АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2010 года по МПК G05B13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к многоканальным автоматизированным системам, предназначенным для контроля и диагностики сложных объектов (включая радиоэлектронную аппаратуру систем вооружения и военной техники).

Уровень техники

Известны автоматизированные измерительные системы различного целевого назначения, включающие в свой состав:

- управляемые источники тестовых (стимулирующих) воздействий;

- измерители выходных информативных параметров объектов контроля;

- измерители параметров неуправляемых внешних воздействий;

- управляющая ЭВМ.

Интерфейсные выходы ЭВМ подключены к управляющим входам источников тестовых воздействий, интерфейсные входы ЭВМ подключены к информационным выходам измерителей информативных параметров и измерителей параметров неуправляемых внешних воздействий, информационный выход ЭВМ является выходом измерительной системы. Управление устройствами, подключенными к интерфейсным входам и выходам ЭВМ, осуществляется с помощью специального программного обеспечения.

Примерами таких измерительных систем являются, в частности, устройства по А.С. СССР №587632, кл. Н04В 3/46, 1978 г.; по А.С. СССР №756653, кл. Н04В 3/46 1978 г.; по патенту РФ №2222865, кл. Н04В 3/46, 2004 г.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство по патенту РФ №2222865, Н04В 3/46, 2004 г.

Достоинством данного устройства, принимаемого за прототип, является эффективность и необходимая достоверность контроля качества и диагностики неисправностей сложных объектов контроля (включая аппаратуру составных частей систем вооружения и военной техники).

Недостатком устройства-прототипа является ограниченная метрологическая надежность, вследствие чего через назначенный межповерочный интервал t_пов требуется проведение периодической поверки метрологических характеристик данных измерительной системы с применением соответствующих образцовых средств. Указанный недостаток особенно существенен для средств измерений военного назначения, применение которых предусматривается в местах дислокации контролируемых систем вооружений и военной техники на значительных удалениях от базовых метрологических органов с образцовыми средствами измерений (средствами проверки метрологических характеристик измерительных систем). Ограничение величины межповерочного интервала t_пов обусловлено конечной надежностью измерительных устройств, используемых в составе измерительной системы. Значение межповерочного интервала устанавливается таким, чтобы вероятность отказа или снижения уровня метрологических характеристик измерительной системы P(t) в течение установленного интервала t_пов была не ниже заданной величины Рдоп,

Тем не менее, вероятность P(t) является статистической величиной и не исключает отказа или снижения значений метрологических характеристик у одного или нескольких измерительных устройств (входящих в состав измерительной системы) в пределах межповерочного интервала t_пов.

Это может приводить к использованию измерительной системы с недостоверными метрологическими характеристиками и к получению недостоверных результатов контроля работоспособности или диагностики неисправностей соответствующих объектов (по принадлежности измерительной системы) с вытекающими из этого неблагоприятными последствиями и возможным ущербом.

С другой стороны, неоправданное уменьшение межповерочного интервала t_пов приводит к тому, что на очередную проверку будут назначаться заведомо исправные измерительные системы, сохраняющие значение своих метрологических характеристик еще в течение достаточно большого дополнительного интервала времени (соизмеримого или превышающего назначенное значение установленного межповерочного интервала t_пов). В этом случае будут производиться неоправданные экономические затраты на транспортирование и поверку измерительных систем с изъятием их на это время из штатной эксплуатации.

Сущность изобретения

Техническим результатом от применения заявленного устройства является устранение недостатков прототипа, а именно:

- увеличение межповерочного интервала t_пов измерительной системы;

- обеспечение заданного уровня метрологических характеристик измерительной системы в течение межповерочного интервала t_пов;

- сокращение затрат на поверку измерительной системы в течение назначенного срока эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированную измерительную систему, содержащую управляемые источники тестовых воздействий, измерители информативных параметров объектов контроля, измерители параметров неуправляемых внешних воздействий и ЭВМ, интерфейсные выходы которой подключены к управляющим входам управляемых источников стимулирующих воздействий, информационные входы подключены к информационным выходам измерителей информативных параметров объекта контроля и информативным выходам измерителей параметров неуправляемых внешних воздействий, а информационный выход ЭВМ является выходом системы, дополнительно введены соединители со стабильными во времени характеристиками, с помощью которых выходы управляемых источников тестовых воздействий на время контроля сохранности метрологических характеристик измерительной системы подключаются ко входам соответствующих измерителей информативных параметров, а в ЭВМ дополнительно вводится программное обеспечение самоконтроля сохранности метрологических характеристик измерительной системы.

Краткое описание чертежей

На чертеже поясняется принцип действия измерительной системы в режиме самоконтроля сохранности метрологических характеристик.

Осуществление изобретения

Принцип технической реализации заявленного изобретения поясняется на примере автоматизированной измерительной системы, приведенной на чертеже.

Выход управляемого источника 1 тестовых воздействий через соединитель 2 подключен ко входу однородного (по типу измеряемых параметров) измерителя 3 информативных параметров, интерфейсный выход измерителя 3 информативных параметров подключен к информационному входу ЭВМ 4, управляющий выход ЭВМ 4 подключен к управляющему входу источника 1 тестовых воздействий, а информационный выход ЭВМ 4, в которую введена программа, управляющая источниками тестовых воздействий и восприятием контролируемых параметров, является выходом контролируемой измерительной системы.

В качестве средств реализации источников 1 тестовых (стимулирующих) воздействий могут использоваться программноуправляемые генераторы импульсных сигналов, высокочастотных и низкочастотных электромагнитных сигналов; программноуправляемые источники электропитания; цифроаналоговые преобразователи; программноуправляемые источники акустических, ультразвуковых сигналов и вибрационных воздействий; программноуправляемые источники тепловых и оптических излучений и т.п. Конкретный состав аппаратуры источников стимулирующих воздействий определяется типом и особенностями объектов, подлежащих контролю по данному способу. Программноуправлемые генераторы могут быть выполнены в виде измерительных модулей, управляемых с помощью стандартного измерительного интерфейса, например VXI, либо представлять собой законченные конструкции, имеющие соответствующий интерфейсный вход для осуществления процедуры управления источником 1 тестовых воздействий посредством стандартной интерфейсной магистрали (LAN, USB, КОП и пр.).

В качестве средств реализации измерителей 3 параметров неуправляемых внешних воздействий могут использоваться типовые средства измерения соответствующих воздействий (измерители температуры, влажности, атмосферного давления, электромагнитных излучений, освещенности и т.п.), основанные на известных технических решениях. Измерители 3 параметров неуправляемых внешних воздействий могут быть выполнены в виде измерительных модулей, управляемых с помощью стандартного измерительного интерфейса, например VXI, либо представлять собой законченные конструкции, имеющие соответствующий интерфейсный выход для осуществления процедуры управления данными измерителями 3 параметров неуправляемых внешний воздействий.

В качестве измерителей 3 для измерения выходных информативных параметров объекта контроля могут использоваться соответствующие типовые средства измерений (аналого-цифровые преобразователи, цифровые осциллографы, цифровые вольтметры, измерительные приемники, измерители оптических сигналов, анализаторы спектра, логические анализаторы и т.п.). Состав измеряемых параметров определяется спецификой конкретного типа объекта контроля. Требования к характеристикам аппаратуры измерения параметров, как и в случае источников стимулирующих (тестовых) воздействий, определяются исходя из общих требований к контролю состояния объектов контроля.

Автоматизированная измерительная система (см. чертеж) в режиме самоконтроля сохранности метрологических характеристик работает следующим образом.

Перед началом работы выход управляемого источника 1 тестовых воздействий через соединитель 2 подключается к измерительному входу соответствующего измерителя 3 информативных параметров, а в ЭВМ 4 дополнительно вводится программное обеспечение автоматизированного контроля сохранности метрологических характеристик сопрягаемой пары «источник тестовых воздействий - измеритель информативных параметров».

По командам из ЭВМ 4 управляемый источник 1 тестовых воздействий устанавливает на своем входе заданное значение А_j параметра тестового воздействия, которое воспроизведется с некоторой погрешностью ΔА_j и будет иметь значение A_вых=А_j+ΔA_j, поступающее на вход измерителя 3 информативных параметров.

Измеритель 3 информативных параметров измерит входное значение параметра А с некоторой погрешностью ΔAi и сформирует отсчет результата измерений

Процесс измерения параметров заданного значения тестового воздействия повторяется многократно до получения представительной выборки (не менее 100 раз). Полученные результаты обрабатываются с целью определения оценки математического ожидания результата измерения

и среднего квадратического значения (δА_вх) погрешности результатов измерений параметра А;

По результатам обработки получают оценки систематической погрешности измерительной системы Δ_cА_j по данному параметру А;

а также оценку СКО случайной погрешности измерений:

где (Δ_cА_j)_м∂ (σ_м∂А_j) являются нормируемыми метрологическими характеристиками контролируемой измерительной системы.

Условия (5) и (6) определяют сохранность метрологических характеристик контролируемой измерительной системы (см. чертеж) в заданных пределах, установленных эксплутационной документацией на систему. При соблюдении данных условий поверки с применением образцовых средств не требуется и можно продолжать использовать данную измерительную систему по назначению.

Достоверность указанного способа, реализуемого в системе (см. чертеж), обусловлена тем, что в оценке метрологических характеристик системы по соотношениям (1)-(6) участвуют одновременно как управляемый источник 1 тестовых воздействий, так и устройство измерения 3 информативных параметров. Вероятность ошибочной оценки сохранности метрологических характеристик в этом случае ничтожно мала и определяется вероятностью одновременного устойчивого формирования одного и того же значения выходного параметра , совпадающего с устойчивым неверным формированием этого же значения в результате измерений .

Вероятность такого сочетания событий оценивается по соотношению

где P_н - вероятность одновременного устойчивого формирования неверного значения и формирования идентичного неверного отсчета ;

- вероятность отказа устройства формирования тестового воздействия 1;

- вероятность отказа измерителя информативного параметра 3;

Р_АИс - вероятность отказа автоматизированной измерительной системы (АИС), исходя из которой рассчитывается межповерочный интервал АИС.

Следует отметить, что отказ любой из составляющих АИС (см. чертеж) обнаруживается средствами встроенного функционального контроля АИС. Таким образом, возможность допуска к работе недостоверной АИС, если она удовлетворяет условиям (5) и (6), практически исключена. Следовательно, межповерочный интервал АИС (см. чертеж) может быть расширен до обнаружения отказа одной из составляющей частей АИС, когда потребуется ремонт и последующая обязательная поверка АИС после ремонта.

Одним из условий технической реализации АИС (см. чертеж) является внесение в ее состав необходимого количества соединителей 2, обеспечивающих подключение выходов управляемых источников 1 тестовых воздействий ко входам соответствующих измерителей 3 информативных параметров.

Соединители должны иметь на каждом конце разъемы, сопрягаемые с разъемами управляемых источников 1 тестовых воздействий и разъемами измерителей 3 информативных параметров. Кроме того, соединители должны иметь стабильные во времени параметры и не вносить дополнительных погрешностей в процессе самоконтроля сохранности метрологических характеристик. Например, при измеряемых параметрах напряжений постоянного тока в качестве соединителей могут использоваться обычные отрезки изолированного провода, обладающие необходимой долговечностью. При измерениях параметров высокочастотных сигналов в качестве соединителей должны использоваться отрезки жестких элементов трактов (например, фазостабильный коаксиальный фидер).

В случае, если выходной сигнал управляемого источника 1 тестовых воздействий не совпадает с входными данными измерителя 3 информативных параметров (например, амплитуду сигнала с выхода высокочастотного генератора нужно измерять с помощью цифрового осциллографа), в состав соединителя 2 должно быть включено соответствующее согласующее звено (например, амплитудный детектор) со стабильной, предварительно откалиброванной переходной характеристикой.

В частности, такого типа соединители необходимы для проверки сохранности метрологических характеристик измерителей параметров неуправляемых внешних воздействий (атмосферного давления, влажности, температуры окружающей среды и т.п.), входящих в состав устройства-прототипа.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к многоканальным автоматизированным системам, предназначенным для контроля и диагностики сложных объектов. Техническим результатом является повышение надежности за счет увеличения межпроверочного интервала измерительной системы и обеспечения заданного уровня метрологических характеристик измерительной системы в течение межпроверочного интервала. Система содержит управляемые источники тестовых воздействий, измерители информативных параметров, измерители параметров неуправляемых внешних воздействий и управляющую ЭВМ. Оценка метрологических характеристик производится путем соединения с помощью соединительных кабелей выходов соответствующих источников стимулирующих воздействий со входами измерителей информативных параметров, при этом соединители, при необходимости, содержат в своем составе согласующие звенья и обладают стабильными во времени переходными характеристиками, исключающими возникновение дополнительных погрешностей оценки сохранности метрологических характеристик измерительной системы, после чего происходит процесс измерения и оценки метрологических характеристик с помощью программы автоматического контроля сохранности метрологических характеристик, заложенной в управляющей ЭВМ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система самоконтроля сохранности метрологических характеристик многопараметровой автоматизированной измерительной системы, включающая в свой состав управляемые источники тестовых воздействий, измерители выходных информативных параметров объектов контроля, измерители параметров неуправляемых внешних воздействий и управляющую ЭВМ, интерфейсные выходы ЭВМ подключены к управляющим входам источников тестовых воздействий, интерфейсные входы ЭВМ подключены к информационным выходам измерителей информативных параметров и измерителей параметров неуправляемых внешних воздействий, информационный выход ЭВМ является выходом измерительной системы, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены соединители, с помощью которых в режиме самоконтроля сохранности метрологических характеристик измерительной системы выходы управляемых источников тестовых воздействий подключены к соответствующим входам измерителей информативных параметров и измерителей параметров неуправляемых внешних воздействий, соединители обладают стабильными во времени переходными характеристиками, исключающими возникновение дополнительных погрешностей оценки сохранности метрологических характеристик измерительной системы, при этом соединители, предназначенные для подключения выходов управляемых источников тестовых воздействий и входов измерителей информативных параметров и измерителей параметров неуправляемых внешних воздействий с несовпадающими параметрами, содержат в своем составе согласующие звенья со стабильными во времени калиброванными переходными характеристиками.

2. Система самоконтроля сохранности метрологических характеристик многопараметровой автоматизированной измерительной системы по п.1, отличающаяся тем, что в состав ЭВМ, кроме ранее введенной программы, управления источниками тестовых воздействий и восприятием контролируемых параметров, дополнительно введена программа автоматического контроля сохранности метрологических характеристик измерительной системы, которая устанавливает заданные значения выходных параметров А_зад тестовых воздействий, измеряет входные значения А_вх информативных параметров и оценивает сохранность метрологических характеристик измерительной системы по соотношениям
,
,
где (Δ_сА)_м∂, (σ_м∂А)_м∂ - нормируемые значения систематической и СКО случайной погрешности измерительной системы;
А_зад, А_вх - заданные и измеренные параметры тестовых воздействий;
n - количество единичных циклов измерений при оценке сохранности метрологических характеристик системы, принимаемых для формирования представительной выборки (не менее 100).