Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ аналоговых устройств измерения перемещения и скорости 9
1.1. Методы экспериментальных исследований автоматического оружия 9
1.1.1. Методы измерения перемещений механизмов оружия 10
1.1.2. Методы измерения скорости движения механизмов оружия 12
1.1.3. Методы измерения ускорения движения механизмов оружия 14
1.2. Анализ погрешностей электрического велосиметра 14
1.3. Типовые формы сигналов 23
1.4. Выводы по главе 1 27
ГЛАВА 2. Разработка и исследование алгоритмов фильтрации сигналов в ИИС 28
2.1. Алгоритмы обработки цифровых измерений, эквивалентных преобразованиям аналоговых сигналов 28
2.1.1. Определение ошибки установившегося режима 33
2.2. Восстановление промежуточных значений цифрового сигнала . 41
2.2.1. Критерии оценки восстановления промежуточных значений цифрового сигнала 45
2.2.2. Использование линейной и квадратичной интерполяции 48
2.3. Идентификация параметров ИИС с учетом дополнительных условий 58
2.4. МНК-фильтры с учетом дополнительных условий и исследование их характеристик 59
2.5. Выводы по главе 2 68
ГЛАВА 3. Алгоритмы обработки осциллограмм с характерными точками на коротких интервалах 70
3.1. Моделирование реального сигнала с помехами 70
3.2. Алгоритмы определения скачков скорости 75
3.2.1. Аппроксимация сигнала с учетом дополнительных условий 76
3.2.2. Алгоритм с перекрывающимися окнами 81
3.3. Разработка и исследование алгоритмов нахождения скорости
для цифрового сигнала на коротких интервалах 89
3.4. Выводы по главе 3 111
ГЛАВА 4. Аппаратное и программное обеспечение информационно-измерительной системы асист 113
4.1. Структурная схема и описание работы ИИС 113
4.2. Программное обеспечение ИИС 121
4.3. Метрологическое обеспечение ИИС 124
4.4. Производственные испытания ИИС 127
4.5. Выводы по главе 4 135
Заключение 137
Список литературы
- Методы измерения скорости движения механизмов оружия
- Определение ошибки установившегося режима
- Алгоритмы определения скачков скорости
- Метрологическое обеспечение ИИС
Введение к работе
Во всех отраслях человеческой деятельности, в медицине, технике и науке осуществляются измерения всевозможных физических величин с последующим определением различных параметров сигналов, связанных с качеством функционирования различных объектов.
В наш век информатизации и широкого применения компьютерных технологий, в том числе в информационно-измерительных системах (ИИС), аналоговые сигналы оцифровываются для дальнейшей цифровой обработки или осуществляются непосредственные цифровые измерения с помощью цифровых датчиков (измерителей), приходящих на смену традиционно существовавшим аналоговым измерителям. При этом обнаруживается существенная разница между регистрируемыми аналоговыми и цифровыми сигналами, объясняемая различными полосами пропускания по частоте, что приводит к коллизиям различного рода. Годами работы и анализа неисправностей установлена причинно-следственная связь, и замена осциллограммы на цифровой сигнал, полученный в результате дискретных измерений по существу более совершенными датчиками с более широкой полосой пропускания, приведет к потере этой причинно-следственной связи, установленной эмпирическим путем. Вместе с тем, расширение полосы пропускания приводит к усилению влияния высокочастотных помех и для объективной картины необходима фильтрация цифрового сигнала.
Таким образом, при автоматизации измерений и обработки на практике возникает проблема обеспечения преемственности результатов и удовлетворения существующим нормативам, заложенным в документацию (технические условия, инструкции на испытания и др.).
Представляются возможными два пути:
Во-первых, возможен пересмотр существующих норм и их корректировка с учетом цифровых измерений и автоматизации обработки результатов этих измерений.
Во-вторых, возможна разработка алгоритмов обработки и преобразования (фильтрации) цифровых сигналов с целью приведения сигналов, полученных
5 при цифровой обработке, к виду сигналов, полученных с аналоговых датчиков, т.е. по существующим методикам.
Первый путь сопряжен с пересмотром существующих норм и документации, на что разработчик идет с неохотой и только в крайних случаях. Этот путь поэтому затруднителен и не всегда приемлем. Если идти по этому пути, то необходимо изменять аппаратуру на всех предприятиях-изготовителях или иметь двойной стандарт. Другими словами, этот путь, связанный с ломкой старого, можно назвать революционным, и, как видим, он не всегда является предпочтительным или возможным.
Одним из примеров, когда возникает указанная проблема, является переход на цифровую обработку и автоматизация измерений перемещений, скорости и ускорения движущихся деталей (затворной рамы) автоматического стрелкового оружия. Существующий метод измерений и регистрации основан на записи перемещения на фотобумагу с последующей ручной обработкой. Скорость перемещения получается путем электрического дифференцирования перемещения.
Таким образом, актуальна задача фильтрации и преобразования цифровых сигналов, полученных при цифровой обработке, к виду сигналов, полученных с аналоговых датчиков. Дополнительно следует отметить, что в ряде случаев сигналы могут состоять из участков ограниченной длительности со скачками скорости на границах участков, что накладывает определенные требования на алгоритмы цифровой обработки.
Объектом исследования являются цифровые измерители перемещений для информационно-измерительной системы (ИИС) определения характеристик автоматического стрелкового оружия.
Предметом исследования являются методы анализа и синтеза цифровых измерителей, теории погрешностей, методы аналоговой и цифровой фильтрации и идентификации моделей.
Цель работы заключается в автоматизации измерений и повышении их точности путем применения методов цифровой обработки, обеспечивающих соответствие с результатами аналоговых измерений.
Для достижения поставленной цели решаются задачи: - разработка цифрового измерителя перемещений и создание ИИС изме рения перемещения, скорости, ускорения и темпа на базе разработанного циф рового измерителя; - разработка алгоритмов обработки цифровых сигналов на коротких интер валах с учетом дополнительных условий; экспериментальная проверка разработанного цифрового измерителя перемещений и алгоритмов. разработка алгоритмов определения скорости перемещения, фильтрации и приведения цифровых сигналов к аналоговым сигналам, полученным с помощью существующих датчиков;
Методика исследования. В работе для теоретических исследований применены, главным образом, методы теории чувствительности, теории электрических цепей, теории вероятностей и погрешностей измерений, теории импульсных систем управления, цифровых фильтров, методы моделирования и идентификации. Для проверки моделей и теоретических зависимостей использовались методы моделирования и результаты натурных исследований.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспеченна корректным применением математических методов, использованием аттестованных средств измерений, большим объемом численных вычислений и экспериментального материала, а также совпадением результатов моделирования и натурных испытаний.
Научная новизна и личный вклад автора состоят в следующем: исследован существующий метод измерения параметров перемещения подвижных частей автоматического стрелкового оружия и определены погрешности измерений; обоснована структура цифрового фильтра, обеспечивающего совпадение выходного сигнала с решетчатой функцией, полученной из непрерывного сигнала на выходе аналогового фильтра; разработаны и исследованы алгоритмы обработки цифровых сигналов на конечных интервалах с учетом дополнительных (начальных) условий и цифровые фильтры по схеме замкнутых систем управления с регулированием по отклонению и астатизмом г-го порядка; предложены методы определения границ участков перемещения подвижных частей автоматического оружия, соответствующих скачкообразному изменению скоростей; исследованы алгоритмы обработки результатов цифровых измерений, обеспечивающих соответствие существующим аналоговым измерителям.
Практическая ценность и внедрение результатов работы:
ИИС на базе цифрового измерителя для определения характеристик работы автоматики стрелкового оружия.
Цифровые фильтры и алгоритмы для обработки сигналов на коротких интервалах.
Алгоритмы и методика получения цифровых фильтров, обеспечивающих соответствие сигналов цифровых измерителей сигналам существующих аналоговых систем.
Алгоритмы определения границ участков перемещения подвижных частей автоматического оружия, соответствующих скачкообразному изменению скорости.
Апробация и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях "Ученые Иж-ГТУ производству" в 1992-2001 годах, на семинарах научно-молодежной школы "Информационно-измерительные системы на базе наукоемких технологий" по Целевой Федеральной программе "Интеграция" (проект № 864) в 1997-1999 годах (г. Ижевск), на международной научно-технической конференции "Информационные технологии в инновационных проектах" (г. Ижевск, 2000 г.), на НТК "Приборостроение в XXI веке" (г. Ижевск, 2001 г.), на международной I ГТК в честь 50-летия ИжГТУ (г. Ижевск, 2002 г.)
Результаты диссертационной работы использованы при разработке ИИС на основе цифрового измерителя перемещений для проверки работы автоматики
8 стрелкового оружия по хоздоговорам с Вятско-Полянским машиностроительным заводом (г. Вятские Поляны, 1997-2002 г.), с ОАО "Ижмаш" (г. Ижевск, 1999-2002 г). Результаты работы использованы в учебном процессе в Ижевском государственном техническом университете.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, указателя литературы (101 наименование) и приложения на 13 страницах. Работа содержит 145 страниц машинописного текста, 73 иллю-страции, 9 таблиц.
В первой главе с целью постановки задачи исследований анализируется существующий метод измерения перемещения и скорости подвижных частей автоматического оружия, а также обработка осциллограмм и определения параметров перемещения и скорости, характеризующих работу автоматики стрелкового оружия. Составлена эквивалентная схема устройства, получено уравнение состояния с переменным коэффициентом и приведено его решение, исследованы погрешности измерения перемещения и скорости и сформулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе приведены результаты исследований, связанных с определением алгоритмов обработки цифровых измерений, эквивалентных преобразованиям аналоговых сигналов с восстановлением промежуточных значений сигнала, как методом уменьшения дисперсии шума с переносом спектра в высокочастотную область, что позволяет применить низкочастотную фильтрацию, идентификацией параметров с учетом дополнительных условий, а также МНК-фильтры, полученные с учетом дополнительных условий.
В третьей главе приведены алгоритмы дифференцирования цифрового сигнала на конечных интервалах, алгоритмы определения скачков скорости, алгоритмы и методика определения параметров объекта по цифровым сигналам.
В четвертой главе приведена структурная схема ИИС, дано описание программного обеспечения и содержатся результаты экспериментальных исследований и сравнение с существующим аналоговым методом измерения. В заключении сформулированы основные научные и практические результаты работы. Приложение содержит акты внедрения в промышленности и учебном процессе, протоколы поверок ИИС, части программного обеспечения.
Работа выполнена на кафедре вычислительной техники ИжТТУ.
Методы измерения скорости движения механизмов оружия
Напряжение во вторичной обмотке зависит от положения сердечника внутри катушки, перемещение которого приводит к изменению напряжения в обмотке, которое фиксируется на ленте шлейфового осциллографа. Действительное перемещение и соответствующее ему время определяются аналогично рассмотренному выше. Основным недостатком электрических велосиметров является механическая связь подвижной части оружия и регистрирующего датчика, что изменяет динамические характеристики оружия и вносит погрешности в измерение перемещения. Другим недостатком является последующая ручная обработка графиков перемещения, а также наличие расходных материалов для шлейфового осциллографа.
В механическом велосиметре барабанного типа перемещение механизма оружия фиксируется в натуральном масштабе на ленте вращающегося с постоянной скоростью барабана пером, которое жестко связано с подвижной частью оружия. Отметки времени наносятся на ту же ленту пером камертона, колебания которого имеют эталонную частоту. Масштаб времени при этом определяется как //,=——[сек/мм], (1.1.4) 7ЛсР где Яср - средняя длина волны синусоиды на участке записи, [мм]; / - частота колебаний камертона, [Гц]. Текущее время движения механизма оружия от его исходного положения на расстоянии X [мм] вдоль образующей барабана определяется из соотношения: Недостатком данного велосиметра является также механическая связь подвижной части оружия и регистрирующего пера и последующая ручная обработка.
В оптическом велосиметре фиксация перемещения производится на подвижную светочувствительную ленту с помощью луча света, отраженного от освещаемого источником света зеркала, неподвижно укрепленного на подвижной части оружия, а отметки времени создаются неоновой лампой от генератора эталонной частоты. К недостаткам оптического велосиметра можно отнести ручную обработку осциллограмм и наличие расходных материалов.
Скоростная киносъемка предоставляет большие возможности в исследовании перемещений подвижных частей оружия, позволяет анализировать процессы, неразличимые при обычном движении и наблюдении. Но данный способ измерения перемещения предназначен в основном для единичных измерений и не используется в производственных условиях, так как является достаточно трудоемким и дорогостоящим.
Широко применяемым методом измерения скорости настоящее время является механический метод с применением барабанного велосиметра. Измерение скорости движения определяется путем графического дифференцирования с использованием специального угольника, показанного на рис. 1.1.2. Для измерения проводится касательная к кривой в точке С, которая совмещается с отметкой числа обо ротов барабана, указанного на горизон Рис. 1.1.2. Велограмма с угольником тальной стороне угольника. Точка пересечения касательной с вертикальной стороной угольника показывает скорость движения подвижной части изделия в точке С. Недостатки данного метода аналогичны, что и для случая измерения перемещения.
Основным методом измерения скорости в настоящее время является элек трический метод с применением реохорда, в цепь которого включена диффе ренцирующая цепочка, сигнал с выхода которой регистрируется на ленте шлейфового осциллографа в виде велограммы. Далее производится масштаби рование велограммы и расчет скорости подвижной части оружия (более под робно описание приведено в п. 1.2). Недостатками метода являются те же, что и для электрического метода измерения перемещения. В Вх В2 Въ С BfpiC С, Известен бесконтактный метод из УД \ у ч /ч /\/ /N / / / мерения скорости, основанный на фото \ / \ / /V \ / л / v(x) і , K)/f ч /fr V / \к.//Р v v графировании экрана, на который про X ецируется контрастный треугольник, за -і Т л л Л П Г л Ах ! 3 Ах крепленный на подвижной части ору Рис. 1.1.3. Схема измерения жия № ПРИ Движении механизма скорости оружия экран импульсно освещается бесконтактным методом через равные промежутки времени и фотографируется с большой экспозицией. В результате на снимке получается ряд теневых треугольников, а линия, соединяющая точки пересечения противоположных сторон треугольника в соседних положениях, определяет график скорости подвижной части оружия. На рис. 1.1.3 приведен график скорости v(x). Треугольник ABC перемещается с подвижной частью оружия вдоль оси X параллельно стороне ВС со скоростью v. От импульсного освещения через равные промежутки времени At на неподвижной пленке получаются изображения того же треугольника (на рис. 1.1.2 - изображены пунктиром). Из рис. 1.1.2 следует зависимость Zlx,.=2tf,./g. (1.1.6) Так как положения 0, 1, 2, 3, ..., / треугольника зафиксированы через равные интервалы времени At, то и для рассматриваемого і - го интервала имеем vcp/ =- - Ht=Mv-Ht, (1.1.8) где //v = масштаб графика скорости, а кривая, проведенная по точкам At к І , означает график в масштабе /uv осредненной скорости в функции координаты звена. Выраженным недостатком данного метода является ручная обработка результатов измерения и его технологическая сложность, вследствие чего затруднительно его применение в производственных условиях.
Определение ошибки установившегося режима
В случае дискретного сигнала х (0 на выходе приведенной непрерывной системы имеем yu{p) = X\p)WnH{p) = x\p)W(p3{p)W{P)y (2.1.13) и соответственно для дискретного сигнала реакции с учетом (2.1.6) и периодичности изображений дискретных сигналов Y u{p) = X\p) tw(f 3(p-j2xrW(p-j2m-) = X (pW 3Ke(p). (2.1.14) r=-oo
Отсюда вытекают частные случаи 1 . Если }Уф3(р) = 1, то для W3Ke (р) получим результат, совпадающий со случаем 1 (формула (2.1.9)). 2 . Если формирующее звено является фиксатором нулевого порядка, то есть W (p)sslzll.f (2.1.15) Р то получим результат, совпадающий со случаем 2 (формула (2.1.10)). 3 . Если формирующее звено является фиксатором первого порядка, то ер(1-е р)2 есть ГфЛР)= 2 . (2.1.16) Р то получим результат, совпадающий со случаем 1 (формула (2.1.11)) 4 . Если формирующее звено является фиксатором второго порядка, то есть 1Уфз{р)= \3 , (2.1.17) ер{\-е-р)ъ І то получим З (гЛгі- а-.- )3 W(P- . (2.1.18) r=-oo (р - J2TW) Этот результат отличается от (2.1.11) отсутствием множителя —, со \ + е р ответствующего выражению в изображении дискретного сигнала для непре 1 2 рывного сигнала . Заметим дополнительно, что обычно передаточная функ (1- " ) ъл Р ция фиксатора порядка і представляется в виде : . Множитель еи, Р введенный нами в (2.1.17), (2.1.18) компенсирует отставание сигнала на выходе фиксаторов 1, 2 порядка на один отсчет от входного сигнала. Необходимость 2 , дополнительного множителя — в фиксаторе второго порядка исследуем \-е р дополнительно. I 33 1 9 1 4. Если входной сигнал изменяется по закону — t , то Х(р) =—, 2 Р3 (\ + е р) X (р) = —— и согласно (2.1.8) находим 2ер (1-е р) w;(P)=:; X P-J . (2л.19) 2ep(l-e p)3 » W{p-j2nr) 1 + e" r=-oo (/? - /2/zr): Очевидно, что в соответствии с (2.1.3) и (2.1.14) совпадение Yu (р) и Y(p) будет при выполнении условия Х(р) = Х (р)1фз(р). (2.1.20) Если Жф3(р)соответствует обратной величине X (р) с интегрирующими звеньями, то в случае фиксатора нулевого порядка совпадение будет для сигна 1 2 ла 1(/), первого порядка - /, второго порядка — / .В этом случае фиксатор точно аппроксимирует соответствующий входной сигнал. В случае другого сигнала на выходе соответствующего фиксатора аппроксимация будет с погрешностью (в случае фиксатора второго порядка надо учитывать дополни 2 л тельный множитель , о котором шла речь выше). 1 + е р 2.1.1. Определение ошибки установившегося режима
Из теории интерполяции известно, что с помощью полинома более высокого порядка полином низкого порядка аппроксимируется точно [1, 90], а в данном случае восстановления непрерывного сигнала по дискретному это не так, что впрочем, соответствует положению о том, что в общем случае нельзя восстановить непрерывный сигнал по дискретному [81]. При выполнении теоремы отсчетов Найквиста однозначное восстановление возможно, но для этого необходимо использовать все значения решетчатой функции, а фиксатор порядка / использует только / +1 значение. Воспользуемся также аналогией из теории управления. В системе с астатизмом порядка / установившаяся погрешность равна нулю, если на входе сигнал в виде полинома степени не выше /-1 [34], что согласуется с погрешно 34 стью аппроксимации полиномом более высокого порядка. Так как в случае произвольной W{p), т. е. в общем случае, определить погрешность не представляется возможным, то рассмотрим передаточные функции усилительного и апериодического звеньев первого и второго порядка, соответственно равные Wy(p) = \; WaX{p) = -±-\ Wa2(p) = - -. (2.1.21) р + а (р + а)(р + у) Для определения ошибки установившегося режима можно воспользоваться известными из теории регулирования и управления способами, основанными на преобразовании Лапласа.
Алгоритмы определения скачков скорости
Имели место случаи, когда полиномы не пересекались не только в окрестности экстремума, а вообще не пересекались, или пересекались за пределами диапазона сигнала, так для полиномов второй степени процент таких случаев составил 40. Соответственно точность определения точки экстремума была низкой. Такое «некорректное» поведение аппроксимирующих полиномом объясняется тем, что за пределами окна осуществляется экстраполяция. Наилучшее средне-квадратическое отклонение погрешности было получено при аппроксимации полиномами четвертой степени как слева так и справа, при этом расчетное значение составило а = 2,101 Ги (Ти =0,001 [сек.] - период дискретизации см. 1.2.9) с учетом того, что для 10% случаев точки пересечения полиномов не существовало. Для предотвращения этого предложено задавать дополнительные условия, чтобы осуществлялась интерполяция.
Эти дополнительные условия сводились к заданию дополнительных точек или условию обращения в нуль первой производной [46]. В этом случае для избежания сильного сглаживания излома следует взять полином более высокой степени.
На рис. 3.2.2 показана аппроксимация сигнала полиномами четвертой степени с дополни полиномами слева(2) и тельными условиями. Для данного способа ап справа(З) с дополни- , _ проксимации также обработано 1000 реализаций тельными условиями г " г г исходного сигнала с наложением на него шумовой составляющей с выше указанными значениями. При этом было установлено, что во всех экспериментах точка пересечения полиномов была в окрестности экстремальной точки и расчетное значение среднеквадратического отклонения погрешности определения точки экстремума составило а - 0,409 Ти при m = 15 р = 3. Установлено также, что с увеличением значения m значение погрешности может быть уменьшено, так в случае m = 20, р = 3 среднеквадрати-ческое отклонение составило т = 0,308 Ти. Но дальнейшее увеличение значения m приводит к росту СКО.
Данный алгоритм поиска экстремальной точки был применен для восстановленного сигнала с шумовой составляющей для п = 3,4,5 (см. п. 2.2), при этом #-1 - число восстановленных значений сигнала. При восстановлении сигнала в программной реализации предварительно проводилось разряжение исходного дискретного сигнала на величину п. Далее непосредственно проводилось восстановление значений разряженного сигнала с линейной интерполяцией по формулам: п-і і п-і і ХІ= х0+-хп, хп+і= хп+-х2п (3.2.9) п п п п где Xj - восстанавливаемое значение, п = 3,4,5 - число отрезков между восстанавливаемыми значениями, / = 1,..., п-1- номер восстанавливаемого значения. Заметим, что число интервалов определяется длительностью сигнала во временной области. На рис. 3.2.3 приведена аппроксимация восстановленного исходного сигнала с наложенным шумом при различных п. На данном рисунке просматривается смещение экстремальной точки в п раз.
При этом был также проведен расчет среднеквадратического отклонения для п = 3,4,5, которое оказалось равным соответственно у = 0,318 Ти, а = 0,359 Ти, и = 0,394 Ти .
Кроме восстановления сигнала с линейной интерполяцией было проведено восстановление исходного сигнала, содержащего шумовую составляющую, с квадратичной интерполяцией. Восстановление с квадратичной интерполяцией проводилось в соответствии с (2.2.53). При этом для удобства вычисления восстанавливаемых значений начало отсчета смещалось на величину п и восстановление проводилось как слева от точки п-к , где к- номер интервала в котором проводится восстановление, так и справа, а затем проводилось усреднение восстановленных значений на всех интервалах за исключением первого и последнего. Тем не менее, несмотря на наиболее сложный алгоритм восстановления, которое проводилось для п = 3,4,5, расчетное среднеквадратическое отклонение превысило значение при линейной интерполяции и составило 7 = 0,383 Ти, а = 0,418 Ти, а = 0,471 Ти соответственно, что можно объяснить расположением восстановленных точек на дуге.
Метрологическое обеспечение ИИС
Информационно-измерительная система оценки качества стрелкового оружия и малокалиберного артиллерийского предназначена для обеспечения выполнения технологических процессов испытания различных изделий, определения скорости подвижных частей оружия в крайнем заднем положении и темпа стрельбы, вывода на монитор оператора и пульт испытателя их значений с указанием годности изделия или брака [62, 60, 55]. Система по ходу испытаний отслеживает порядок проведения испытаний, выводит соответствующие сообщения на пульт испытателя и руководит работой испытателя. В конце испытания система принимает решение о годности изделия, выводит протокол испытания на печатающее устройство и записывает всю необходимую информацию для создания базы данных по испытанию каждого изделия [54, 59]. Объектом испытания информационно-измерительной системы АСИСТ является стрелковое оружие и мелкокалиберное артиллерийское калибра до 30 мм включительно с максимальным линейным перемещением подвижных частей оружия до 250 мм, их максимальной линейной скоростью до 20 м/с и наибольшим темпом стрельбы 800 выстрелов в минуту. Испытание проводится автоматическим огнем сериями по пять или шесть выстрелов в зависимости от технических условий изделия. При этом первый выстрел может отбрасываться как «разгонный» работы автоматики изделия.
Структурная схема системы приведена на рис. 4.1.1.
При проведении испытаний изделие устанавливается в специальный станок и жестко закрепляется. На подвижную часть изделия крепится непрозрачный флажок с массой значительно меньшей, чем подвижная часть изделия. Видеокамера, построенная на базе линейного ПЗС-прибора [65, 40, 86, 38, 43, 48, 56, 58], устанавливается, совместно с излучателем [99, 35, 3, 50] и флажком в одной плоскости, так, чтобы изображение флажка (в данном случае теневой линии) проецировалось через оптическую систему (объектив) видеокамеры на ПЗС-прибор. В качестве ПЗС-прибора используется линейный фотоприемник ILX-703A фирмы SONY, имеющий следующие характеристики: - число фоточувствительных элементов -2048; - размер фоточувствительного элемента - 14 мкмх14 мкм; - максимальная частота работы прибора - 10 МГц; - встроенный генератор временной диаграммы переноса заряда; - выходной сигнал - совместим с ТТЛ-логикой; - напряжение питания - 5 и 9 вольт; - температурный диапазон --10 ч- +55 С; - число выводов - 22.
Данный ПЗС-прибор удобен в эксплуатации и имеет преемственность в управлении с приборами более высокочастотными и с большим числом элементов, что в дальнейшем не ограничивает возможности применения данной ИИС. Для управления ПЗС прибором в видеокамеру встроен микроконтроллер SAB 80С167 фирмы Siemens [100], формирующий задающую временную последовательность импульсов и осуществляющий программное управление порогом бинаризации видеосигнала на схеме компаратора, прием и запись полученного цифрового видеосигнала. Микроконтроллер имеет собственную тактовую частоту 25 МГЦ и содержит 16-ти разрядный процессор, ПЗУ, ОЗУ, каналы быстрого прерывания (50 [нсек]), 32-х разрядные таймеры-счетчики, блок формирования ШИМ с разрешением 50 [нсек], последовательный канал RS232. Данный состав контроллера обеспечивает высокую гибкость системы [67].
Для организации взаимодействия ИИС с испытателем и вывода результатов испытания применяется пульт испытателя. На транспарантах пульта испытателя отображается весь технологический цикл испытания изделия стрельбой. По окончании проведения испытания транспаранты отображают значения измеренных скорости подвижных частей и темпа работы автоматики изделия с указанием годности или брака изделия по данным показателям. Кроме этого на пульте испытателя отображается готовность к испытанию системы в целом и имеется возможность прервать аварийно проведение испытания в случае задержек работы автоматики или в иных случаях со стороны испытателя.
Центральным элементом структуры данной ИИС является ЭВМ типа IBM/PC. ЭВМ связывает в единую систему все устройства системы посредством своих коммуникационных портов и организует управление этими устройствами [77]. В ЭВМ производится окончательная обработка полученных данных с видеокамеры с применением алгоритмов, описанных в главе 2 и главе 3. Для визуального отображения графиков перемещения и скорости с указанием расчетных значений скорости подвижных частей и темпа изделия применяется монитор. Протокол испытания, содержащий графики перемещения и скорости, измеренные значения скорости по каждому удару и значения темпа, выводится на печатающее устройство.
Работа информационно-измерительной системы определяется пуском на выполнение головной программы ASIST.exe с клавиатуры ЭВМ. При запуске программы проводится аутентификация оператора путем ввода пароля, после чего на экране монитора появляется программное меню, в виде передней панели пульта испытателя, с возможностью выбора режима работы системы, изменением файла конфигурации испытания и файла изделий.
