРи огРаниченном времени изме1ю'
[
о
функций Рт (а) и Рэ (а)
ной погрелшности а|1проксима|ц1и.
д/альнь[е, гРупповь|е
[
!1
!
но рехе.
ной характерис1ики ломаной кривой, состоящей из несколькцх
Рис. 19.3' [овмещенио
в порядке д!, д2, А3. |акутм образом, характеристика ивь|х =
будет
иметь четь|ре участка (рис. 19.5). Бьлбор 1исла участков
Р(ш"*)
=
:!ппРоксима1*1и и размеРа каждого из них осуществляют цсходя из 3ад:|н-
]|итронов
п'5
.[|
!
*
-
Рио. 19.5. )(арактщистика с
кусовво-линейной а[1прокси'
ма:{*тей
2з9
|*|я. ш1ц!4в\4ду!шьнь]е 9}1|! позволяют пРоизвод}1ть т:1кже преобразова:пле
одного унифицированшого сигнапа в дрщой, гапьв:|ническую развязку
входнь|х цепей, разветвление вход{ого си[||а]7а по нескольки]!1 вь1ходам.
Фднако пРименение в каждо1}1 измеритепьном кана"пе й}1€ своего
}!4|! неэффективно' поэтому применяют групцовь1е }}1[1, обслуживаю_
щие определенную группу дат1иков' вь!ходнь1е сигналь! которь|х представляют собой оштороднь1е физинеские вели1мнь|. Фт*т располагаются
в АА( поспе ком1и)датора и упр:шляются совместно с последнимут су{у!хронно блокорт управления. |!ри этом подключением очередного дат!мка
х:}рактеристики группового }|,1[ перестр{шваются в соответствии с пара_
!!1етРами вь|ходного сигнапа конкретного даг1ика. 8ажной хар:!ктеристикой группового !!4|! является скорость перестройки его характеристик'
так к!}к она определяет бьтстропействие АА( в цедом.
3 многоканапьнь|х АА( лри необходимости измерения разнороднь|х
вепи1ин последние груп!1ируются по роду физинеской вели.инь| и каждая
групг[а подключается к соответствующету1у группово|у'у уип. в этом случае
в А|1( приме|{яются многоканальньте 914|!, которь|е представляют собой
объединеннь|е в одном корпусе у\лина одной гшлате нескольки)( у|нш1в!4ду€}льнь|х 9[{||. Фсновной конструктивной особенностьк) многоканального
!А[1 яьтляется использоваттие общих источников !1ит!шия и системь| контропя р!я всех индивидуальгътх 914[1.
к уип предъявля|отся те же требовагштя, что и к пюбому 14[: обес_
печение вьтсокой тотности' помехоустойштвости, метрологииеской и
экс11луата!*1огш:ой надех<ности.
Б настоящее время развитие |}1икропроцессорной техники позволяет
зов:шии й11 поправочнь!е коэффитщенть| передатот|нь|х характеристик
всех контРолируемь|х даттиков мо)|с|о 3анести в бьлстродействующую
матричную память микропроцессорного блока упр!шления !414€. ||о штере
необходимости всякий раз осущестБляют коррек|ц,1ю результата цря|}1ого
измерения' не с1{ижая при этом общее бьтстродейстьуцеАА€.
1акое проек_
тирование является онень эффективнь1м и почти всегда приеп{пемо, по_
скольку в АА( требуется цифровая обработка ан.шоговь1х сигнапов с
использова!{ием ;шгоритмов разпи1тной спожцости.
$
1
,1!
в
определенной последо_
вательности к устройствам предст1шления инфоргиа:ии' ш|я распреде'
ления сигн?}лов' несущих служеб'
ную информацию' р:я формирова_ния сложнь[х сигн:шов спе1щ:шьнои
формьт и в дРугих спг{аях.
1(оммщаторь|' являясь эпе|у1ен_
том }1€, имеют нормиРов.1ннь|е метрологическив характериотики' }(ом'
мугаторь! с нормируемь|ми метроло_
гическими характеристиками
назьт_
ваются измерительпь1ми коммутато-
,'
ё;
11
1!
ра!'ш{.
Рис. \9.7. Фрагмент структурной схемь|
с коммутатором:
*
,[[, _ датяик; 1( - коммутатор; [,1Б
измфительньтй блок, €! - схема уп!,1[1€
равления
Б общем слу{ае измерительнь1и
коммутатор представляет собой совок)дтность кпючевь1х элементов разпи!шой констРукщ1и и прин1щпа действия' уг!рав'[яемьтх разнообразнь|ми
характеРизуются то!|ностью, бь]ст'
устройствами управлен'я к'''щ'торь!
сигш:}лов' числом каналов и [р'
ропействием' уровнем ко|!1мугируеп4ь!х
подразделяют_ на^-низкоточ'
коммутаторь1
||о то.плости измерительнь1е
(1,0 - о'о5 %) и вь!со_
точности
средттей
19
/о),
(с
погре1||нос1ью2
ньте
котот{нь|е (< о,05 %) .
с пиз'
Аналлогично по бьтстродействию ко1}1мутаторь1 вь|полняются
ким бьтстродействием (время
Ёйй"а^"'вием (0,1 *. > г,
{
переключе1{ия
)
[,}
0,1 мс)' со сред[|им
1,0 мко) и бь:ё}родействуюшими (7,
(
мкс).
[1о числу коммутируемь|х кан:шов измерительнь!е коммутатоРь1
({10),срештекана]1ьнь1е (< 100) и мно'
подр!вделяю,
1,0
гокан!тльнь|е
100).
Р "'*-'"й,**,'.
Резупьтирующаяпогре1шностькоммутатораопРеделяетсяпогре|д.
ноотьюкаждогоключевого.элемента'атакхев]1ияниемихдРуг[|адруга.
3квивалентная схема ключевого элемента измерительного комму'
*|
\!
ч|
\|
9.2. !4змерительнь|е коммутаторь|
Б настоящее время прослеживается тенденция к созданито АА( с боль11]им [испом измерительнь!х канапов. 3то предъявляет особьле требования
к одному из ва:кней:цих структурнь|х элементов |,1!,1€ _ коммутир{ошим
устройствам'или коммугаторам. Фсновное их назнат[ние _ временн<1е разделение каналов' т. е. поочередное подключение измеряемь|х (или конт_
ролируемь|х) электринеских сигналов ко входу 8|!( с наиме|{ь||]ими
иска)кениями. Аа рис. \9.7 прпведен фрагмент структурной схемьт |4}1€
с применением коммратора 1{ в составе й|4€' (оммщаторь| используются
в АА( ш|я временЁ6го разделения каналов и подкпючения вь!ходць1х
24о
сигналов
$1
т]
Ё[
*1
!|
Рио. 19.8. 3квивалентная охема клю-
чевого элемента коммутатора ([/
переклтопатель)
-
&с.
19.9. }{ногофункциональная струк-
тура поощоения коммутатора
,[[
_ датаик;
1(
_ коммутатор
:
21\
татора приведена на рис. 19.8. ||опоже;пде
ких пеРеклю1ительнь|х элемецтов' относятся к бесконтактшь|м. 3то ком'
перекпючателя,|7соответствует
2 закрь:тому.
Фоновньлми пар{}]!1етрами' хар:|ктеРизуюц{ими работу ключевого элемента
в открь|том состоянии' являются сопрот}1вление .&6 и эквивш:ентньпй
источник напряжения ||6, дейетъутощего на вь1ходе ключевого элемента
./
откРь|тому состоянию ключевот'о эпемента' попожение
при
и''.
-
мутаторь| на ос}.овеэпектроннь!х ламп' полупровод[{иковьтх приборов
(6иполярнь:х и г1опевь!х транзисторах' интегРапьнь1х схем на их основе) '
а
=0.
так)ке оптоэпектрон!!ь1е,
[1ереклтотательнь|е свойства кпючевь!х полупРоводниковь!х элементов
(транзисторов)
основань|
на
зна!|ительном
изменении
их
сопротивления
Б закрьлтопт состоянии ос}{овнь|ми пара!!1ета!у[и элемента являются
сопротивление -& и эквивапентнь:й истоцтик тока| , генерируемьтй ключом.
Б идеа.т:ьном слу{ае (:щеат:ьнь:й ключевой элемент) }о = 0, 11о = 9,
/о = 0, &9 = -. Фдлако в ре€шьнь[х к}|ючевь!х элементах 3начения указ:ш.
нь!х |иРаметров отлич:1ются от иде{шьнь|х. 8 результате возникает некоторая погре!цность' зависящая не только от конструк!ц{и и пр]!|щ:пта дей_
ствия используемого ключа' но и от пара|}1етров коммутиРуемого сигнапа'
темпеРатурь1 окружа1ощей средут,т!исла каналов и АР.
€рерл мнол<ества хар:1ктеристик коммутаторов вь|де]1им олодуюц|ие :
погр|дность коэффитщента пеРедати (ц"* * ц"*.*/ц"*) ;
бьлстродействие' под которь|п/| понимато{ шсйб_'!тер?йлючений комму-
при изменении входнь|х управляющих сигнапов. Бспи в качестве ключо'
вого эпемента используется полевой транзистор' то сопротивлениегу1 его
исток{токового к:ш{}ла ]у1охно управлять цотен|д|'|11пом на его затвоРо.
3 открьттом состоянии сопротивпение канала исток-сток шолевого тРц{'
зистора составляет сотни о|!1' в закрь1том - от ед,|ниц до десятков мегаом.
|исло входнь|х кан11пов' показь1вающ'", *"*о" число
дат1иков может
подлохке больтшое копичество тр:|нзистоРньлх кпючей и полу{ать т!ким
образом интегр:шьнь|е схемь| коммугаторов. количество кана'пов так1д(
коммутаторов огр:|н|дивается ли1||ь количеством вь|водов микросхемь1.
[1ри создании многокан1шьнь|х комму1аторов при|!теняют групповой мето['
=
[1араметрь: ключевь1х элеме}{тов на ос}|ове биополярнь1х тр:!нзисторов
нескопько хуже' чем у ключевь|х элементов на основе полевь1х тРанзиР
торов. 3то обусловл\4вается остаточнь|м ко.'1пектор-эммитернь!м напр''
жением в открь|том состоянии. .[дя уменьшления этого недостатка пр{
построении измерительнь]х коммугаторов указаннь|е транзисторь] стара'
ются ,ъь:ращивать'' на одной подло)кке по ештной технологии. €овременная микроэлектронная технология позволяет ''вь:рашщвать'' на одно*
татора в секу,цу;
обслул<ить коммутатор.
}йиболее важной характеристикой является погре|]|ность коэффи.
|ц'1ента передачи. }у1о:што показать, что пог|ю1||ность коммутаторов
от т!испа коммуп.|руемь!х к{1налов и Растет с их увеличением,
з:висит
в щедепах одной интегр:}льпой схер:ьт получают весколько ком1иу|атор
нь|х групп. [1одобную структуру имек)т комщ.таторпь1е интегР:}пь!!ь|6
микросхемь: кР590кн3, 543кн1, 543кн2. ис кР590кп3 _ друхгрупь
повой четь|Рехкан:шьнь1й коммутатор; структурная схема пРиведена
.{дя умень1||ения погре|дности' как показ:}но на рнс. |9.9,исполь3уют
групповой и]1и многоступенвать:й прин|п{п постРоен|{я (. !ля кФ|(дого
многок;1н:}льного комп/1угатора существует некотоРое оптим1шьное !исло
гР1пп, при котором обеспещдвается ]у1инимум пог|ю|дности коэффициента
пеРедачи; указанное ]|исло пРимеРно равно корню кваАРатному из общего
1испа дат1иков' т. е. если в кал<дой гРу11пе вк;1ючено 4
даттиков, то:(_-опт =
=х/а Б,где 0 _ количество
|1о щ:шх:щпу их действия комп4)датоРь! подразделяют на конт!1ктнь]е
и боскотпактньте. [( контактнь|м кпюч:|]у1 (комштутаторагт) относятся
р{в_
рода т1ектром:шцитньте [юле, [цаговь|е искатели' герконовь1е
'1и(шого
Реле' упР:вляемь|е постояннь|м магнит1{ь|м полем. (онтактпь:е коммута_
торь1 в проводящем состоянии имеют достато1|но м(}пое сопРотивление
(* о3 Фм), в состоянии размь|кания их оопротивление имеет огРомное
значение' огр:|}|цченное ли|шь токами )дечки' зависяцц.1ми от качества
изготовления и констРукци|1 комм)датора.
[1ри переключении цепей с ни3ким уровнем напряхения с помощью
гругш.
'
контактнь|х кллочей необходимо у|!ить|ва]ъ паразитщ/ю термо3,[€,
зна-
ч€ние которой достигает нескольких микровольт. Бьлстродействие кон-
тактнь!х то:ючей неволико. Ёаиболее распростР1|неннь|е электРомагнит_
Рле имеют время срабать:вания порядка 5 _ 15 мс и вретия отпускания 10 _ 15 мс. €ртма времени срабать:вания и отпуск(ши" представл"ет
нь|е
собой потерю вРемени на переключение.
242
3се электроннь|е коммутаторь|' не имеющие
на рис. 19.10.
подвижг{ь1х механичес-
:.,
$,
Ё
;
Р1нтегральнь:е коммутатоРь| крме ообственно ключевь1х элемептов
часто имеьт и устройства управления' изготовленнь|е по еддной ут:ти гц6ь
ридтой (по отно:шени|о к ключевь]м элементам) техттоп0гии. ии управ'
:гяюш|ие схемь1 берут на себя все футп<тци по ущавпению пеРключением
к:ш!шов' оператив|{ому изменению режима опроса кан:шов. }правле:пле
таким интегр!}пьнь1м коммутатором сушеётвенно пРоще и не тре6ует
зна(ительнь|х а|1паратнь!х затрат. Ёапример, интегр:шьная схепта 543(Ё2
является 16-канштьньпм (игпа 8х2) коммутатором' канапь| которого |!1ог)п
опра[||иваться как последовательно (от 8х1 до Бх16 и т.д.), так ив пРоизвольном порядке адресом' подаваемь|м на вь|водь1 А0 _ А3 микросхемь1'
3ь:бор Ржима опрооа определяется потек]ц|(}пами на управляющих входах ''Адреснь:й опрос'' и ''|!оследовательнь1й опрос''' Ёа рис. 19.11 приве_
дено ус;овное графинеское изобра:кение ис 543кн2. Рассматриваемьтй
ком1}1утатор соотоит из дв]д 8-каншльньтх комм)даторов' кан{шь1 котоРьп(
опра1|]иваются пар1}плельно (од:овременно) , т. е. вх1 п Бх9, 8х2 и Бх10,
...' 8х8 и 0х16.3хощ:ь:е сигналь1' поступающие на входь! 8х1 , ..-, 8х8,
коммутируются на 0ьсх 1. €игнштьт, поступ?|юц|ие на входь1 Бх9, ..., Бх16,
коммутируются на Бьух 2.
8 зависимости от потен|ц{
ал^ ъ\а
вьводе''[1ерестройка'' можно полу{итъ
243
1ро0оллсеное та6л. 1 9'
8х1
Фбозначение
8ьтх1
8х2
8х3
Бьтх2
8ьтх66
вь!х цло
'43
|
кн2
|
А 0росньт0 опоос
0осле0о0атвльньт0
0пр0с
2(/о
!стоно0ка,,0"
0еРестро8ко
,,',^,,,,,,,',й1, | ''
пё[]нлй,ёнц/в]|э||э|':1|
__.] 1
*___,
А0
'й'{'-
Рис. 19.10. €труктурная
А2
6х0
схема иптещаль_
типа
&тс. 19.11.
[раф:,:иеское изображение
и}|тещалы{ого коммутатора
1аким о6разом, при поте1{1и1ше на вь!воде ''[1ерестройка'', равном
0, ис 54зкн2 позволяет одновременно иметь сдвоегптьй 8_канальньтй
(со сторонь: 8ьух 1 п Бьсх 2) и 16-канытьнь:й (со сторо!!ь| 8ьсх 3) комму-
.[1ог
таторь|.
3лектронньте коммутаторь|' уступая контактнь1м по таком!у параметру' как сопротивление к{ш!}ла в открь|том оостоянии' значитепьно превосходят последние по бьтстродействию. Б табл. 19.1 приведень| значения
некоторь1х в!ркнь1х параметров ртя натл6олее часто применяемь|х на пракп,1ке коммутаторов.
\а6лица19.1
)(арактщистики интеграль].ь|х коммутаторов
к590кн1
кР590кн3
244
8
4х2
д''*р'о'
500
300
543кн3
в иис
кретнь:й кан:!"л внутри этой груп!ь1.
{исло
каналов
543кн1
543кн2
300
450
0,3
16
8х2
300
16
27о
0,3
0,3
16
200
350
80
4
м2
8
2,5
1
1,2
0,8
иком'3
*15
+5
115
115
410
110
110
$ 19.3. 7стройства о6работки и3мфительной информашии
А1
возмо)кность поочередно комм)диРовать 0ьах ] и Бьох 2 на Бьтх 1. |7рп
этом потен|ц'1:ш }|а адреском вь]воде А1 опрдоляет' какая именно из ком_
мутаторнь|х грутш:8х 1 . . . 3х 8 и;ут 8х 9. . . Бх
подп<лточается к 8ьсх 1
'16
в даннь:й момент време!!и'ащРеснь|евь|водь1 А., А', А2 вьтбпрают кон-
Фбозначение
к591кнз
'вкл'.мкс
А/
в-хт1
|п'г
ного коммутатора фуппово}о
кР590кн6
к591кн1
к591кн2
:1откр .Фм
{исло
канапов
1
1вкл'.мкс
1
0.3
цком'.9
+5
115
обработка измеРительной информа|д{и осуществляется специ'
!шизиРованнь1]!1и вь|тислительнь!ми устройстват'шд' 11Ри этом апгоритм
обработки опРеделяется тему| задачами, котоРь|е ставятся пеРед да:тной
|!змеРительной системой.
€ развитием больш:их интегР:шьнь1х схем (Бис)' микропРоцессоров
(мп), тиикро33}т1 и системь| мапь|х 98й наблюдается те1щен|д|{я |||ирокого
применения поспед[|ш( при проектиров:1нии АА(, разтм'опхого назначения.
Фсобенносш: указ|!ннь!х устройотв _ вь1сокая интегРа1р1я и бь:строЁей'
ствие' м:шь|е габаритнь:е Ра3мерь1' вьтсокая наде)к}|ость _ обеспещтвают
возможность проектиРоъауутя |1А( на совеР1денно новом качественном
уРовне. Рассмотрим [{екотоРь1е хаРактеристики й[1' ттш:кро98й, систем
маль1х 38й и пок,'кем у1х ълиянле на структуру и методь| пРоекп{рования
иу1с'
1иповая стРуктуРа
1т4[1
третьего поколения с наРщиваемь|м чтлслом
разрядов и микропРограммнь1м управлением изо6ра:кена на Рис. |9.|2, а.
Б таких 1{[1 операщ:онноо устРойство состоит из отдельнь[х ма'|оразРяд'
нь|х модулей, в которь:е входят А![!, ретпотрь: общего шазкаче||ия РеФЁ,
деплифратор микРокоманд А]т!!у{ ц схемь| пересь1лки аАресной информа'
:ии. !!исло отдепьнь1х опера|[|оннь|х модщей зависит от тре6уемой раз'
ряш{ости /|11. [\ротрамма работь: 1|11, ърортмая устройством ввода'вь|'
вода |88 в виде кома|ц' хр:1нится в опеРативном запоминающем устрой'
стзе Ф3|. Фтсюда командь| постщают в микРопрогРаммное устройство
управления й!!, которое рогистРом микропрограмм Ре]]'[ каждую кома||'
ду првРащает в микРопр0гРам]}1у у!лу| в пооледовательность микрко'
мш|д путем вь:бора из постоянного запоминающего устройства [13| хра'
нимого там на6ора микрокома|щ (микропрограмм.). Адрес кацдой опе'
пуюшей микроком:шдь: вьтра6атьтвае1ся в !|||| в"}оотввтствии с к-одом
кома}ць!' кодом предьцущ}й т*п*крокоман;!ь! й состол*ией'оперйдон'
нь[х модулей. йикрокома}ца упР(вляет фугпс:щокированием опеРацион'
нь|х модупей, вьтполняющих щебуемь!€
микроодера!пш|'' в' том. |!исле вь!'
.
245
;
а)
т.
ским процедурам. йик рпрограммна я
контрольно -диагностиче
реа!\!1за|ц4я
уг!равпения обеспе|п,1вает мень1'цее бьтстродействие из-за ее последовательного характера' но зна1|итепьно боль;шуто гибкость работь: й[1 благодаря
легкости изменения микропрогра!у1мь| и во3!!1ожности перестройки оистемь1
кома}щ' повь|1шает производительность за счет введения дополнительного набора микроопера:ий.
йикро33й
*
это конструктивно завеР|ценная микропроцессоРная
система'
оформленная в виде автономного прибора со своиуправляющ!}я
ми исто1{никами ]1итания, интерфейсом ввода-вь!вода и коту1плектом про-
граммного обеспече[{ия. .[дя повь:тшения бь:строАе1\ст314я во всех микро33й используется прямой доступ к памяти и обеспецавается возможность прерь]вания; последнее позвопяет изменять последовательность
вь|полнения команд по сиг}!апам пРерь1вания с помощью ком'}нд пере-
дачи управления.
микро3Бй, в которой связь 1т4[1 с оперативнь|}у1 запоминаюустРойством Ф3!, внетлним запоминаюшщм устройством вв0да-
€труктура
шц.!м
вь1вода |88 осушествпяется через Раздельнь1е 1шинь| адРеса д(шнь]х и
упРавления' изобра)кена на рис. 79.|2, б.
[1рограмг'ш:ое обеспечение ш:икро391т1 включает упРавляющую программу' моделируюц{ио прогРаммь1 систе1!1ь| команд и системь! микркоманд' контРольнь|е тесть1' некоторь|о целевь|е зада1и. Бнутреннее стан.
дартное пРограммное обеспечение микро3Б1т4 содер)кит систему управпе}|ия и контропя фушкциониров{|ния микро38й и с|1стему автоматиза|ц{и
разработки прогРамм и микропрограмм. 8нетцнее ста|{даРтное прогРаммкое офспечение микРо38й вклпочает: тр(шслятор' м1оделирующую программу системь1 команд' предназначе1!!|ую для отладки на обьтшть:х у:птверсапьнь1х 98й программ' составленнь]х в ма1шиннь|х кодах; моделирующую прогРамму системь| тт1икрокоманд' предназначенную д'тя отладки микРопрограмм на обь:щтьтх уйверсальньгх 3Б[4; профилактические
тесть1, обеспе.п.:вающие контроль работоспособности микр38й, а также
средства редактиров!|ния и отладки.
йехсдунарош:ая система 1}1аль1х эвм (см 33й) строится как агРгат.
11ая ст4отема технически)( и шрограммкь]х средств вь1тислительной техники с у:тифика:щей системньтх' архитектурнь|х и конструктивнь1х Р|шегпцй. .{ве междунаРод}{ь|е системь| (вс эвм и €й 3Б}1) в совоку[тности'
Рис. |9.12. €труктща микропроцессора :
4 _ с наращиваемь1м чиспом разрядов; б - с разделыль!ми 1динами даннь]х' адреса и управления' А,]7у - арифмет:шеское логи[!еское ус1ройство;
!9ц
увв
регищр общего }[азначения;
- усФоЁство
ввода-вь!вода;
дшм _
Р1|! -
детпифратор микрокома}ц;
микропрощ||}1мное усгройство
управления; Ре*{
регистр микропрощамм; 3! _ запоминающее уст_
ройство; 7[/, .])4а, $,[[ * матзасц:ш|и управлен\1я' адрееа и даннь|х соот_
-
ветственно
рабать|вает адрес спедующей кома1ць1' хр:шимой в о3у. йикропроцессор
Ре|1лизует боль:пое !|исло различнь!х функ!ц,|й за счет вьтполнения соответствующих микрокоманд. в й[1 испопьзуется три типа магистр(1пьнь|х
т:штн:
|1!,
]у1а'
.[дя управпения во всех существующих и нь]не
й[1 используются два прин1Р1па: микРопрограммнь|й
Разрабать|ваемь|х
прин|цтп и жест-
кая схемная логика с фиксирова:т[|ой системой команд. Реал:иза:цдя управления мп по жесткой схемной логике более экономична и, как правило'
о6еопетп.1вает более вь!сокое бь:стродействие работьт [4[1, но мень!11у1о
|ибкость из-за того' что систе|}1а комшщ фиксирована' аппаратурно реализована в том же кРист.[пле и не догускает изменения и встР(}ивания
отдельнь|х ком:шд. |(роме того' схема управления по )кесткой логике
менее однородна' а следоватепьно' менее технологична и труднее поддается
246
дополняя одна другую' становятся тех:п.:ческой базой автомат|1за|ц{и уп_
равлсния и обработки :штфорш:а:щи во всех сферах народ}{ого хозяйства
|1,4.
[2.20, 2.21, 2.22, 2.28]
!
|
]
Ё
{
ч.
:
.
йеждународная, с!цстем1а м{1пь[х 93[4 включает следуюшц{е гРуп|ъ|
устройств: базовьтй ряд пРоцессоРов р:!з]1и|{}|ой производительности (Ао
1 мл:н. опеРа'ц{й/с) _ см-1 , см-2, см-3, €й4,::птрокий набор устройств
ввода-вь|вода' вне|]|ней памяти' отображения' связи с объектом' дистан:р:онной съяз|1, внугри_ и межма|д|инной связи.
Ёопсенклатура технических сРедств второй очеРед|{ €й 33й базируетоя на применснии Б}1€ и й|{. [1редполагается также использовать спе|ц{{}пизированнь!е цроцессорь| в сочетании с моделя|у1и первой очеРди
247
см
эвм,
т|то позволит
создать
вь|1{ислитепьнь]е
и упРавляюцие
ком[пек-
сь1 со средней производ].1тельностью' в несколько десятков Раз превосходящей производ|{тельность центР(шьного процессора.
€истемьт програ!\{много обеспечения мЁшь|х 98}4 создаются с'у]етом
необходимости использов!}ния возможно мень1цего объем:а памяти' Фпера|Р1оннь[е сиотемь| мапь]х 38й по сРавнению с боль:пими 38}1 гораздо
проще' менее у|{иверс:шьнь!' ||1ногие футп<:ии обслух<ивштця,. ц у|1ра3ле!1\4я
вь1полняются аппаратно.
}казанньте параметрь| 1\4|{, ш:икро- и митдд-3Б},1 при ре:!]1изации их в
в качестве универс:шь|{ь|х из!у1ерительшо-информацион}!ь1х эпементов при ре:|]ении ||]ирокого круга измерительнь|х и информа:щопнь|х
задан обеспенивают следующие особенности и3мерительнь|х систем :
возмо)кность распределения вь1чиспительнь|х сРдств по всей системе,
т. е. применение мп и м!шьтх 38й в ситуациях, когда использование вь|!ислительной техлики всех р:шее известнь1х видов приводило к неприем_
лемь1п,| Решёниям;
АА(
воз|}1ожность распреде]|ения вь[чиспительнь|х средств по всем иерархш|еским уровняп4 АА|, нто обусловливает боль:шое 1{исло вари!1}!тов
стРуктур' пРигод1{ь!х д]|я Ре|]|ения конкрет}{ь1х задач; пРи это]!1 вари1|}!ть1
могут различаться.не топько ]}1естом приложе!!ия средств вь1!ислитепьной техгпдки' но и объемопд ре|цаемь1х ими 3адач: таким образом, стала
возможной
иерарх|{ческая
система
и
испопьзование
вь|1испительнь|х
сРедств в АА|;
возмо)с|ость замень| схеп4нь|х ретшений програп,!мнь]ми' т. е. применение }у1[1 позвопяет ре1шать все заданнь|е логические зада!|и посредством
разного в|ца программ; замена схемнь|х реплетптй програм1}1нь|ми по3воляет в самь1х |цироких формах использовать моделировапие на универс:ш1ьнь|х 98й для опРеделения свойств и характеристик проект'ру"'ой
аппаРатурь1; зна1п{тельцое сни)кение вероятности отказов.
|,1спопьзование (}4 38й открьтвает больт:дде возможности пРи построении телемеханических АА( с территориапь}1о Распрвделенной структурой.
[(ак
известно'
в .качестве
телемехани1|еских
к!ш.}лов
для
передачи
рительной инфорйации обь:щдо используются вь1деленньле
изме-
телеграфньле
и телефонньте кан:тль| и кодоимгульсная аппаратура телемеханики.
$ 19.4. }стройства ото6раж9ния измфительной информашии
[(лассифика|ц{я средств отобрал<елпля ипформации. Балсль:м вошросом
цРи построении А€} явпяется обеспечегтие вьтсокой эффективности взаимодействия че]|овека с автоматическими средств{}ми (компонентами
Асу) ' 8следствие этого значительно возра.''.{ р',,
отображения
"р.д''"
информации (сои).
3 прохлгтом в А€} аппарацра отобра:кегпля ||грала второстепенну|о
роль по сравнению с другими подсистема|\,1и
узламу| А€}. 3то пр}{води'|
ло к тому' что €Ф|1 разрабатьтвштись в последнюю
очередь' исходя и3
параметРов всех других составнь|х .астей А|4(. (ейчас такой подход во
248
всех стра}1ах призна!! неправильньтм. €читается' что пРежде всего надо
определить требования к объему и характеру информации, отображаемой
в систе!у1е д'|я человека-оператора' правильно определить характер (тип)
(ФА,а затем проектировать систему в цепом.
Фсновной функцией €Ф[,1 является воспроизведение всей необходи'
мой шля работьт оператора информалщи о хар;1ктере' местопопожении и
состоянии уцравляемь|х объектов' оостоянии средь| и самой системь|.
|,1ньтми словами' основной функ:щей €@|'1 в АА(, яьляется преобразо'
вание поступалощей от источников в виде эпектрических сиг[!а.]1ов информа1щи в нагпядн)|ю информацион!{ую модель [1 .1 1 ] .
.[дя современнь|х €Ф[4 характернь1 1широк1и микроминиатюриза|ц'1я'
резкое умень|цение габаритов и мощнос1и истот|ников |\итану!я и возрастание функтщонапьнь1х сервисньтх и информатщонньтх возможностей п гцбкости связи между 3Б}1 и человеком.
1{а рис. 19.13 показана структурная схема управляющей сиотемьт
с подсистемой сбора измерительной информатци, работающей в рехиме
*
ре:шьного време1{и' г[е х1 _ х., контролируемь|е из1!1еряемь|е параметрь|'
_
_
!т !ь упр:}вляюцдие воздеиствия.
вт1ис ре1шьного времени к тех}{ике отобрал<ения информации в них
предъявляют серьезнь1е требовация. 3то обусловило создание ком|1пексов средств отображения гштформа:щи (ксои) ' вкпючаюцшх в себя как
технические средства в'1зуа|пдза\\п]4 днформацгпл со средствами ввода,
так и процессорьт обработки информа\1!у1 с соответствуюц{им математическим обеспечением. }прошен-
ная классифика|ия €Ф|4 (рис.
1исло опера-
19.14)
)дить|вает
торов'' работаюших со
сРед-
ствами' }{азначение средств прц
ре|шении задач управления' способ визуализатцп: инфор|у1ации'
а также физинеский
принц1.1п
инт6р0ктц0н0€
устрос!ст0о аэмеРенця,к0нт-
работьт' Более детшльная кпассифика:щя €Ф!,1 мох<ет вкпючать и такие характеристики,
как признаки
хологического
ин)|(енерно-пси11п!|на' 1исп{ь1е
технические параметрь1 средств'
способ орг:тниза1ц][и управл€нпя (ФА, их функтщо}|!1пь1|ь1е
возможности' а также такие'
в которь!х
отр1!)кается потре-
бительская ценность информа-
|-сщ------_-*-_-----]
9
Рис. 19.13. €груктургия схема
оистемь1
управлени'1 с измерительной подсиотемой :
- первиннь:й преобразователь; 1( * ком-
1111
мугатор; Р! - раопределительное устройство; ;(€ _ кан:1л связи3 17! - передаюшдее
устройство;
,\ -
цпу _ цифровое
ткп - табпо кол-
датзпк7
печатающее устройство;
лективного пользова]{ия;
отобралсения :.стформации
сои *
система
249
{
в аспекте г[оследнего призн:}ка информалщю' цредст:шпяемую оператору |4|,1€, мохспо разделить на три группь|:
опеРативнук) (экспресс-информа:шю)' используему1о оператоРом непо'
средственно в процессе исследования' контРоля и управлени8' уля у|зменения режима работь: объекта, !шгоРитмов проведения экспеРиментов
щ{и.
0/1н4'€о//
$\'
$
ё
\4
9/9нно|/о|/уо1э00
а||у''п
-пёо/аон/ойэ|
2пу''п
\ч
ЁЁ
$Б
-пфо7ао4цуэуе
$
9пхо9ь
-пнох0,!оа'|а!//
*
э|9нп0н' уц -оннон
Б
Р
!ъ
8пно0п!/онон
хр|]поу он
|-;,
5\
ъ
чх.
к
з$5
ЁёЁ
ёэ
3
Ё
\
*ч
\е"
ъб
ЁЁ
ёЁ-
$€
-т!1!!./ат'т|1
-псцау
|
-оннб/1уо9|
э!9н1нэп
-оэнпноуйо!цу эу(.
(,
({
п7]|н2п203
-эу9оц о !ус он
'в,
о
о
6
хпннэисоуц он|
----.
'\---
-тт_/9нф_1
1ус !он!20п он
!0уша2!
-соё-ос о !!/с0н
70у!а99со0 ,юн?//о!
-0ппун/'фэ !!/е
!!/€ 0000у0н€
оА
он
Ф
д
<!
ы
0
о,
др.;
статистическуло, необходигу1у|о д]]я последующей статистическойт о6_
ра6отки;
замеров состояния
отчетпую
' р|я доку|!{ентиров!ш{ия результатов
объектов упРавления. € этой то1|ки зрения |ФА подразделяют надве груп_
ть| - показь|вающие и регистриру|оцц.1о.
Фсновпьле технические характеристики €Ф|4. 8 зависимости от условий работь:, области применения и конкретного назначенпя (Ф|1 бьлвают
универ:шьнь|ми и спе|д{апизиРованнь1ми; работалош]:лттш в ускоренном'
ре!шьном и замед'|енном' масш_ттабе вРемени; вьц!}юцими информа:щю
отдельнь1м лицам' группам или коллективу пользователей; облал[1юцими
возможностью ведения д|{:шога и]1и совета; имеюцдими с 39й непосредственкук) !4!1ц ц\4станщ\онную связь; обеспе.п:ваюш${ми непосредственное
отобра:кение информа:щи и]ти через проме'(уто!|нь:й носитель; осущест_
ъ1ет ; имеюцц{ми вну1реннюю
вляю шц.1ми вь1тислительнь1е опера]ц1у\
'4|!у|
операционнь|ми возмож_
память ипи нет; о6ладающими опредёленнь[ми
ностями _ вь|деление чсту| изо6рах<ения, ст14ра!1це всего изобра>ке]ни1
илти вьтборочное' указ.1ние ца экр:1не маркера (курсора) удя затмсп пзоб'
ражения' вь!чортив:}ние л!4у{!1й, ввод и редактиров]!ние текста' н:}дожение
од}{ого в:ца ивформа|ц\4на другой и пр.
Фсновньдми характеристиками €Ф}'1 ш.ля1отся следуюцд}'е.
Бь[стРодвйствив сои характеризует максимально возмо:лсльтй
темп приема, отобрахе!1у|я 14 смень1 ]п|фоРту1а!ии - время воспроизве_
декия з!{ака' измеряе]}1ое от 1!1омента цосту|1пения кодовой посьплки до
момента полного образова:шля знака в задднном ]у1есте. !ля|Ф|1 вь|сокого
бь:стродействия это время сост{вляет ед]'1ниць] микросеку|щ' для среднего бьпстродейств;ця _ от еш,1}|иц до десятков 1!1и]1писек)дц. /1ля некото_
рьтх €Ф}1 бьпстродействие хаРактеРпзуетс'я вре|}1енем вь!зова и вР!!1енем
обновлегштя даннь|х. 11од временем вь|зова поним:1ют в||юмя, измеРяемое
с момента пода1и ко1}1а|ць| ша отобрах<ение'нужной информатии до 1!1о_
€ }1. [елательно' чтобьл вре|}1я вь1зова [!9 пре_
мента воопрои3ведения Ф
2 _ з с. Б противном слу|ае ухуд|паются услов!4,я опеРап!вного при|{ягия ре|цения оператором. [1од врменем обновления дш{нь|х
понимают время' из|}1еряемое с мо|}1ента посту]1ления даннь1х на вь|ход
источника информац:па' соцРяженного с €Ф14, до моме}{та формировш*ия
восход|1[ло
изобрал<ения'
точность воспроизведения информа|р|и €Ф}1 дол:*сла бь1ть не нижс
то|шости обработки ее техническими средствапли, обеопечиваюцц{]!1и ввод
входпь1х да1{нь|х. Фсобекно вь|сокие требования п!!юдъявпяют к то1!носп!
(Ф11 иттддвиду:['|ьного попьзования, используемь|х для количественной
оценки
информашии,
то!|нь!х
расчетов'
точнь]х
графинеских
построений
251
и др. тотп|ость с!ить]в:!ния |шформа|ц{и в Ряде €л1пц9" в знатительной
степени з(шисит от оператора. поэтому требован}|я' предъявляемь|е к
.средствам отображения :п*формации' должнь| согласовь1ваться с конкРет_
пь1ми задачами и возмо)кностями опеРатоРа (паприплер, у паногих €Ф|4
коллекп!вного пользоватп:я тр6ования к то1шост}1 менее жесткие).
'.
Адя €Ф}1 хаРактернь| систематические и спрайнь:е погре1дности при
отображении информа:цш:. €истематические погРе|||ности в бопьп:пднстве
слу{аев могут лп:бо устр1}няться, либо )д|ить1ваться с помощью попРавоч_
нь:х таблиц и графиков. €лрайтьте погРе1цносп1 вь[звань| воздействием
ра3ли1шь]х слщайньтх факторов и искп!о}шть их невозмохно.
Ёспи средлеквадратичную погре[||ность восцриятия оператора обозк11ить через оп' а сРд1!еквадратит!ную погре1шность отображения инфор|}1ации сои _ нерез 6', то при их полной некорРелированности суммар_
ная сРеднеквадратш'|ная погРе|||ность системь|''оператор-€Ф[''.
о2=\/о'о+
о'
11огре:шность восприят!4я
ов оператоРа не может бьдть
же отображения
о'
меньтше оп_
(Ф!,1, стабип'4за\1!1|4, исто|пп{иков |!'1тау{!4я' компенса!ц{!4. в!|пян\4я дестабплизирующих вне|пних факторов и др. 3ти мерь| повь1!шения тот{ности отоб-
Ражения информа:ии приводят
*пдя. [1оэтому
к
к
усложнению и удоРожанию оборудова-
тот|нооти ото6рал<ения т1редъяьлшот трбовшлия
в
зави-
симости от значений погр|цности восщ)иятия оператора. Ёа рис. 19.15
приведена зависимость суь:марной сре'щ{еквадРатичтой погре||:ности о:
от отно|дёния сред|{еквадрат]д{нь|х погРе1ццостей
пр\4ят14я
оъ.
отобра:ке,114я
оо и
вос--
|!о значению о" и требуемому значению о' можно ог!Ределить зна_
чение погрешности о' €Ф|,1. Б соответствии со з:{ачение1!1 оо формируются
требования к точности футктщональнь!х узлов и блоков €Фй.
инФоРмАционнАя вмкость
€Ф|1. ||од инфоргта:щонной емкостью
€Ф|1 понима1от м!!кси|у1аль}|ое количество информа:щи, котоРое мо'(ет
бь:ть на нем отображено. 3начение информа:щонной емкости д'|я некоторь!х видов сои 3ависит от структурь|
62
информационного поля' количества позиций.
Бсли в €Ф|1 для любой из пози:цдй информа:ионного поля используются а.г:фавитьл
с одинаковь!м
!|ислом
символов'
то инфор-
ма|ц1онная е]}'кость определяется вь|ражением
(бит)
!'=
-
Рис. 19.15. 3ависимос'гь
ще11|ности устройсгва
Фс1]_!ности
252
восприятия
по_
от по-
п|о92 гп
нь|ми группами пози|щй, то информа|ц,1онная емкость (бит)
''=_ ,\''1о32
тп,
1шсло разпи![ных алфавитов, используемь!х в данном информа:щгде ]4
он|{ом попе.
!(оличество информа:щи' воспроизводимой €Ф1'1, обьгпло не равно
информационной емкости. Равенство возможно ли1!!ь в случае' если для
лю6ой позиции информа:що}{ного поля р!вновероягно появление любого
из симвопов ш|фавита, относящегося к ней.
Бсли появление символов алфавита
длт:дтой
/и р:вновероятно для
любой из и пози|ц,|й :дтформатионного поля' то количество отображаемой
шлформалщи (бит)
п
может бьтть
р!ешь1пена за счет повь||||ения тот|ности работь! функтщоншльнь1х узлов
[1оЁреш_тность
8спи в €Ф[4 знакопечатающего типа информа|ц.1оннь1е поля испопьзуют алфавить: с Разли!шь]м чиспом символов' з:!кре|1пеннь[е за определен-
[=п2Р,1о9эр',
!
,
рпепенной вели[шнь| бвгп|п.
!
,
тисло позиций, которь:е могут зани[де-п
мать в предел:!х информа:щонного
поля
элементь! отображения', 7п _ тшасло состоя:п1й,
в которь|х может н:'(од1{ться каждь:й эпемент
(штине алфавита).
(1,.3)
}=\:
$е Р; _ вероятность появпения7-го символа.
Ёшли алфавить| р:вличнь! для разнь1х групп
(19.3)
ут*тч€!ет
пози]ц,|й,
то соотно|цение
следующий вид:
(\'.4)
| =.2- п, .2-' р,\щ2
р, .
|=\ ' 1=\ ,
Формуль: (19'3) и (19.4) не ушть|вают стап{сп,1ческих связей между
й'"','" "6*'''.
'
появлением Разли]]нь|х
Б р'д' с'учаев 11ольвуются понятием удельной информа:щонной емкоспод котоРой по:шдш:а:от количество информа:л:,:и' пРиходящейся
на еЁйицу т1пощад{ отобра>кения (например, экран' табло ко'г,ект*|вшого
пользования):
- |'.'
[ппо
=| 5.
где5 _]1]1ощадьэкрана.
спосоБность
€Ф|4. 3то од}|н из в: кнейших покахарактеризуюш!ий способность устройотва
воспроизводить мелк!{е детапи. 8 качестве количественной мерь: РазРе|цаю-
РАзРвшАю!|{Ая
затепей эффективностп
(,6А,
щей способ1{ости используют' к}пРимеР' !испо телевизионньр(
лп:бо .птсло пар оптических л:дтий (линия
_
луцуптй
промежуток), приходящихся
на 1 мм или 1 см. Разре:пающая способность связана с остротой зрен!'1,я.
Бсли разре:шающ'!я способность [Ф|4 ярезмерно вь1сока' то опеРатор А1(
не смохет воспри}имать' многие дет{!ли изобратсения, в то вРеп4я как
сложность €Ф}1 будет боль:цой. 0длако низк:1я Разре|цающая способность огР:|ни|!ивает возможность воспРоизведегцдя больгпого количества
штформа:ди и повь[[цения то.плости €Ф1,1.
нАдвжность сои. 3ффекш:вность испопьзов:шия сложной [,1}1€
существенно зависит от 1|адехности €Ф}1. 8 качестве копичёствепнь!х
хар:|ктеристик кадежности, €Ф|1 используют верятность безотказной
работь:, интенсивность отказов, среднее вРмя безотказной работь:, настот отка3ов, наработку на отказ
и др.
25з
3
боль:ц:длстве слу!ц}св €Ф|1
устройствами. [1е слрйно общепринятое в технической терттшлнологии
название - штспууей, чаще всего :дденптфи:р:руют имекно с приборами;
постРоеннь|ми на базе 3]11. }|звестно множество Рзли[|нь:х типов 3]11,
отлит!а|ощ|о(ся как по конструк1цш.|, так и по характеристикам излг{е||ия.
Фбцдим д]|я них является н!шит|ие устройства д]|я генеРирования и упр!1в_
ленця электроннь[м пучом' воздействуюц|им на люминесцентнь:й экран,
а вь|ходная :птформа:щя представляетоя в виде светового поля. 3лектрон-
при отказе одного ипи нескольких элс-
|}1ентов пРодол)|с}ют функтщотдировать'
отобра:кая информтатщю в полном
объеме ипи части!!но (это связано с их отруктурной избытоштостью). [1ри
ст|ить!вании оператоР п4о){(ет восста[{ав]|ивать *тнформа|р1ю' иок0.(е|!ную
€Ф}1. |{сходя из этого количественнь|е критерии надежности' характеризуюц|}{е бозотказность €Ф|,! к:}к простьр( систем' не п,|огут полностью
характеризовать их функтщональнь!е воз]!|ожност}!, связаннь|е с деятель-
}{остью человека€пеРатора. 11оэтопс5г к €Ф|,1 подходят к:}к к спохнь|м
систем:|м у| р]\я. оценки степени приспособленносп1 €Ф1,1 к вь|полнени|о
но-пу{евые трубки подразделяют на приборь: с нерно_бель|1!1 и цвеп!ь1м
изображенисм,
возложсннь|х функ:ртй используют эффекпавность функ:щоциров:шия
ш( с у{етом деятельности оператора. !акипт образом, оценка эффективности функ]ц{онирования системь1''оператор_€Ф|4''
цозволяет наиболее
пр.шштьно подойти к оц€нке надежност*1 €Ф}{ и в какой.то степетпл }1|4€
в целом.
(&дзические при1{щ1|ь[ отображе:птя пптформа:цшл.
}стройства отоб_
м!ш{ инжек|${онная люминесцен|ц,1я. |!одбор соотвотству1оцц.{х матери:шов
позвопя8т полу{ить р:вли]!нь[е тигьп €11.[,, излучаюцц{х в оптическом диат1азо[|с при сравнительно невь|соких припожепнь!х напРя)кениях.
[1оолещлий из рассматриваемь|х светоизпучаюцщх и1щикато1юв основан па испопьзовании явления электРического Разряда в ионизирован_
но}1 газе (плазмс). €вечедпде в г!шоРазРядных !|}ц}|катор,р( возбуцдается
к:|к постояннь1м, так и перменнь|1}1 напря)кением, |{вет свечения опРедепяется используемь|м газо]}!: неоном, аРгоном п'|!А цх смесями. €ушест-
\
Ё.
-\
е$
Р\
ъъ
*$
Рис.
|
9.
цр1х свет вне]днего исто!|ника' наиболее извест|{ь1 ж]{дкокрист[цшш{еские
инш{каторь[ (жки). &дкие крист!шль| представляк)т софй среду с вь|тянуть11!{и мопек)пами' котоРь]е ]}1огут од1!ов1юменно о}иентироваться
пара'1лельно пи6о перпендлкупярно н:шР:твпе|{ию светового потока. 3
первом спучае сРеда является прозРат{ной, во втором'_ коэффитщент
пропуск|!ния света Резко умень|шается и элемснт становится в}!!щ11!'ь|м.
|,1зменетп:е ориента|п{и молекул обеспе,ивается приложением наифль:цс-
з8
ЁЁ
ц
з5
ч<
254
вует множество разпичнь]х констРук|цдй газоразряднь1х и1!д|1каторов
(гРи) от]ти!иющихся компоновкой элементов и способов подвода к
'
ним н:}пря)ке:пдя.
Раифль1]]ее распространение в последние годь[ пол)д|или
[Р}1 матриш*ого п{па' ипи'как и)( еще назь!вают'''плазшяеннь!е г!анелп''.
Фбщим свойством всех газор:вРяд}|ь|х щиборов является необходиш:ость
использования сравнительно вь|соких рабо,мх напряжений (150 _ 200 в).
€рА*: элементов' не имеюцц{х собственного свечения' а модулирую_
-
ь\\
ъц)
\з
(ъ\
1
6. }(лассификап1ия !!|{дикаторпь!х элементов
электростатическими откпоняю||ц,[ми
{вление люминесце|щии используетоя также в светоизл)д!!}ю|]щх диоддх (сид)' представля1оц|их собой тверАотельнь;й полупровод{иковь:й
прибор, работаюшщй на р-?1-|1ереходе' в котором ре{}пизуется так назь|вае-
!щпам. Рассмотриг: коротко особенносш.д к1'кдого из н|о(.
(:анескогь: на л:ог::п:форах !4л|4 электронно-лучевь|е тру6ки (элт)
являются наибопее извсст}{ь]ми и ||1ироко применяемь|ми инд.1катор}!ь|ми
ч
и
сят от их констРук|ц.|и и тех1|опотии изготовления.
рас|||иряется область применения.
Разлпачают два основнь|х к]1асса инд4катоРнь1х элементов: светоизлу_
ча!ощие и моду]1иРующие свет' т. е. изменяюцц'{е паРа1!1етрь| средь!' через
которую проходит элемент. Ёа рис. 1 9. 1 6 гщиведена классй6 пкатлцяоснов_
нь|х п4пов элементов, отличаюцп!хся по используемь|м физинеским прин-
9 у1 е *т а нгьу с 0 епоа злу
м:шнитнь|ми
'
жс по виду управпяющего напряхения _ постоянного и]1и пеРе}1ен1!ого.
3кстшлуата:щоннь1е хаР{]ктеристики 3.]1}1 в зна1|ит9льной степени зави-
ра)кения отличаются бопьц:им разнообрзием физитеских при|щ|{пов'
залохеннь1х в оспову их работьт. [1о мере Развития ул<е известнь|х прин_
1п{пов и появления новь|х совеР]ценствуются характеристики существ),ющих устройс:в отображения' повь|!цаются пх эРгономические качества'
чоющае0 п7цпо
с
системами' о,щ{о- и многолу!евь|е' спе|ц{1шьнь1е и др.
8 элоктропю1}1инесцентнь]х и|{д14каторах (э.]1и) свечение )дистков
шом:ттофоров обеспещтвае1ся припоженнь1м непосредствекно к не]уу
электРическпм полем, Ёапряясенность попя определяет яркость овечения элеме}{т!, а химинеский состав пюмтшлофора _ его :рет. |0:ассифи:щруются 3.|![1 по тт{гу люминофора (поролпкового и]1и пленоштого) а так-
{
го нащяжения. [1ри создании [(}1 испопьзуются и дРугие пРин]ц'||ь|'
основ!}ннь|е гта свойствах )с.'дких кРист:штлов' од1|:}ко вс8 они от'1и!иются относит0пьно невь|соким бь:стродействием.
.
255
3лектрохими!|еские индикаторь| основань1 на прин1ц.1пе переноса заРя.
.)|(еннь!х частиц межщ/ |1поскими электРодами в электРолите (ло:дком
и твеРдом). }правляемь1е пр|1ложеннь|м напРя)кением пРоцессь[ окисле!&1$' \4 восстановпения меняют степень поглощения света, делая элемент
прозра1|нь1м и вид11мь!м. 9лектрохи![ит|еские и1щикаторь! пока м!1по распространеньт. Фплосительно невь|сок'|я скоРость изменения ото6ралсаемой
:а:лформа:цшл
приме1{ения.
лее уда1|нь1ми здесь являются ш,[с|1пеи на базе повоРатива1оц+{хся |цари_
ков (герконов)' утравляемь1х эпектРостатическим или эпектромагнит_
нь|м попем. Фщло попуплар14е 14х з:|кр'1|||ено, что позволяет строить различнь:е изображения матрит!ного типа. 1акие эпементьт потребляют энеРтию
ли1ць во время пеРеключения' так как пРи отсутствии воздействия сохРаняют свою последнюю ориента1щю.
}1меются сведения о других физинеских
при[{1ц{п:|х,.
испопьзуемь1х
цри построен!4!4 у\нш1катор[{ь1х эле1!1е1{гов. |!ерспекпавьл ш( 1д|иРокого при_
менекия определяются главнь]м образом дальнейшпд:тпд дости)кениями
в области технологии.
прео6разования инфоргтатци
в
многоэлементное визуапьное
отображегште в:!)кен способ адРеса|щи -отдепьнь|х элементов. [1о этому
прш||Р1щ все инд1|каторнью элементь1 классифипщруются на элементь1
с тцдклической адрсалщей (сканирование) с матрит!ной адреса:щей (х'
у-сллектртей) и прямой апресатщей. 3 первом случае перекпючение элементов осуществля€тся с постоянпой скоростью вдоль поля изобралсения
в определенной последовательности в течение зад:шного !ц11кпа.
[1ри матришлой адреса:{:и вь:бор элемента из упорфонелштого набора
осуществпяется щ/те1!1 пода!|и сигналов на опредепенщ/ю цару адресньп(
::шшл (и:г: регистров) _ веРтик:шьньтх ипи гоРизонт!!пьпь:х. [1ри прямой
адРееат+ш|
в люфй момент времени возмо)кна подача упР:шляющего сиг-
€ особ адреса]ц{и в знат!ительн1ша непосРедс1зенно на кахдь:й элем1ент' п
ной степени зав1|с|1т от используемого в |1нд|{каторе физинеского прин-
типа. Ёекоторь|е дис|1леи' имеюцц{е ощеделенную физинескую основу'
догускают разпичнь1е спосо6ь: адресации в з(висимости от конструктивного исполнения.
Рассмотрим
прин1ц,1|ъ] работь:
:дддх наибопь1цее РаспРостР:}нение
:т:формац:от.
и конструк1ц.1и элеме|{тов, пол)див-
в современньтх устройствах отобрахения
3лектронно-лучевь!е шнёикаторьа. 9пектронно_лучевь]е индикаторь]'
}1]|и
электРонно-лучевь|е трубки
нь|м!4 14 в:гкнь1ми устройствами
(элт),
являются наиболее распРостр:1нен-
в технике отобралсения информашрпт.
14с-
тоРия использования 3]11 ттасчить1вает многие десят!]'етпя' одн1|ко впеР_
вь1е промь!1цпенное пРименение они на!цли в ос1р1плограф:тт, а нескопько
позже в технике Радиолока|щи и телевидения. [!ирокое развитие те{|евиделлтя о6условило массовьтй промьтплш:еннь:й вь|пуск 3}11 разли'п*ь|ц типов
256
ш 6беспеч:тпо в д:шьнойц|ем использование их в качестве устройств отобр:ркения информации.
11ервь:е устройства на 3]11 для вьтвода даннь|х из 38й появились в
50-х годах, и с тех пор они осп!ются главнь!]!1 средством взаимодействия
ог:ератоРа с
33й.
Работа 3.11? основана на создании упр!1впяемого сфокусированного
(поряпка десятков ми'1лисек)дц) огратптшлвает область их
[1олупт:ли РаспростРанение индикаторь1' основ:|ннь|е на приницпе
мех'|}!ического пеРемещения элементов Разлитлнь1х констРук:ртй. Ёаибо-
!ля
;
гу!!ка эпектронов' воздейств1гющего на покрьлть:й люм:инофорнь|п4 вещест-
вом экран и вь!3ь!вающего свечение отдельнь|х его участков. (онструктивнь|е Разлития трубок и специфика их использования о]|Ределяются
способами уцР{|вления л)дом, конфичра:щей электродов трубки и свой_
ствами люм:тлофора. из ту1но)кества типов трубок наиболее |'|]ирокое цРименение в современнь|х д14с|1пеях полут!или п/1онохромнь|е и тРетнь!е трубки
ш{па телевизионкь!х' (или анш:огиштьте ишт) с электро|}1атт{итнь1м откпоне-
нием л)да
и 3!!1 прямого
ву!ден14я
(или
запотъшлнающие).
8 питератур
о|1ис:шо множество дРугих типов эпектРонно-л)д1евь:х приборов [1.12] ,
од1|ако в технике отобрахег*тя :штформа:щи о:пд либо вь!полняк)т узко
спе|и:шьнь|е фу:дк:цди, лиф с'|}11цко|}1 сложнь|е д'|я |||ирокого при1!1енейонохро]!1нь|е 9.11[ оглисапьт в гл. 11.
8 обьтц*ь:х телевизионнь:х трубках вРемя послесвечения составляет
нескопько десятков мип]]исеку}ц. Аругим во|с{ь||}1 явлением, которое
до'ркно у{ить|ваться при испопьзовании 3!11, является ''вториштая элек_
тронная эм\4сстая'" Фпа заключается в испуск:ш{ии втор}г(нь!х электРонов
14з м{[еР!4ала люм*птофора пРи воздействии на него пу!1ка перви!!нь|х электронов. [1о г:ере )величения интенсивносш1 гу[!ка коли!1ество эмиттиРованнь|х втоРи!шь|х-электРонов возРастает. Фщдако сущоствует поРог максимшхьной яРкости светового т\ятна на зкр:||1е' вь|[це которого она не
меняется с )величени8м поте}ц{иапа ускоряющего электрода. для о1ъода
втори|шь|х электРонов на внугРеннюю поверхпость конуса трубки наносят слой графита, находящийся под положитель!{ь|м потен|щ:}ло|}1.
{ в е т н ь| е э .]_! 1. [|ветньте кинескопь| )'ке многие годь| шРц]!{еняются в телевизионно1!{ вещ:!нии. Благодаря зна!!ительному упу|{1цению
тех|{ит]ески)( х}р{!ктеристик в послеш{ее вР|!1я о1|и отапи 1|]ироко использоваться в устройствах отобра:кения информатд:шт, особе1ш|о графинеской.
}'1звеспъ: Р:впи(|нь[е констРук1ии |{веп{ь|х 3.[11, отлияаю11ц4еся спосо.
баттш.: генера1п.|и 1рета' од|1}ко наиболее
удащлой и |!]ироко используемой
ок:в:1'1ись' 3.]1| с теневой маской, в которой пРименен метод щлафрагмирв1|1{ия электронного ,гуда. йаска помещается !у1ежду т1юмя эпектРон_
нь|ми пу[цк^м'4 п т1юхцвеп{ь|ь{ люм:лтофором экр:|на. Фна препятствует
попад:}нию ка}(дого луч^ ъ\а )дистки лтопл:ллофора не соо1ветствующего
ему !рета. 9кран вь[полняется в виде множества точе{нь|х триад и'1и тон_
ких веРтик:шьнь|х полосок' ка)кдая из котоРь!)( подключена к одному
(красньпй, зеле:ь:й, с*ттштй). [1оследлий способ в настоящее вРе|!1я ст:ш
основнь[м' т:1к к:}к обеспечттвает л)д!1||ие экс!1пуата|щоннь|е хаРактеристпая.
штки трубок
Ёа рис. 19.17 показано ком|1панарное располо'(е1|ие пу1шек в цветной 3]]1. (онструкштвг|о они не отл|д1:!к)тся от пу|цек' испопьзуе}1ь|х
9
-
143!
257
{
в монохРомнь|х элг' ос)дцествляя генеРа1щю, фокусиРовку
и ускорение луча. вну!ри тРубки пу|цки соРиен1иРовань1 та-
000
образом, что их л)д|и'
распростр?}няясь под некоторь|м углом дРуг к другу и
проходя через любое из отвеРстий в маске' попадают
ким
к
3
на полоску
люмино.
с
каждь!й
Рттс.
[1ветгъпе пяг[{а' возбуждаемь|е
л)дом' бпагодаря близкошту
фоРа
|9'11. Располох<ение элекщодов в
ном 3.111
|двет_
опРеделенного
|[вета.
располохокию воспринимаются
глазом к:!к одно пятно неко'
торого производ||ого цвета. 3тот цвет з,шисит от пропор]ц!}|_основнь|х
:ретов и может бьтть любьтм в обласп{ видц1мого спектра. [1ропор:лг:и
можно менять' упРау1лля напРяжением модулятора |{езависи1}1о в ка}щой
осуществпяется с помоцдью общей
из пу!шек. Фтклонение всех трех лу€й
трубки.
горловине
на
обмотки, ра3|\{ещенной
[|ветнь:е 3]11 зна'пттельно сло)с|ее в изготовлении, чем монохРомнь]е.
Фгти
требуют
очень
то!|ной
уст:|новки
элементов
в процессе
призводства'
а так'(е дополнительнь[х регулиру[оцщх эпектРоннь1х узлов во вне||]ней
схеме упр!!вленшя инд14катором. Разрхша:ошря способность ]ретнь|х элт
огРаничена количеством отверстий в маске 14 !л'1 телевизионнь|х кине'
скопов составпяет приморно 4Ф рашишть|х линий в кр|(дом из н:!пр'ш'
лений экРана. 8 послешс:е годь1 спе1п{:|льно для гРафцческих дисплеев
разработйь1 |(ветнь[е 3]!? с разре1цением 1000 стро:{'и вь11ше, однако
примене[{ие их ограничено вь!сокой стоимостью.
€похность конструк1{и1{ трехпу|ше|{нь1х элт привела
к поискам дРу'
цветнь1х изобР;ркений на экране. Ёаибопьш:ую
пол)д!или
известность
два т11па тРубок, так назь!ваемь1е ''тРи}п{трон'' и
''элмитрон''. в элг п1па ''тринитрон'' все электроннь|е лу|{и гекеРиРу'
ются с помоц{ью одной гу1||ки. Фна имеет три независимь!х катода и моду_
тих методов
ре|}'1изац1{и
лятоРа: два боковь|х и одц{н центр!!льнь|й. Боковь:е лу|и откпоняютсл
электРоннь|ми пРизм1ами так' что обеспечшвается пересечение их в центР
общей электронной линзь|' которая осуществляет фокуФ{Ровку лучей.
9 тринитроне т:}кже используется щелевая маска' удается' 9дн:|ко, полу_
!ить изобр:|)кение боль1цой яркости.
трубок пределькая разРе1цающая способ_
1{ость определяется количеством и размеРами отверсшй в маске. [1оэтому
представпяют интерес цветнь|е трубки типа ''эпмитрон'" в которь[х мас-
3 обоих из
о11исаннь]х тиг1ов
ки не использук)тся' а !вет свечения люминофоРа зависит от глуби1{ь[
проникновения электронного луча. в известнь|х конструк|щях экран
покРь|т двумя споями люминофора' каждь|й из которь|х имеет свой 1{вет
свечъш{я. !1ри мш:ой энергии лу{а (}изкоп{ ускорятощем напРя''(сЁии)
258
светится ли|шь один люминофор. [1ри повьт|шении напряжения ,уч пРоникает глуб)|(е и в0зникает свечение втоРого л!оминофора. РазРе|шающая
способность щубок в основно|}1 опРеделяется размерами светового пятна и 1!1о)кет бь:ть обеспечена достато!1но вь|сокой. Ёедостатком является
то' что в
схе1!1е
управления индикаторо|}1 должен бь:ть прАусмотрен бь|ст-
родействующий вь|соковольтнь1й переключатель. трубки типа''эл1\ш{трон'' исполь3уются в тех}!ике отобр:)кения, когда необходимо полу[|ить
вь|сокую Рзре|цаюц.ц/ю способность при о1?:|ни([енном |{ве1ном /и:}пазоне.
3апомипа:оццде элт и элт ''прямого видения'' используютс1 р]тя
преобразования однократно подаваемь1х на отклоняющую систему сигн:!.пов в видимое изображение. Б таких трубках управляе}1ь|й электроплльтй
гучок не воздействует непосредственно |{а люми}1офор экрана' имеющий
}|еболь]цое время поспесвечения' а создает ''потенлщштьнь1й рельеф'' изобрахения на спе!иапьной тц[оской ми|1]ени' располо)кенной внутри трубки.
!(онструк:.щя запоминающей элт схематитно пРедст1влена на р!^с.
19.18. 3апоминаюпдая поверхность состоит и3 тонкой метап]1ической сеткц с на которую со сторонь| экрана н![несен слой диэлектр14ка д. 3нутри
'
колбь!
Размещень| две эдектроннь|е гу||]ки; за|тись1вающая 3п, котор:18
формирует модулируеп{ь|й ц адРесуе|\,1ь!й отклоняющей сиоте1}1ой Ф€ вьтсокоэнеРгетический тучок эпектронов' и воспроизводящая 81, в кото_
рой создается интенсив}|ь]й' расходя\1у|йся поток эпектРонов с невь!со_
кой энеРгией' €пе:щшльнь|е электРодь], Распопохеннь|е на стенках трубки
и находящиеся под опРеделеннь[м потенциалом' созд:}ют электРостати_
ческое попе. Бпагодаря этому полю мед'!еннь|е электронь1 двиг:|ются
перпе|{дикулярно 1}1и1||ени' равномеРно распРеделяясь по ее поверхности.
[икльт залис|4 инфоР'!1а]{|л,1 и ее отобРа:кение на экране разделень!
во времени.'[1ри первонач:!льном включении 9!11 электронь| от воспРоизводящей пу1цки' попадая за ми1ше]{ь' за небопь|дое время уст:}навлив:1ют
на ней потен|щ{ш' равнь|й потен[ц4алу катода Ф[(, 9то связано с тем' что
при м:!.пой скоросп.! облуча1ощего потока коэффициент втоРичной эт}'иссии мень|]]е едини1Ф|' т. е. 3апомин:}ющая п('верхность исщ/окает мень|це
электРонов' че|у1 получает.
3аписьтвающая пу|]|ка 3|7 ,ра6отахощая так же' к{|к в обь1ш{ой тРу6ке'
создает ускорегптьлй ркий ]тучок
электронов' энергия которь1х
обес_
петмвает втори'!ную эмиссию с коэф_
фи:щентом, зна(итепьно боль::птм
единиць|. [1оэтому по мере движе_
ния луча у{астки ми1цеци зар'ока-
ются положительно до разнь1х уров_
ней в соо1ветствии с энеРгией мо,щ/пируемого
лРа.
[1олщенньлй на
поверхности ми|цени''поте1{1иаль_
нь:й рпьеф'', соответствуюший отоб_
ражае1!{ой инфоР}1ации' сохраняется
пп}ттепъ|.тоё Рпемя /о6ътшо -! о
-г-'""
Рис.
элт
1
9.
1
8.
(онструкция запомин:|1ощего
,\о
15 мшт) и обеспе.ддвает ра:!ли!|нь1е ус]]овия для пРохождения в сторо1ту
экРана меш{еннь1х эпектронов' генориРуемь1х воспРоизводящей пуш:кой.
[е части сетки 6, которьте ост!шись заряженнь|ми отРицательно' оттал'
кивают электронь1, через поло)кительшь|е же )дастки они пРоходят сво6од'
нее и попад:!ют на пюминофор. 3нергия пРоходящих за ми!шень электРо'
1]ов уве]1и1ивается за счет вь[сокого положительного (относительно като'
да ю потен!р|а!|а' подаваемого на апюминиРов{|1{ную повеРхность экР€11{а
А3, ято обеопечивает требуемую яркость и3ображения.
[1оскольку электРонь[ от воспРоизводящей пу|]|ки имеют мапую
энергию' то они незнат|итепьно воздействуот }{а нако|1ительную п0верх_
ность' позвопяя достатот{но допго сохРа1{ять неизменнь1м распределение
зарядов на ней. $тя сняттця зарядов достаточно нз короткое время подать
на сетку полохмтельнь1й имшульс. 3пектронь1 от воспРоизводящей щ/!]1ки устремятся к \,[и!пени' сни)кая ее потен1ц,[ап до напряжен}1я катода к,
и вйтравнивают ''рельеф''. |4зобра:кение пРи этом стирается и трубка готова к новому ц}0<}у за11иси.
Фсновнь:м преимуществом з[шоминающих 9]1] являетёя простота
индикаторов' создаваемь!х па их базо (нет необходимооти в узл&)( Реге_
нера!Р|и йзображетхгтя), отсутствие мерца}{ия и вь|сокая яркость. Разре'
!ц:!ющая способность экрана в них достатот|но вь1сока и опРеделяется размером и количеством отверстий в сетке ми1де}1и. Фд:дако ва)кнь|1!1 недос'
татком и}цикатоРов на запоминаюц.ц{х трубках' ограни][иваюш{им их
использование во м1|огих областях' является невозмо)кность избиратель_
ного стир,1ния инфоРма1цд{ и' спедовательно' интерактив}1ого режима
вь|вода
работь[ с эвм. |{римёняются они в основном в качестве устРойств
системах.
в
и
ма|д|инь1
из
графическ}!( даннь!х
Рщиолока]$'1оннь[х
3пектролюм}!несценш{ь!е и1щикаторь[. 3лектролюминесцентное у1злучение возникает в результате припо}(еция электрического попя к люмино_
форному матеРиш|у. 14нтеноивность излу{ения заъу|су|т от значения напРя'
я(снности т|оля у1 от частоть| его изменения' есл14 поле пеРеменное. свече_
ускорением цосителей заРядов в люминофоРе' для чего
требуется достато.пто вь|сокая иапряженность поля (порялка 103 _ 106
Б/см).
Распространение в области отображения информа|р1и пол)д|и]1и два
основнь1х типа электролюминесцентнь1х инд4каторов (эли) : [остроеннь|х
на осново поро||]ковь|х пюминофоров' возбуждаемь1х постояннь|м напРя_
л(е}!ием' и с использованием пюминофоров в виде тонкой ]ш1енки' возбРк'
ние связано
с
даемь|х вь|сокочастотнь[м переменнь1м напряжением.
Фсновой электролюминесцентного элемента постоянного тока явпя_
ется поро1пкообРазнь1й люминофор' крист:шль| которого вместе с приме'
сяп4и распРеделень1 в связующем веществе' 3тот состав наносится на про_
зра|{ную пластцъ\у с проводяш|]4м покрь|тием (обьшно используется сло1\
оксида олова). € другой сторонь| к пюминофору прикпадь1вается тонкая
метаппическая [1ластина (фольга), 3ся конструк!щя помещена в |1ласт'
массовь|й к0Рпус и геРметпзиРована. [1осле приложения к электродам
постоянного
26о
}1апря)кения в матеРи!}пе люминофора
в местах ко!|такта
1
с мет:|"ппической пластиной возбуждается свечение. ||ри необход}|мости
эта [тластина может бь:ть сделана фигурной' что дает возможностъ вь1светить определеннь1й символ' }1нот'да трафарет наносится на вне1цнюю
стекля}|н),ю [шастину' котор!ш1 пРосве[|ивается возбужденнь1м лю]у1инофором.
8ажньтм преимуществом элоктролюминесце}|тнь!х эпементов является
их м€шая толщина' позволяющ:ш кокструировать коп4пактнь|е инд|1като_
Рь|. упРавляются они напря:|(ениями поРядка 50 * 100 Б, од*ако по ярк0сти и контРастности уступают многим другим п{пам излшающих эле.
ментов.
Б среднем для эли постоянного тока при |титак)щем напря)кении
поРядка 100 Б яркость свечония составляет примерно 300 кд/м'. |арактеРнь|м ш|я эти)( элементов является умень|цение их световой мош$!ос_
п.| в процеосе экс[1пуатащ1и' что связ:1но с миграцией примесей в люмино_
форе в зонах контакта с электродом. €рок спухбь! эпементов может
бь:ть увеличен' еспи осуществить их пит:1ние импульснь|м напРяхением'
под!шаемь1м наряду с низковольтнь|м постояннь!м смещением. 0тметир:
так)|(е в(ркную д]|я некотоРь1х при'мене1{ий
способностейэ![и
!у1онять
цвет
излучения в зависимости от щипоженного напРяже11у'я, что позвопяет
осуществлять световое кодиРование отображаемой информащ,1|{.
1онкогш:ено!нь1е инд,ткаторь] ||еРеменного тока явпяютоя н1иболее
перспокш.1внь|ми пРиборами' р:!.лизуюшр1ми принцип электРолюминесцен1|1{и. Б отлишдо от эли постоянного тока здеоь контактная связь элек-
щодов с пюминофором замене1{а емкостной и сам элеме|{т предс1авляет
собой конде!|сатор. [1ри этом слой люминофора размещают ме>л(ду слоя_
ми д|1электРика' обеспе|!иваю1|${ми г:шьваническое отделение первого
слоя от электродов. Бсе слои созд:!ют с помощью технологии }{:!|ъ!пения в вакууме на стекля}[ную под]!ожку. один из электродов вь|полняется
прозрат|нь[м' дРугой покРь1т чернь1м погпощаюп*!\4 слоем' повь1],д].]ющим
контРасп{ость изобР'|)кения. .[олгове!|ность таких эли зна1ительно вь||де,
чем поро1пковь]х. питающее их вьтсокочастоп{ое напРя)кение составляет
150 _ 250 в. )(арактерное качество тонко11пеночнь:х 9.]1|,1 _ вь[сок(1я кРуш1зна яРкостной характеРистики в зависимости от припоженного напряжения (рис. 19.19). [акая хаРактеРист\4ка, а т1}кхе отсутствие свече1|ия
при ||апРЁ!(ениях ниже определонного поРооблегчает конструированио тонко[ше-
га
}{от|ньп( электролюминесцентнь|х панепей
с х-у-адреса1$.1ей. в этих п!|непях электродь[ вь|по]1няются в в|це тонких пара}|_
лельнь|х полосок' сост:вляющих систему
взаимпо перпе|цикуляРнь1х 1|]ин. Бьтсо.
кочастоп{ое !ит:1ющее напря)кение с по.
мощью вне|]|них ключей ко&1ш!угиРуется
200
100
по ||1инам' пРи 3том обеспец,1вастоя све.
чение того участка люп.1инофора' которь|й Рис. 19.19. )Фрактористика
располагается }[а перессчении
{1ктивной
яр_
261
|ирь[ электРодов. изменяя энеРгию и}1пульоов' мо)кно упР:!влять яркостью
свечения точки. 1,1звест:ъ: разлитшь|е разработки люминесцентнь|х |ине'
лей дан1{ого ш1па с разРе!ш:1ющей способностью 100х100 элементов и более
эпектРолюминесцентнь|х папелей
|1 .121 . .!}дльней:шёе Развитие техники
позволит созда1ъ гцдоский экран по х|рактеристикам' не уступа}оцр{м
элт.
д{одь1 (сцд) пред_
€ветодгтоштьпе [{|цикаторьп. €ветоизлучаюцц4е
пРиборь|'
ставля1от собой тверпотепьнь1е
работаюшще на пеРеходах, обра'
зованнь1х в попупрвод|{иковом матери:ше. Б их основе лежит прин1дип
и}щук1{ион}{ой лю|!шс|есцен|р1и у карбида кремния ($|€), открь|ть!й совет.
ски|у1 исследоватепем Ф.8. .]1осевьтм ъ |923 г. однако практическоо раз'
витпе €[4/[ полу!|или начин!|я с 60'х годов благодаря разработке эффектив'
ной техноло['1'4 пх изготовления. Фдной из важней]]их оообенностей,
вьщеляющи)( €|,[ срели про|их эпементов и|{дика|1и1{' является их сов-
местимость по электРическим хаРактоРистикам о
нь1ми микРосхем{|п4и' [1ри напряже|\утл
п'1та1{14я
в
обь|[{{|ь|}1и интегр:шь_
5 Б о:пл
пРедепах 3
_
облада]от йалой инер|п,1онностью (мснес 50 нс) и неболь1шимига6аритат"шт.
3ксгш:уата;цоннь!е достоинства €['1А способствовали их 1||иРоко1угу испопь'
зованию в вь|||ислитепьной и другой аппаратуре в качестве дискРетнь[х
и1{д11каторов. Б зависимости от матсру1а!\^ попупровош{ика и концент_
волнь1' 1|то позволя'
ра|цц{ пРимесой излучение имеет опРедепенную ш|ину
ет создавать {А!,
ществляется не с
с р{впи||!'ь1м 1ретом свечения. [1ереход электРо}{ов осу'
ш4скРтнь1х уровней, а с зон разре|шеннь1х состояний'
имеюцшхопределенную|]|ирину'поэтомуизлг!ениенеявпяетсямоно.
хроматическим.
Адя создаттия в полупроводнике избь|то(шь!х неосновнь1х носитепей
заряда требуются затрать| энеРгии' поэтому световой вь|ход €|4.|| пропор'
|р1он:шен (до опРеделен!{ого предела) потребпяемому им току и может
модулироваться его изменением. (оэффициент полезного действия свето'
д}тойов новь1сок (от долей процента до нескольких процентов) и опре'
деляется в основном1 отно[шением .исла генериров1шнь|х фотонов к !|испу
электронов' про1шед!|]их через ш1од. |'1меют значение также оптически8
потери при изпу{ении и тет1повь1е потери в омичеоком. сопРотивлении
ту1атери!шов полупрводника. при изпу!:1ющей поверхности 1,5 см2 затра'
щдвается примерно 2 3т на 1 кд/м2 яркости. 3нацдтельная потребляем'ш
мощность при некоторь1х применениях сцц является серьезнь1м огр1!ничив:1ющим факторогт. Бопьт_амперная характеристика €|4А аналоги'цта
обь1чного д|1ода.
характеристике
[1зготавливают с[ц в виде дискретнь1х элементов отобрш(е}пп{я (Рис.
\9'2о), в виде мо1{олитнь!х полосково{егментнь|х приборов, а так;ке в
виде небо'|ь|ших матр}1ц с х-у-адреса|ще[{. в настоящее время промь|111пен_
ностью вь1щ/скаются в основном приборь|, излучаюцще в красном' зепеном и желтом диапазон:й пРи яркостях г|римерно в 10^0 кд7м'.1\4онопит_
нь|е кристапль! сид имеют гш|ощадь не более 1 - 2 см" ' однако уже дли'
тельное время ведутся работь! по созданию на их базе !!лоских ]{ветнь1х
1Б-экранов.
262
Рис. 19.20. |(онсгрукция €|!.[
Рпо. \9.21. 8ольт_амперная характерис_
тика(АА
|азоразряАг:ь:е инд!{каторь!. как известно' атомь| газа генеРиРук)т
свет при переходе электРонов с одного энергет1г|еского уРовня на более
*|у|зк!4й. Ёаиболее интенсивно этот пРоцесс происходит в ионизированном
га3с' когда концентрация свобод{ь|х электРонов и ионов в нем достаточно вь1сока. Аонуцзат+тя обеспец{вается приложениер[ электРического потен_
|щапа' при определенном значении которого
возникает газовь!й разРяд.
1иповая вольт_амперная характеристика газового разряда приведена на
р\4с' 19.21
.
[1ри низких \{апря)ке1{14ях (унасток
газ обладает
!)
разряд отсутствует и
боль|1пп|м электрическим сопротивление!!'. [1ри достихсетцди
определенного уровня шапря>!(ения на|мнается иониза|р1я таза у1 ток бь|ст-
ро во3Растает (!о. [1роцесс иониза|р1и при это1}1 интенсифи!ируется' т:!к
как облад1}юшд,1е вь!сокой энергией электронь|' соудаРяясь с ионизиРов:}н_
нь|ми атом1!п4и' освобождают новь1е электРонь1 |1 т.Б,, Ра€,в],|тие этого процесса пРиводит к возникновению Разряда в газе (//1), которь!й поддеР)о1вается при напря)кении' мень1ше]!1, чем напря)кение за}к'\та1{71я.9тот светя_
|]114йся у1асток (!|), назьтвае}\4ь|й )д{астком тлеющего разряда' обь[щ{о
и используется в разли1|нь|х и}{д{катор'|х. Разряп может бьлть прекращен
пи|шь при умень|цении напрюк0ния до значения ниже нащ)я}(ения гоРения.
[!ри увелипении }(е н1|прл|(ения ток резко возРастает' возникает !|нома.т1ьное свечение (!/) уц далее дговой разряп (!г[). т|то6ь[ тлеюцщй разРдд
не переходц.{л в ,щговой, последовательно с газоРазРяднь|м элементом
включа|от 6аттластньтй Резистор.
.т1юфй газоразряднь!й прибор пРедставляет софй заполненщ/ю инертнь||у1 газом изолированную от вне1цней 1ред5т янейку, внутри котоРой
на близком Расстоя11'|!4 друг от дрга располо}кень1 два электРода. после
пробоя у катода обРазуется светящееся пятно' покрь1вающее всю повеРх_
ность катода' [1апряжение пРобоя зависит от давпения гьза, Расс[ря|у|я
мсжду электродами п т:у1па г:1зовой с}1еси (обь|(|но неона с примесью ар.
гона и гелштя). [5я 6ольмлтнства эле1!|ентов это напРя)кение составляет
150 - 250 в. [!ирокое Распростр:}ненио в тех|{ике т1олу{14!!14 г:воРазряднь1е прибоРь| типа неоновь|х па!у1п' тиРатронов тлеющего Р^зРяда, линейнь]х газоразряд1|ь!х и}!д.|каторо" ц АР. }1х область приту1енения ограничена в основном сигн:ш1иза1ц!ей состоя}п.1я Разпичнь|х устройств и объектов.
Б прость:х устройств:1х отобРажения :щфРовой и знаковой информа-
ттт.ти 1тятттпи
_;"
ттпит\'ё]пе|{ие
инпик'тппн!те
_^г___'_-^_-_*_- ___.,т___*_
пямпът
тприт!тРг^
6.абопа
йу
аг.-
263
бенностью является наличие нескольких фигурпьхх катодов в оддом 6ал'
лоне. 1(атодь1 имек)т вид отобрал<ае|}1ого знака и Располо)кеньт пакето1у1
друг за другом илу1 вид сегментов' расположенньтх в одлтой ппоскости
и образующих требуемь1й знак из отрезков г{Рямь1х. Б обоих слу!аях
свечение возникает между общим ан0дом и теми катода1!1и' на которь|с
подано рабовее напРяжение. Анод обь:щ:о вь!полняется в виде тонкой
сетки' не иштетощей при набптодении знака.
3на'ц:тепьно рас|||ирилась обпасть при|!{енения газоРазряднь|х инди'
каторов с появпение&1 матРи1шь:х тщфровь:х п1|нелей (гштазменньтх -панелей). Фни представпяют собой ппоский экран, на котором любое изобра_
жение создается больдпим чиспом светоизпуиюцр1х газоразРяш{ь!х элементов' о6разованнь|х !1а пересечениях гоРизонт:шьнь1х и веРтик:ш1ьнь!х
электродов. €ушествует два ос}|овнь|х типа тшта!менньтх п:|1{елей: постоянного тока с вне1']ней адРесатцдей и переменного тока с запом1инанием инфор1\,1а1щи.
|[анепи постоянного тока им1е1от |1лоскую трехслойную констРукшию'
в котоРой между дву!у1я стекляннь1ми л'|асту!нау1'| с ц(}песенной на их
внутреннюю поверхяость системой взаимно перпе1щикулярнь1х полупро_
3ра![нь|х эпектронов расположена перфорированная изолирующая р1ат_
рица. Фтверстия в м1атрице 3аполнень! газом и размещень| в местах цересечения эпектродов. €вечетп:е возникает при подаче ша соответству[ощую
пару электродов напряхсений' сумлт1а которь|х превьпцает напряжение
за)кигания.
рас!1Ространение полу!или газор:вряднь|е панели т[остоян_
ного тока с самосканиРованием. Фни слохстее по констРук|щи' но свобод'
нь| от некоторь1х недостатков, пРисущих панелям с внецлней адресац14ей.
Б вастности, в них имеется возможность параллельного ввода инфоРмации
[йрокое
во все строки'
что зна1итепьно
упрощает
управляюш{ие
це|]и.
Бсе конструк1ц,{и |1пазменньтх панепей постоянного тока не обладают
способностью запоп4инания информатд:тт.
[1роблема запо|}1инания информатрти ре!цается в |1па3ме}{нь|х п?}нелях
переменного тока. это депает их наиболее перспективными д'|я создания
унивеРсапьнь[х дис|1пеев
Рассмотрим конструк|Р1ю и прин1{ип работьт плазменнь|х п.!нслей
переменного тока. газоразРя[\ная ячейка переменного тока от]1ичаотся
от ячейки постоянного тока тем' что ее электРодь1 г{1льваническу| цзол14ровань! от газовой смес!^ Б|1эпектрическими прокладками и по суц{еству
ячейка представляет собой конденсатор. [1ри подане на обкладки конден_
сатора напряжения за)кигания возникает Разряд в газе' 3аРя'(еннь|е части]|д|
г!опадают на изолированнь|е отенку| ячейк!4, созд:}вая Разность потенциа_
пов' пРепятствующую горению. Ёсли в соответствуюц{гтй птопдент из|у1енить
попярность пРило)кенного напря'(ену|я, то его напР:1впение совпадает с
направлением н:}пряжения, созданного зарядом"и вновь возникнет раз_
ряд в газе. 1акирт образом, если какая-либо ячейка бьшта включена' то
состояние ее горения может цоддерживаться подачей внехдштего напря_
же:ямя переменной полярности. 3то напря:кение зна1!ите]1ьно мень|це' че|!1
264
{
требуемое пРи цервоначальном зажиг!тнии (типовьте
значения составляют примерно 90 и 150 8 соответственно)' так как оно складь|ваетоя с напря'
жением заряда на обкладках. данная ячейка не
требует применения ограни1иваюших Резисторов;
их роль игра|от ре1|ктивнь!е сопротивления кон-
1
денсаторов' обеспе1мва]ощие г1адег{ие напряжения в
цетпп4.
}(онструктщя панели пере!!1енного тока показана на Рис. 19'22' \1а двух стекпяннь!х под'1ох(ках
3 распопожен шабор пар:шлельнь!х вертик:1пьнь|х
2 и горизонтальнь1х 4 проводхтиков' покрь]ть!х
слоем прозрат!ного диэлектРика 1. йеэкду обкладк8ми с помощью герту1етизирующей рашлки 5 образуется ка|у1еРа' 3аполненная газовой смесью. [|аборь| цроводников взаимно пеРпендикулярнь|' и
5
Рис. 19.22. !(оясщук-
ция п1зоразрядной
па_
нели пФеменного тока:
1 _ диэлектрик; 2,4 проводники; 3 - под_
ложка; 5 - рамка
в то![ках их пересечения образуются газоразрядць1е элер1ентьт, ||ри за)к!4тау!\4!| элемешта создается
светящаяся точка. Ёаборьт точек обеспетивают отобраэкение необходимой
информацтпт. .[ркость светяп{ихся точек достатот|но вь|сока и !!е зав|4су1т
от размеРности матриць|.
ф:я управления такой панелью требуется генерировать напряжения
достаточно сло>лстой формьх. 3начение имщ/льсного напряжения недоота-
точно д]|я возпикнове\'!|я разряда' но достатот!!1о д]|я его поддер)ка1|ия.
|!ри загптси информапщи в д!1ниую янейку ша соответствующую пару пересекающихся электродов в интерв.[пе ме>п(д} поддеР)кив.||ощи1!1и импульсами подаются имтцлъсь| за1|иси1, суммаРная ам|1]]итуда котоРь|х достатот|на д.гля обеспече11ия разряда. |{оспе за)кигания ячейки ре}ким гоРения
поддеР}(ивается' как бь:ло отптсано вь|1це. Аналоги.цто для прекРатт1ения
разРяда (стирапие 1шфоРма1щи) в соответствуюшлий момент времени
подается имщ/льс етиРауш!я, которь:й вьтзь!вает разряд конденсатора ячейки и понижает напря)!(ение в газовом проп,1е)|(утк0 до значе}!ия' при котором возникновение повторного Разряда от поддерживающего напря)кения
нево3мо)|(но. .[дя селективного перевода ячеек из одного состояния в
другое используются ста6иттлзуцров:!ннь|е по уРовню импульсь| зат|у!с14
у'' ст\4Ра|{'|я' синхронизированнь!е поддеР)киваю1цип/1 напряжениеьл. Ряд
важньтх пРи1\{у1цеств т|лазм1енньтх панепей дела|от их одними из наут6олее перспективнь!х ин,щ1катоРоъ !ля исполь3ования в системах отобра)кения в ь:сокой информативности.
){(:лдкокристшп:плческие и1щикаторь|.
динения' характеризую!]утеся
3то спохсть|е органические
оое-
сочетагпдем свойств жидкрист:шла (оптинеской анизотропией).
одноврменнь]м
кости (напримеР' текРестью) и
€реди мнох<ества веществ такого
которь1е сохр'}няют свои свойства
т'||1а у]|я и1щикаторов вьтбиратот те,
д{иапазоне тем-
в достаточно 1пироком
ператур (обь:што 0 * 70 "с). связи междумолекула]!1и о.!ень слабь:, поэтотиу структуРа )|идкого крист.1]1па легко изменяется под впиянием *'*':
них воздействий например' электрического поля. Анизотропия и возмох-
ность управпения пеРстРойкой структурь! )кидкого криста]1па дак)т воз1!1о}(ность использовать два т}1па опш1!ческих эффектов: изменение коэффитщента отражения света (при его пропуск ат+тшт) п и3менение характера
поляриза1{ии пуней при отра)кении света. 1акирт образом, в от]тит|ие от
описаннь1х вь11ше и[щикаторов )к|{цкокрист:!п'1ические ячейки требуют
обязатепьной вне:шней шодсветки, вь|полняя ропь |\цодуляторов пРи пРощ/скании шпи отражении света.
€ерийно вь|тускае|}1ь|е )к!4цкокРиста]1пические инд,1катоРь] вь!полняются в виде ед]4ничнь1х знаковь|х модупей либо в виде небольтдцтх табло
из наборов этих модулей. Адя отобрах<етпая требуемой :лтформа:щи верхтптй электрод делается сегме[{тнь|м и рассеяние света на6лтодается только
на тех участках' на которь1е подано }!апряжение. |{итат*те ин,щ,|катоРов
осуществляется переменнь1м током' что увепит|ивает срок их слу:к6ьт,
так как иск'|ючает электролитический эффект.
||Ри со3дании )кидкокрист:}п]1ических дис11пеев боль:шой ппощад|{
сталкив,[ются с рядом принци|1и:}пьнь1х трудностей. Фргагптзация матри,штой панели с 1!1упьтиплексиров:!нием сигн:шов по |||инам связано со
зна!ительнь1м р!ень!цением контРаста изобра:кегцдя. ЁепосРедственная
)ке адреса|ц{я каждого эле|}1ента с помощью интегР:шьньпх ключей сипьно
удорожает все устройство. 1ем не менее прогресс в этой обпаспа идет
достатот|но бь:стрьтми темпами. 1,1пдеются о11ь!тньте панели с числом элементов 128х128 и врменем зып4су[. кадров в несколько секу}ц.
€редсгва отобр:кегпля ко'1пективного по]1ьзовагшдя. Бопь||]ие экраттьт классифи'ц{Рутот по физивескош:у способу визу:}пизац:от информа:щи.
йо>кно вь|делить спедую|]дие основнь|е способьт визу!!'пизащ|и иттформац:лл:
с использованием проме)к)по1.ного фтшльма' электрографические' телевизионнь!е' пеформографинеские и лазер!!ь[е.
[1рин:ртп действия экранов с испо]ъзованием проме)куточного фильма
состоит в том' нто изобрал<ение экрана 3[!1 фотографируется на фото[1пенку. .[алее фотот1пенка посцпает в ка1!1еру скоростной обработки,
где она проявляется, и после этого поступает в проектор' в котором и3ображение с нее прое|ц1руется на бопь:шой экран. Фсновнь:е недостатки
таких экРанов - задержка в отобрал<ении инфорш:а|\пу\' а также сло)кность
конструк|'!и}| и процедурь1 отобралсения.
[|ринцип действпя электромеханических экРанов состоит в том' что
у!л\4 т1ле!{ке' покрьттой непрозрат|нь|м слоем'
тонкой царапающей игпой снимается непрозрангь:й спой и таким образом
создается изобрах<ение' которое сразу проец}1руется на больгшой экран
(рпс. 19.23). }правление положение|}1 игль1 (товка 1$ осушествляется
на спе1Р1альной тштаспднке
спецш}льнь|!!1и сервоприводамипо
осяп{ )( ух [ . Фсновной недостаток экра-
нов _ больхшое время панесешия данпь|х. 1ешт не менее экрань1' постРоеннь!е по это|}1у пРи1{ц|1ту' на||1ли наиболее ||]ирокое пРименение. |1спользование этого пРинципа обусловлено простотой конструктщи и дос