Физическая реализация измерительных систем

Как говорилось выше (см. параграф 2.2), при физической реализации ИС возникают ситуации, когда моменты дискретизации всех полей совпадают или разнесены во времени.

В первом случае получают мгновенный «портрет» объекта, что удобно для последующей обработки массива отсчетов и сопоставления последовательных состояний объекта. Но при реализации ИС выполнение указанного условия не всегда целесообразно с технической и экономической точек зрения.

Совпадение моментов дискретизации обеспечивается в параллельных системах. Временная дискретизация с временным сдвигом поочередно осуществляется в параллельно-последовательных и последовательных ИС.

Разнесение отсчетов во времени позволяет сократить затраты на оборудование при условии использования общих элементов для преобразования сигналов различных датчиков.

На рис. 6.23 приведена классификация измерительных систем по возможному способу реализации аналоговой части ИС.

Рис. 6.23. Классификация измерительных систем.

Если аналоговая часть представляет собой совокупность независимых каналов, каждый из которых включает датчик (Д), аналоговый преобразователь (АП) (или последовательно соединенные аналоговые преобразователи) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), то такие системы принято относить к системам параллельного типа (рис. 6.24, а). Здесь число измерительных каналов пропорционально числу измеряемых ФВ.

Рис. 6.24. Структуры измерительной системы:

а — параллельного типа; б — последовательного типа; в, г — параллельно-последовательного типа Во многих случаях необходимо уменьшить ИС, не уменьшая при этом число точек пространственной дискретизации физических полей.

В этом случае используют операцию пространственного сканирования.

Пример При аэродинамических испытаниях автомобилей требуется измерить параметры воздушного потока, обтекающего автомобиль, в очень большом числе точек. Установить соответствующее число датчиков не только нереально, но и недопустимо, так как они исказят исследуемое поле. Поэтому измерения проводятся одним датчиком, перемещаемым по полю с помощью робота. Здесь одновременные измерения в т₁ точках поля с координатами {S_l3S2, S_m} за время t_H3M заменяются на последовательные измерения в тех же точках за время т^_тм.

Такую систему называют системой последовательного типа (рис. 6.24, б). Связи между точками поля и датчиком отражают операцию сканирования.

Сканирование связано с перемещением датчика, операция достаточно сложная в технической реализации. Поэтому часто все же устанавливают необходимое число датчиков, осуществляя их коммутацию на общий канал преобразования ИС. Сигналы датчиков могут усиливаться, фильтроваться, нормироваться, а затем объединяться (рис. 6.24, в). Операцию сканирования в этом случае выполняет коммутатор — аналоговый преобразователь (АП) с несколькими входами и одним выходом.