Розділ 2 огляд способів побудови та вибір аналогового інтерфейсу для інформаційно-вимірювальних систем

2.1 Пристрої збору даних для лабораторних систем

На сучасному етапі розвитку інформаційно-вимірювальних технологій, багато виробників із світовим ім’ям розробляють різноманітні пристрої та системи збору даних, які задовольняють більшості умов, що до них висуваються. Однак, на сьогоднішній день актуальною залишається проблема дистанційних вимірювань параметрів об’єкту. Що стосується лабораторних систем, відстань від яких до об’єкту вимірювань не перевищує десяти метрів, їх виробництво не потребує розроблення складних механізмів узгодження та живлення, розглянемо деякі з них.

Рисунок 2.1 – Лабораторні вимірювальні системи на основі персонального комп’ютера

На рис. 2.1 зображено систему, система збору даних для якої має вигляд окремої плати, яка під’єднується до ПК, АІ у такій системі є інтерфейсом виробництва фірми National Instruments типу SCXI, побудований за блочно-модульним принципом і являє собою крейт, у який за необхідності додаються функціональні плати. Крейт має власну аналогову шину для зв’язку між компонентам, що дає можливість збільшення щільності каналів до трьох тисяч, при цьому у системі зберігатиметься малий час опитування каналів. Зв’язок АІ із ПК відбувається по екранованому аналоговому багатожильному кабелю.

Наведена система може працювати із багатьма видами датчиків, таких як тензодатчики, індуктивні датчики, термопари, термометри опору, резистивні датчики переміщення (які на сьогоднішній день мають необмежену роздільну здатність та клас точності 0,1 %), але не реалізує віддаленого доступу до об’єкту вимірювання.

Аналоговий інтерфейс типу 5В, наведений на рис. 2.1, є також можливим варіантом АІ, який можна використовувати у лабораторній системі на основі ПК для проведення недистанційних вимірювань параметрів об’єкта дослідження. Такий АІ виконаний у вигляді окремих модулів без окремої аналогової шини для зв’язку між його компонентами, для кожного каналу використовується окремий модуль. Така будова АІ не дозволяє підключення великої кількості каналів, номенклатура датчиків, які можуть бути опитана за допомогою АІ 5В вужча, аніж у АІ типу SCXI.

Ще одним типом лабораторних вимірювальних систем є технологія, наведена на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 – Лабораторні вимірювальні системи на основі контролера PXI

У системі на основі контролера PXI, виробництва фірми National Instruments, система збору даних та АІ виконані на одній платі, контролер розміщується у крейті. Для зв’язку із ПК використовується або швидкодіючий цифровий оптичний інтерфейс, або USB інтерфейс, тобто такий зв’язок суто цифровий. Така система має можливість збільшення щільності каналів, а також її значною перевагою є можливість одночасної вибірки даних з багатьох каналів. Контролер PXI має власну платформу, центральний процесор і т.п., має власну шину, призначену для суто вимірювальних задач, що призводить до оптимізації обслуговування крейту та значно збільшує швидкодію системи.

Останнім типом лабораторних систем для проведення вимірювань параметрів об’єкта дослідження є системи на основі портативного комп’ютера (laptop), структуру яких зображено на рис. 2.3.

Рисунок 2.3 – Лабораторні вимірювальні системи на основі портативного комп’ютера

Системи збору даних у таких системах виконані у вигляді окремого блоку та використовують шину вводу-виводу типу PCMCIA або USB. Системи на основі портативного комп’ютера відрізняються своєю мобільністю, але їх значним недоліком є те, що в них використовується АІ типу SSC, в якому відсутня функція автоматичної корекції похибок вимірювання, на відміну від наведених вище АІ типу SCXI та SC.

Не дивлячись на значні переваги вищенаведених лабораторних систем вимірювання параметрів досліджуваних об’єктів, на практиці зростаючим попитом користуються системи, які реалізували би можливість дистанційного доступу до об’єкту вимірювань, саме тому сьогодні шукаються компромісні рішення в цій сфері. Апаратне розширення існуючих лабораторних систем до можливостей віддаленого доступу виявляється економічно невигідним, здебільшого через необхідність під’єднання додаткового потужного джерела живлення. Це, звичайно, стосується аналогових систем, оскільки для передачі цифрової інформації широко застосовуються такі технології як FieldPoint, запропонована фірмою National Instruments, та HART-протокол.