Основные направления и принципы автоматизации электрорадиоизмерений

Как уже отмечалось, в отечественной электрорадиоизмерительной технике произошли существенные качественные сдвиги. Эти сдвиги связаны с автоматизацией процессов измерения, позволяющей за ограниченное время перерабатывать большие потоки измерительной информации. Необходимость в этом постоянно возникает при проведении научных исследований, разработке, производстве и эксплуатации современного радиоэлектронного оборудования, средств связи и телевидения, космической техники и т. д. Человек, выполняющий измерения и обрабатывающий полученную информацию, уже не в состоянии в силу своих физиологических возможностей оценить все возникающие ситуации и принять соответствующие решения. Поэтому необходимы такие СИ, которые позволяли бы автоматизировать процессы измерений, обработки и регистрации их результатов при одновременном исключении из результатов измерений субъективных погрешностей оператора.

Сложившиеся к настоящему времени основные направления автоматизации электрорадиоизмерений заключаются в следующем: 1) разработке СИ, в которых все необходимые регулировки выполняются автоматически (либо вообще не требуются); 2) замене косвенных измерений прямыми и разработке на этой основе прямопоказывающих измерительных приборов; 3) создании многофункциональных (комбинированных) измерительных приборов; 4) разработке панорамных измерительных приборов; 5) применении микропроцессоров и разработке на их основе электро- и радиоизмерительных приборов четвертого поколения — приборов с искусственным «интеллектом»; 6) разработке ИВК, имеющих в своем составе процессор (процессоры) с необходимыми периферийными устройствами, измерительные и вспомогательные устройства, управляемые от процессора, и программное обеспечение комплекса; 7) создании на основе ИВК как универсального ядра различных ИИС.

Первые четыре направления стали классическими и эффективно используются при разработке электронных измерительных приборов всех подгрупп и видов. Поэтому мы лишь кратко охарактеризуем здесь эти направления и будем затем подробно иллюстрировать их материалами последующих глав учебника. Последние три направления автоматизации электрорадиоизмерений являются сравнительно новыми и могут квалифицироваться как основная тенденция в дальнейшем развитии СИ электрических величин.

Проведению измерений с помощью большинства видов СИ, как правило, предшествуют регулировки, связанные с различными настройками, установкой требуемых пределов измерений и калибровкой. Автоматическое выполнение таких регулировок является частным случаем общей задачи автоматического регулирования и достигается применением обратных связей, преобразованием измеряемой величины к виду, позволяющему сравнивать ее с величиной, воспроизводимой мерой внутри прибора, автоматическим изменением в требуемых пределах величины, воспроизводимой мерой, и другими схемотехническими решениями. Характерным примером такого прибора является осциллограф с автоматизированным управлением.

Косвенные измерения связаны с вычислением искомого значения величины по результатам прямых измерений аргументов. Именно здесь эффективны микропроцессоры, позволяющие автоматизировать все необходимые вычислительные процедуры. Однако в целом ряде случаев оказывается возможным проектировать измерительные приборы, которые за счет схемотехнических решений могут прямо измерять искомые величины и, таким образом, трансформировать косвенные измерения в прямые. Характерным примером подобных приборов является измеритель отношения напряжений, широко применяемый при относительных измерениях.

Многофункциональные (комбинированные) приборы — это приборы, выполняющие целый ряд функций и позволяющие измерять несколько параметров сигналов или цепей. На возможность разработки таких приборов в пределах практически каждого вида обращалось внимание в § 2.1. Особенно удобно и целесообразно проектировать многофункциональные приборы как цифровые. В качестве характерного примера можно привести универсальные цифровые вольтметры и мультиметры.

Панорамные приборы позволяют эффективно автоматизировать процесс измерения в случае исследования зависимости параметров сигналов или цепей от какого-то аргумента (чаще всего частоты). Это относится к анализу спектра сигналов, исследованию АЧХ и ФЧХ радиотехнических цепей и устройств и к целому ряду других измерительных задач. С помощью панорамных приборов обеспечивается визуальное наблюдение на экране осцилло-графического индикатора картины (панорамы) определяемой характеристики (характеристик) в широком диапазоне частот. Основным функциональным узлом панорамных приборов является генератор качающейся частоты, создающий частотную ось панорамы.