Кодоимпульсные ТИС (стр. 2 из 4)

В аналоговых системах воспроизведение сигнала осуществляется в аналоговой форме, т. е. в виде электрической величины (тока или напряжения), которая измеряется обычным электроизмерительным прибором.

В цифровых системах используются дискретные, квантованныепо уровню сигналы, как правило, кодовые комбинации, представляющие собой определенное значение измеряемой величины. Такими системами являются кодоимпульсные системы телеизмерения. Системы с цифровым отсчетом измеряемой величины получают все большее распространение из-за точности показаний и удобства считывания.

Системы телеизмерения можно классифицировать также по виду программы, по которой они работают. Подавляющее большинство СТИ работают по жесткой программе, по которой передаются все измеряемые сообщения независимо от того, несут ли они информацию получателю или являются избыточными, не представляющими ценности, загромождающими канал связи и средства, по заранее заданной программе и в какой-то мере изменяющие ее по команде. Начали выпускать адаптивные телеизмерительные системы, автоматически изменяющие программу работы в зависимости от изменения, характеристик передаваемых сигналов и внешних условий.

Кроме указанных на рис. 13.2 систем ТИ существуют также системы интенсивности, на которые были даны ссылки в ГОСТ. В системах интенсивности измеряемая величина после преобразования ее в ток или напряжение в дальнейшем, как указывалось на рис. 13.1, в сигнал не преобразуется. Преобразователь измеряемой величины в ток или напряжение включен непосредственно в линию, а на приемной стороне к этой же линии подключается прибор, измеряющий ток или напряжение.

Погрешность телеизмерения систем интенсивности вследствие измерения сопротивления линии связи в пределах 2—3%. Дальность передачи на воздушных линиях связи ввиду большого и непостоянного значения (в зависимости от метеорологических условий) проводимости изоляции (утечки) не превышает 10 км. При использовании кабельных линий связи, в которых утечка практически отсутствует, дальность передачи достигает 25 км.

Указанные недостатки сузили сферу применения этих устройств, И их производство прекращается.

Кодоимпульсные (цифровые) системы

В кодоимпульсных системах (КИС) измеряемая величина передается в виде определенной комбинации импульсов (кода). Предварительно она квантуется по уровню и по времени. Далее осуществляется кодоимпульс-ная модуляция (КИМ).

Кодоимпульсные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими системами телеизмерения. Главными из них являются:

1) большая помехоустойчивость и, как следствие этого, возможность передачи телеизмерения на большие расстояния, особенно при ис- , пользовании помехозащищенных кодов;

2) большая точность телеизмерения. Погрешность в кодоимпульсных системах возникает при преобразовании измеряемой величины в код. Точность преобразователей, преобразующих измеряемые величины в код, может быть меньше 0,1 %,т. е. выше точности преобразователей других телеизмерительных систем, которая лежит в пределах 0,5—1,5 %;

3) лучшее использование канала связи в случае применения специальных кодов, статистически согласованных с передаваемыми сообщениями;

4) получение информации в цифровой форме, что позволяет:

а) без сложных преобразований вводить информацию в цифровые вычислительные машины и устройства обработки данных;

б) осуществлять цифровую индикацию показаний, обеспечивающую меньшую погрешность при считывании и простоту цифровой регистрации данных.

Однако кодоимпульсные системы значительно сложнее других устройств ТИ. Поэтому их целесообразно использовать только в многоканальном исполнении.

Преобразование измеряемой величины в код

Преобразование непрерывной аналоговой величины в цифровой эквивалент — код — осуществляется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Как и в предыдущих импульсных устройствах ТИ, измеряемая величина может быть представлена в виде механического перемещения (углового или линейного) либо в виде электрической величины.

Преобразование перемещений в код. В основу преобразователей этого типа [5] положены два метода: метод пространственного кодирования и метод последовательного счета. При методе пространственного кодирования кодирующее устройство представляет собой маску, воспроизводящую требуемый код. Маска перемещается вместе с контролируемым объектом относительно считывающего устройства вращательно или поступательно. Выполнение маски и процесс считывания с нее показаний были рассмотрены в гл. 3. При методе последовательного счета подсчитывается число элементарных линейных перемещений, которое затем представляется в виде кода. Схема преобразователя перемещения в коде различением знака в зависимости от направления перемещения представлена на рис. 13.10. Два источника света падают на фотоэлементы Л и 5 (рис. 13.10, а). Контролируемый механизм в виде линейки с темными и светлыми участками, пропускающими свет, может передвигаться влево и вправо.

Преобразование электрических величин в код.Преобразование с промежуточным. параметром [5]. В этих устройствах измеряемая электрическая величина (обычно напряжение, хотя могут преобразовываться также ток и сопротивление) преобразуется во вспомогательный параметр (временной интервал, частоту или фазу), преобразуемый, в свою очередь, в число импульсов, которое далее кодируется. Кодирование происходит по следующим схемам.

Напряжение — временной интервал — число—код. Кодирование по такой схеме показано на рис. 13.11, а. Для преобразования измеряемой величиныUx сначала в длительность импульса (временной интервал) может быть использован любой из рассмотренных время-импульсных преобразователей (ВИП). Элемент И открывается на время длительности импульса, снимаемого с ВИП. За это время с генератора стабильной частоты ГИ пройдет на счетчик тем больше импульсов, чем больше длительность импульса с ВИП. Сосчитанное число импульсов в виде двоичного кода снимается с выхода счетчика СГ2.

Точность преобразования зависит от совпадения фронтов импульса с ВИП длительностью Т с импульсами, поступающими от ГИ. На рис. 13.11,6 показано, что передний фронт импульса Т совпал с передним фронтом импульсов с ГИ. На счетчик с Г И прошло пять импульсов. Однако если импульс Г поступает на элемент И, как показано на рис. 13.11, в, то на счетчик с ГИ поступят только четыре импульса вместо пяти, т. е. возникнет отрицательная погрешность.

Совпадение передних фронтов импульсов Гит можно синхронизировать, но сделать так, чтобы длительность Т всегда была равна определенному числу периодов <, невозможно. Поэтому ошибка преобразования, обусловленная округлением измеряемой аналоговой величины, будет всегда. Ее можно уменьшить, увеличив частоту следования импульсов с ГИ.

В этом преобразователе возникают также дополнительные ошибки за счет нестабильности ГИ и ВИП и нелинейности характеристик преобразования ВИП. Последняя ошибка наиболее существенная; ее значение лежит в пределах погрешности преобразования.

Напряжение —фаза — временной интервал—число — код. Кодирование по данной схеме представлено на рис. 13.12, а. Измеряемое напряжение поступает на фазосдвигающее устройство ФСУ, питаемое от источника переменного тока с частотой /. В зависимости от значе- • нияUa изменяется фазовый угол между напряжениями е&bsol; и еч на выходе ФСУ. Этот угол соответствует временному интервалуt=^/(2nf) измерителя фазового угла ИФ (рис. 13.12,6). Последний представляет собой /?5-триг-гер с инверсными входами, меняющий

состояние 0 на 1 в момент перехода напряжения е&bsol; через нуль и 1 на 0 при переходе через нуль напряжения еч, как показано на рис. 13.12, б. Таким образом, на выходе возникает импульс длительностью /, который затем подается на ключ, и дальше все происходит, как и в предыдущем преобразователе (см. рис. 13.11).

К погрешностям, имеющимся в схеме рис. 13.11, в преобразователе по схеме рис. 13.12 добавляется погрешность от нестабильности характеристики фазосдвигающего устройства и точности измерителяфазового угла, фиксирующего момент прохождения напряжения через нуль.

Рис. 13.12. Преобразователь измеряемого напряжения в код с промежуточным преобразованием входной величины в фазу переменного напряжения:

а — функциональная схема; б — временные диаграммы

Напряжение — частота — число — код. Кодирование по такой схеме показано на рис. 13.13. Измеряемая величина и, в частотно-импульсном преобразователе ЧИП, представляющем собой генератор импульсов, модулируемых по частоте, преобразуется в последовательность импульсов с частотойf=p(u). Хронизирующее устройство Т на ранее заданный интервал времениt открывает элемент И, и импульсы с ЧИП поступают на счетчик СТ2. Больше или меньше пройдет импульсов на счетчик, зависит от их частоты. Погрешность преобразования зависит от нестабильности и нелинейности характеристики f=j(u) частотно-импульсного преобразователя.

Непосредственное преобразование напряжения в код. В этих преобразователях образуемый в кодирующем устройстве код преобразуется в напряжение, которое сравнивается с измеряемым напряжением. При равенстве напряжений образование кода прекращается и он подается на выход.

Преобразователь последовательного счета (рис. 13.14). Перед началом работы счетчик СТ2 сбрасывается на нуль (рис. 13.14, а). Показания счетчика преобразуются с помощью цифро-аналого-вого преобразователя ЦАП в напряжение, поступающее на схему сравнения СС. В начале преобразования, пока напряжение щ: с ЦАП меньше преобразуемого напряжения Чх, элемент Ио открыт и счетчик считает импульсы с генератора импульсов ГИ. Когда м»>й.с, схема сравнения СС закрывает элемент Ио и подает сигнал на элементы И&bsol;—Ип для считывания двоичного кода со счетчика. Количество импульсов, поступивших на счетчик, пропорционально преобразуемому напряжениюUx.