Лекция 1. Области применения ИИС. 
Обобщенная структурная схема ИИС. 
Основные определения

Экспериментальные исследования и комплексные испытания новой техники немыслимы в настоящее время без проведения разнообразных измерений. Объекты испытания могут быть весьма сложными, например, турбины энергетических установок, узлы и агрегаты авиационной техники (от элементов планера самолета или вертолета до вращающихся воздушных авиационных винтов, — тянущих, несущих, рулевых), изделия космической техники, сложные технологические установки. Число параметров, которые характеризуют состояние объекта в различных режимах работы и которые надо контролировать в ходе испытаний, может достигать нескольких тысяч. При этом обычно на габариты и вес измерительной аппаратуры накладываются жесткие массогабаритные ограничения. В этих условиях невозможно обеспечить измерения требуемого числа разнообразных параметров с помощью набора соответствующих измерительных приборов. Помимо громоздкости такого набора показаниями измерительных приборов трудно будет пользоваться, так как получение всего объема измерительной информации необходимо выполнить за ограниченное время, и человек-оператор в силу физиологических ограничений не сможет это сделать.

Поэтому современная измерительная техника, предназначенная для использования в описанных выше случаях, наряду с измерениями должна обеспечивать информационное обслуживание исследуемого объекта. Информационное обслуживание предполагает автоматический сбор, представление, доставку, запоминание, регистрацию, отображение, обработку и анализ измерительной информации, полученной в результате отдельных измерений. Эту задачу решает не отдельный измерительный прибор, а информационно-измерительная система (ИИС).

Исходя из изложенного, обобщенную структурную схему ИИС можно представить в следующем виде (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 — Обобщенная структурная схема ИИС.

Определения

Измерительная информационная система (ИИС) — это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств, для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации и др.

Измерительная информация — это информация, которая может быть представлена совокупностью масштабированных чисел, сопоставимых с единицами измерений определенных физических величин.

В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде измерительных систем (ИС), систем автоматического контроля (САК), технической диагностики (СТД) и др.

Системы технической диагностики выдают на основании результатов измерений обобщенные заключения о состоянии исследуемого объекта, характере неисправностей и способах их устранения. Поэтому такие системы должны иметь хорошо развитые вычислительные и логические устройства.

В системах автоматического контроля осуществляется сопоставление реальных значений параметров, характеризующих процесс или объект, с значениями этих параметров, принятыми за норму. Информация, выдаваемая системой, носит качественный характер и отвечает на вопрос, находится ли объект в заданном режиме или нет.

В измерительных системах осуществляются, как правило, прямые измерения. Информация в таких системах представляется непосредственно оператору в виде именованных чисел, отнесенных к соответствующей единице измерения, то есть в виде измерительной информации.

Естественно, приведенное деление систем условно. Каждая из приведенных видов систем обычно снабжается функциями и других систем. Например, в измерительной системе может производиться распределение значений измеряемой величины по уровню. В этом случае ИС должна содержать элементы системы автоматического контроля, осуществляющие сравнение измеренного значения с заданным уровнем.

Далее мы более подробно остановимся на принципах построения именно измерительных систем. В связи с этим запишем некоторые определения (ГОСТ Р 8.596−2002).

Измерительная система — это совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов измерительной системы), функционирующих как единое целое, предназначенная для:

получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние;

машинной обработки результатов измерений;

регистрации и индикации результатов измерений и результатов их машинной обработки;

преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях.

Измерительный канал измерительной системы — это конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого — функция измеряемой величины.

Компонент измерительной системы — это входящее в состав ИС техническое устройство, выполняющее одну из функций, предусмотренных процессом измерений.

В соответствии с этими функциями компоненты подразделяют на измерительные, связующие, вычислительные, комплексные и вспомогательные.

Измерительный компонент измерительной системы — это средство измерений, для которого отдельно нормированы метрологические характеристики, например измерительный прибор, измерительный преобразователь, мера.

Связующий компонент измерительной системы — это техническое устройство или часть окружающей среды, предназначенное или используемое для передачи с минимально возможными искажениями сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента ИС к другому (проводная линия связи, радиоканал, телефонная линия связи, высоковольтная линия электропередачи с соответствующей каналообразующей аппаратурой, а также переходные устройства — клеммные колодки, кабельные разъемы и т. п.).

Вычислительный компонент измерительной системы — это цифровое вычислительное устройство (или его часть) с программным обеспечением, выполняющее вычисления результатов измерений (выражаемых числом или соответствующим ему кодом) по результатам первичных измерительных преобразований в ИС, а также логические операции и управление работой ИС.

Вспомогательный компонент измерительной системы — это техническое устройство (блок питания, система вентиляции устройства, обеспечивающие удобство управления и эксплуатации ИС и т. п.), обеспечивающее нормальное функционирование ИС, но не участвующее непосредственно в измерительных преобразованиях.

Выделим из обобщенной структурной схемы ИИС один измерительный канал (рисунок 1.2). Он содержит все перечисленные компоненты ИИС.

Рисунок 1.2 — Измерительный канал Вспомогательные компоненты обычно обслуживают всю измерительную систему.