SISTEME ELECTRONICE DE MASURARE - principii

Sisteme electronice de mAsurare - principii

1. Definire

Un sistem electronic de masurare (SIMA) s-a definit ca o reunire, intr-o structura coordonata unitar, a unor mijloace de masurat, structuri de masurare si elemente de automatizare.

Avand, de obicei, mai multe marimi de intrare SIMA indeplineste functiile:

permite automatizarea (totala sau partiala) a operatiilor de: masurare, memorare a valorilor masurate, procesare a valorilor masurate (afisare locala si/sau transmitere la distanta, a valorilor masurate sau a unor informatii sintetice rezultate din prelucrarea locala a valorilor masurate);

asigura interfata utilizator, prin care ii sunt programati parametrii functionali (marimi masurate, rata de masurare, tipul de prelucrari primare, valori afisate, s.a).

Facilitatile deosebite (de precizie si procesare) pe care tehnicile numerice le ofera derularii functiilor unui SIMA, au determinat ca structurile moderne de SIMA sa fie realizate numai folosind mijloace numerice de masurare (SIMA de tip numeric).

. Structura generala a SIMA de tip numeric (SIMAN)

2.1. Structura informationala principiala

Pentru fiecare marime fizica, M_X, definita ca marime de intrare intr‑un SIMAN, fluxul informational presupune o cale tipica precum aceea din fig.1., in care: Controller -blocul numeric ce coordoneaza functional SIMAN, realizat cu ajutorul unui microcontroller sau functional echivalat de un microcalculator (dedicat sau de tip PC-personal computer); STAMA -structura de masura-re propriu-zisa, compusa dintr-un modul de achizitie (MAC) si eventual un senzor electric.

Elementul tipic cu functii de masurare dintr-un SIMAN il reprezinta modulul de achizitie (MAC), compus din:

blocul analogic de conditionare a semnalului, cu functii de: atenuare, amplificare, filtrare, conversii de nivele, izolare galvanica;

blocul de conversie in valori numerice, a carui marime de intrare poate fi de tip analogic, numeric (cu modulatie in cod) sau de tip impuls (cu modulatie in frecventa, durata sau factor de umplere).

2.2. Variante structurale generale de SIMAN

Diversitatea extrema a aplicatiilor in care SIMAN sint implicate a determinat, in special prin conditiile de conjunctura (echipamente de masura si de calcul disponibile, compatibilitati electrice sau electromagnetice, pret), trei tipuri principale de structuri pentru SIMAN: cu aparatura programabila, de tip instrument virtual, de tip dedicat.

A. SIMAN cu aparatura programabila (VAP)

VAP folosesc, pentru indeplinirea functiilor MAC-ului, aparate digitale de masurat de sine statatoare (multimetre, generatoare de functii, inscriptoare, osciloscoape) care au facilitati de a fi conectate cu controllere numerice (CONTL). Prin intermediul CONTL se realizeaza atit programarea individuala a mijloacelor de masurat folosite (setarea functiilor de masurare), cit si gestionarea traficului informational (intre diversele mijloace de masurat implicate si/sau intre ele si controller).

Conectarea intre componentele dintr-un VAP, se face pe magistrale de comunicatie, de tip serial sau paralel, standard (precum: RS‑232, RS‑ 422, RS-485, Centronics, GPIB -General Purpose Interface Bus). Cele mai raspandite varinate de VAP presupun utilizarea de aparatura compatibila GPIB (descrisa prin standardele IEEE 488 sau IEC 625); astazi toate aparatele profesionale (surse de alimentare, generatoare de semnal, osciloscoape, multimetre, inscriptoare, analizoare de spectru, s.a) sint compatibile GPIB.

VAP ofera o flexibilitate maxima privind configurarea, deoarece realizarea sa nu presupune decat conectarea prin cabluri a echipamentelor necesare si elaborarea software-lui asociat. Principalele dezavantaje ale VAP sint: pretului maxim, gabaritul, incompatibilitatea cu conditii de lucru specifice (militare, industriale).

VAP reprezinta, in primul rind, o solutie pentru aplicatii de la laborator, ce implica putine marimi masurate dar de are diversitate precum si conditii de precizie deosebite.

B. SIMAN de tip instrument virtual (VIR)

VIR folosesc, pentru realizarea functiilor MAC-ului, configuratii electronice functional identice cu aparatura de masura programabila dar realizate fizic pentru a putea fi incorporate in calculatoare de uz general (de obicei de tip PC-Personal Computer). Prezentindu-se sub forma unor placi -compatibile, mecanic si electric, cu structura interna a calculatoarelor in care sint in corporate- aceste structuri de masurare (numite generic interfete pentru masurare INTM) realizeaza -in conjunctie cu PC si un software specific, functiile unui mijloc de masurat versatil zis instrument virtual.

VIR sint cele mai raspindite variante de SIMAN actuale, datorita in primul rind pretului lor, care a scazut la fel de semnificativ precum cel al tehnicii de calcul. Firme de prestigiu (National Instruments, Analog Devices, Analogic, Data Translation, s.a), ofera o diversitate impresionanta atit de INTM cit si de software dedicat (LabView, LabWindows, DASYLab, etc).

C. SIMAN de tip dedicat (VDE)

VDE sunt constructii cu utilizare industriala concreta. Cu arhitectura ad-hoc VDE raspund unor conditii putin satisfacute de variantele anterioare, conditii legate atit de performante functionale (in special cele de izolalare galvanica, timp de masurare, numar de marimi masurate, conditii de mediu si de fiabilitate) dar si de conditionari economice (pret).

Pentru variantele de mare performanta de VDE, (cu utilizari in domenii strategice -energetic, militar, aerian-), s-a dezvoltat un standard -privind constructia carcasei, alimentarii si magistralei informationale- numit generic VXI (VME bus eXtension for Instrumentation) extensie a standardului VME (Versatile Modular Extention) impus de Motorola in domeniul tehnicii de calcul.

2.3. Variante functionale de SIMAN

Indiferent de structura, SIMAN se pot programa asa incit sa se prezinte functional precum:

un sistem de achizitie de date (SACHI) daca principalele operatii sint masurarea, memorarea valorilor masurate si eventuale functii de prelucrare primara (incadrare in limite, afisare locala); valorile masurate sint memorate in vederea unor analize si prelucrari ulterioare;

un sistem de achizitie si control (SACC) cind scopul principal este elaborarea unor comenzi, fiind implementat un algoritm de conducere impus;

un sistem de testare automata (STEA) cind se urmareste raspunsul unui obiect la efectul unor semnale de tip stimuli.