обеспечение взаимодействия датчиков с ИО (датчики могут быть контактными или бесконтактными, что не меняет сущности этой функции);
подача на ИО воздействий, обеспечивающих получение необходимой первичной измерительной информации.
Из сказанного следует, что конструкция и функции конкретных базирующих устройств столь же многообразны, как и виды ИО и решаемые при их исследовании измерительные задачи.
Проиллюстрируем это несколькими примерами.
1) При метеорологических наблюдениях окружающей среды ИО не может быть размещен ни на одном базирующем устройстве. Компонентами базирующего устройства в этом случае будут, в частности, будки метеостанций наземного наблюдения. Эти компоненты достаточно просты по конструкции, хотя и должны удовлетворять определенным требованиям. В частности, на датчик канала измерения температуры не должен непосредственно падать солнечный свет, будка должна хорошо вентилироваться, в нее не должны проникать осадки. Однако для метеорологических исследований используются и более сложные и специфичные базирующие устройства, на которых устанавливаются метеодатчики: метеорологические зонды и ракеты, искусственные спутники Земли. При сборе первичной метеорологической информации не предполагаются какие-либо воздействия на ИО, однако управление процессом сбора данных и фиксирование перемещения датчиков или управление ими необходимы.
2) При исследовании размеров и формы сложной детали первичная информация представляет собой координаты точек поверхности этой детали. Сбор этой информации может быть реализован различными способами. Детали малых или средних размеров устанавливаются на базирующее приспособление, на котором установлены датчики, перемещаемые относительно исследуемой детали. В этом случае базирующее устройство должно содержать управляемый привод линейных или угловых перемещений, работающий под управлением ЭВМ. Нетрудно видеть, что для деталей одинаковой формы, но существенно отличающихся размерами, измерительные задачи могут формулироваться одинаково, и для решения этих задач могут использоваться почти одинаковые ИИС. Однако базирующие устройства будут различными. При измерении деталей средних и, особенно, больших размеров использование специального базирующего устройства в составе СИ может оказаться нецелесообразным или практически невозможным. В этом случае в процессе измерения деталь может оставаться на обрабатывающем станке, на котором вместо обрабатывающего инструмента устанавливаются датчики. Для управления перемещениями датчиков относительно детали в этом случае используется привод станка. Могут использоваться также накладные базирующие устройства (скобы, обкатные ролики и др.), содержащие ПИП, устанавливаемые на деталь и перемещаемые по ее поверхности.
3) Резистивные датчики, принцип действия которых основан на том, что удельное сопротивление материала датчика зависит от внешних воздействий: температуры, освещенности, влажности и др. При исследовании свойств этих (да и любых других) материалов необходимо изменять влияющие факторы: температуру, напряженность электрических и магнитных полей, уровень радиоактивного излучения и др. В этом случае базирующее устройство должно содержать устройства, обеспечивающие требуемые значения этих воздействий.
4) Преобразование сигнала воздействия исследуемым объектом описывается некоторым оператором. Для измерения характеристик этого оператора, например частотной характеристики для линейного оператора, или функции преобразования для нелинейного безинерционного оператора на вход ИО необходимо подавать тестовые воздействия (тестовые сигналы). Форму этих воздействий может задавать ЭВМ.
Однако на базирующем устройстве должны быть размещены устройства, преобразующие коды ЭВМ в сигнал нужной физической природы в зависимости от вида ИО. При исследовании электронных устройств это электрический сигнал, формируемый ЦАП; для акустических систем - звук; для механических систем воздействием может быть сила или перемещение, изменяющиеся по заданному закону.
Из приведенных примеров видно, что конкретизация функций базирующего устройства вытекает из существа измерительной задачи, используемых математических и физических моделей ИО, алгоритмов сбора первичной информации. Поэтому разработка базирующих устройств ведется в неразрывной связи с разработкой всей ИИС.
ИК ИИС различного назначения могут иметь однотипные и даже одинаковые элементы, но базирующие устройства у них отличаются принципиально, причем каждое из них требует специальной конструкторской проработки. При этом устройства, формирующие воздействия на исследуемый объект (нагреватели, приводы, источники полей и др.), могут быть унифицированными серийными изделиями. Однако удельный вес оригинальных узлов и изделий все равно может оказаться достаточно большим. Существенно и то, что объем выпуска базирующих устройств равен объему выпуска соответствующей ИИС, то есть в лучшем случае это мелкая серия, что неизбежно повышает себестоимость. В итоге стоимость разработки и изготовления базирующего устройства может доходить до половины стоимости всей ИИС.
В контрольной работе мы рассмотрели структуру и технические средства ИИС, принципы выбора ЭВМ и базирующих устройств.
В работе основное внимание уделяется вопросам, общим для ИИС различного назначения: структуре ИИС и системы связи, элементной базе ИК, алгоритмам обработки для типовых групп задач, метрологическому обеспечению и анализу достоверности результатов.
1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW/ под ред. П.А. Бутыркина. - М.: ДМК-Пресс, 2005. - 264 с.
2. Анисимов Б.В., Голубкин В.Н. Аналоговые и гибридные вычислительные машины. - М.: Высшая школа, 1990., - 289 с.
3. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Дрофа, 2005. - 415 с.
4. Ацюковский В.А. Основы организации системы цифровых связей в сложных информационно-измерительных комплексах. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 97 с.
5. Барский А.Б. Нейронные сети. Распознавание, управление, принятие решений. - М.: Финансы и статистика, 2004. - 176 с.
6. Батоврин В., Бессонов А., Мошкин В. LabVIEW: Практикум по электронике и микропроцессорной технике. - М.: ДМК-Пресс, 2005 - 182 с.
7. Вентцелъ Е. С, Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. - М.: Высшая школа, 2007. - 491 с.
8. Волкова В.Н., Денисов А.А. Теория систем. - М.: Высшая школа, 2006. - 511 с.
9. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.
10. ГОСТ 16263-70. ГСИ. Метрология. Термины и определения.
11. ГОСТ 26016-81. Единая система стандартов приборостроения. Интерфейсы, признаки классификации и общие требования.
12. ГОСТ 8.437-81. ГСИ. Системы информационно-измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения.
13. Грановский В.А. Системная метрология: метрологические системы и метрология систем. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999. - 360 с.
14. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л., 1988. - 304 с.
15. Демидович В.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. - М.: Наука, 1970. - 654 с.
16. Деч Р. Нелинейные преобразования случайных процессов. - М.: Советское радио, 1965. - 208 с.
17. Джексон Р.Г. Новейшие датчики. - М.: Техносфера, 2007. - 384 с.
18. Измерение электрических и неэлектрических величин / Н.Н. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров; под общ. ред. Н.Н. Евтихиева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.
19. Информационно-измерительная техника и технологии / В.И. Калашников, С.В. Нефедов, А.Б. Путилин и др.; под ред. Г.Г. Ранеева. - М.: Высшая школа, 2002. - 454 с.
20. Калабеков В.В. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. - М.: Радио и связь, 1997. - 336 с.
21. Карабутов Н.Н. Адаптивная идентификация систем. Информационный синтез. - М.: Едиториал УРСС, 2006. - 384 с.
22. Киреев В.И., Пантелеев А.В. Численные методы в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 2008. - 480 с.
23. Корнеенко В.П. Методы оптимизации. - М.: Высшая школа, 2007. - 664 с.
24. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988. - 230 с.
25. Мезон С, Циммерман Г. Электронные цепи, сигналы и системы. - М.: Иностранная литература, 1963. - 594 с.
26. Метрологическое обеспечение измерительных информационных систем (теория, методология, организация) / Е.Т. Удовиченко, А.А. Брагин, А.Л. Семенюк и др. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 192 с.
27. МИ 2438-97. ГСИ. Системы измерительные. Метрологическое обеспечение. Общие положения.
28. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации. - М.: Радио и связь, 1991. - 320 с.
29. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. - М.: Машиностроение,
1991. - 336 с.
30. Островский Ю.И. Голография и ее применение. - М.: Наука, 1976. - 256 с.
31. Пантелеев А.В., Летова Т.А. Методы оптимизации в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 2008. - 544 с.
32. Потапов А.С. Распознавание образов и машинное восприятие. - СПб.: Политехника, 2007. - 546 с.
33. Путилин А.Б. Вычислительная техника и программирование в измерительных системах. - М.: Дрофа, 2006. - 416 с.
34. РМГ 29-99. Метрология. Основные термины и определения.
35. Рубичев Н.А., Фрумкин В.Д. Достоверность допускового контроля качества. - М.: Издательство стандартов, 1990. - 172 с.
36. Руководство по выражению неопределенности измерения / под ред.В.А. Слаева. - СПб.: ГП "ВНИИМ им Д.И. Менделеева", 1999. - 126 с.
37. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование. - М.: Наука; Физматлит, 1997. - 428 с.
38. Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные технологии. - М.: Высшая школа, 2008. - 263 с.
39. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума. - М.: Наука, 1967. - 268 с.
40. Ушаков И.А. Курс теории надежности систем. - М.: Дрофа, 2008. - 240 с.
41. Фомин Я.А. Теория выбросов случайных процессов. - М.: Связь, 1980. - 216 с.
42. Фрайден Дж. Современные датчики: справочник. - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.
43. Фрумкин В.Д., Рубичев Н.А. Теория вероятностей и статистика в метрологии и измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1987 - 168 с.
44. Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. - М.: Мир, 1977. - 562 с.
45. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 357 с.
46. Чистяков В.П. Курс теории вероятностей. - М.: Дрофа, 2007. - 256 с.