Устройство цифровой регистрации что это

Устройства цифровой регистрации реферат

Для наблюдения за технологическими процессами на производстве, при проведении научно исследовательских и экспериментальных работ, а также в медицинской практике часто требуется не только измерять те или иные физические величины, но и автоматически фиксировать их значения. Для этой цели служат разнообразные регистрирующие устройства.

Регистрирующее устройство — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. Очень часто, в измерительной технике под регистрирующими устройствами понимают совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. По результатам регистрации измеряемых величин можно определить текущие значения измеряемой величины, установить функциональные связи между несколькими измеряемыми величинами и т.д.

Обобщенную структурную схему регистрирующего прибора (рис. 1) можно представить в виде ряда последовательно соединенных преобразователей – измерительной цепи, при помощи которой выбирают масштаб регистрации. Эта же цепь преобразит измеряемую величину в пропорциональное значение тока для действия измерительного механизма. Измерительный механизм преобразует ток в пропорциональное перемещение указателя отсчетного устройства и механически связанного с ним рабочего органа регистрирующего устройства.

В зависимости от числа одновременно регистрируемых величин различают одноканальныеи многоканальныерегистрирующие приборы (до восьми каналов при одном носителе информации).

Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.

Все регистрирующие устройства можно разделить на два вида.

· Устройства с регистрацией информации в визуальной форме.

· Устройства с регистрацией информации в электронном (безбумажном виде)

И то и другое устройство может быть цифровым или аналоговым.

В аналоговых — информация записывается в аналоговом виде на электронном носителе, обычно магнитной ленте, в виде графиков, диаграмм. Считывание с этих устройств производится либо с помощью соответствующих технических средств, либо непосредственно — визуальное считывание информации. В настоящее время аналоговые устройства применяются все реже, постепенно заменяясь на цифровые устройства.

В цифровых регистрирующих устройствах — информация записывается в цифровом виде.

Цифровые регистраторы данных предназначены для записи технических параметров в цифровом виде на электронные носители информации — магнитные диски, твердотельные накопители и т. д. В простейшем случае цифровой регистратор представляет собой микропроцессорное устройство с аналого-цифровым преобразователем, цифровым таймером для временно́й привязки и накопителем информации, в более сложных случаях — это специализированная ЭВМ, которая кроме простой записи информации по множеству каналов предоставляет возможность обработки информации, в т. ч. в режиме реального времени, и её визуализацию на экране дисплея.

В зависимости от вида регистрирующего устройства и носителя информации, которые используются в приборе, а также частотного диапазона регистрирующие приборы разделяют на самопишущие приборы, светолучевые осциллографы и магнитографы. Наибольшее распространение в промышленности и технике получили самопишущие приборы.

Самопишущим называют регистрирующий прибор, в котором запись формы измеряемых величин или их функциональной зависимости происходит в виде диаграммы на различные носители. В зависимости от вида регистрации самопишущие приборы разделяют на приборы с непрерывной и с точечной регистрацией, а по типу измерительного устройства – на приборы с измерительным механизмом и компенсационные.

Несмотря на различные виды носителей информации и конструктивные различия самопишущих приборов, принцип их устройства одинаков (рис. 2). Измерительный механизм прибора преобразует измеряемую величину в перемещение указателя и механически связанного с ним регистрирующего устройства. Для перемещения носителя информации используются различные лентопротяжные механизмы. Информация регистрируется при помощи устройства, которое механически связано с указателем.

Способы регистрации информации, применяемые в самопишущих приборах, должны обеспечивать наглядность результатов, минимальные затраты на обслуживание и обработку и возможность длительного хранения результатов. Различают способы регистрации с нанесением слоя вещества на носитель информации, со снятием слоя вещества с носителя информации и с изменением состояния вещества носителя.

Для регистрации информации способом нанесения слоя вещества применяют карандаши, пасты, специальные чернила, копировальные бумаги и др.

Способ регистрации со снятием слоя вещества носителя предусматривает использование иглы (или резца) из твердого материала, которая при перемещении по поверхности носителя срезает слой предварительно нанесенного парафина или металлического покрытия.

В самопишущих приборах иногда применяют способ регистрации с изменением верхнего слоя состояния вещества. Он состоит в том, что на светочувствительный слой носителя информации воздействует световой луч.

Аналоговые устройства регистрации. Модули записи временных графиков на визуальные носители. Цифровые электронные приборы. Принцип работы тепловизора, направления его использования. Устройство осциллографа и его применение в исследовательских целях.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	28.11.2013
Размер файла	25,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Регистрирующий измерительный прибор — измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний.

Регистрирующее устройство (регистратор) — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени.

Аналоговые устройства регистрации. Аналоговая информация может быть записана либо на электронные носители, считывание с которых производится с помощью соответствующих технических средств, либо, на носители, обеспечивающие непосредственное, визуальное считывание информации.

Устройства записи временнымх графиков на визуальные носители. По способу записи такие устройства бывают двух видов — с записью на бумаге чернильным пером или процарапыванием иглой на плёнке со специальным покрытием, и с записью на фотоплёнке (светолучевые осциллографы). Функционально самописец состоит из устройства для равномерного непрерывного перемещения носителя (бумаги, плёнки) и измерительного механизма, перемещающего перо, корундовую иглу для процарапывания или зеркальце осциллографа, направляющее луч в нужное место на фотоплёнке.

Цифровые электронные устройства регистрации. Цифровые регистраторы данных предназначены для записи технических параметров в цифровом виде на электронные носители информации — магнитные диски, твердотельные накопители и т. д. В простейшем случае цифровой регистратор представляет собой микропроцессорное устройство с аналого-цифровым, преобразователем, цифровым таймером для временномй привязки и накопителем информации, в более сложных случаях — это специализированная ЭВМ, которая кроме простой записи информации по множеству каналов предоставляет возможность обработки информации.

Примеры технических средств с использованием автоматической регистрации данных:

· бортовые регистраторы в составе средств объективного контроля;

· самопишущие вольтметры, амперметры, ваттметры;

· электронные регистраторы (самописцы) в составе средств паз и регистрации.

Тепловизор. Современный тепловизор — это программно аппаратный комплекс, предназначенный для того, чтобы считывать инфракрасное излучение с объектов, а также определять количество выделяемого тепла. В данном случае изображение выводится на экран, который может быть интегрирован непосредственно в сам прибор или же находиться отдельно. Преимущественное большинство современных тепловизоров имеет выход для того, чтобы к ним можно было подключить внешний монитор. Изображение на экране — это термальное поле, которое дает разнообразную информацию. В данном случае все зависит от той отрасли, в которой используются тепловизоры.

Принцип работы тепловизора. Принцип работы любого тепловизора построен на фиксации теплового излучения исходящего от любых предметов, электронной обработки его и выдачи в виде теплового изображения на экране монитора. Учитывая тот факт, что наши глаза его не видят, но ощущают в виде тепла исходящего от огня, солнечных лучей, радиатора отопления и др., «картинку» можно получить даже самой темной ночью. Тепловое излучение свободно проникает через многие природные преграды: дым, пыль, умеренная листва. На примере хорошо видно как камера, работающая в диапазоне видимого спектра, не может разглядеть человека сквозь туман.

Тепловизоры делятся на:

· Стационарные. Предназначены для применения на промышленных предприятиях для контроля за технологическими процессами в температурном диапазоне от ?40 до +2000 °C. Такие тепловизоры, зачастую имеют азотное охлаждение, для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование приемной аппаратуры. Основу таких систем составляют, как правило, тепловизоры третьего поколения, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.

· Переносные. Новейшие разработки в области применения тепловизоров на базе неохлаждаемых микроболометров из кремния, позволило отказаться от использования дорогостоящей и громоздкой охлаждающей аппаратуры. Эти приборы обладают всеми достоинствами своих предшественников, таких как малый шаг измеряемой температуры (0,1 °C), при этом позволяют применять тепловизоры в сложных оценочных работах, когда простота использования и портативность играют очень большую роль. Большинство портативных тепловизоров имеют возможность подключения к стационарным компьютерам или ноутбукам для оперативной обработки поступающих данных.

Тепловизоры часто путают с приборами ночного видения, хотя разница между ними существенна. Классический прибор ночного видения позволяет ориентироваться при низком уровне освещенности, усиливая свет, попадающий в объектив. Во многих случаях яркий объект, оказавшийся в поле зрения, «слепит» прибор. С этим пытаются бороться, иногда — хорошо, иногда — в недорогих массовых приборах — не очень. Тепловизор же в свете не нуждается. Он, конечно, может быть использован в качестве прибора ночного видения, только задача здесь решена иначе. Известная философская конструкция о темноте как об отсутствии света взята в тепловизионной технике на вооружение: смотрим на то, что есть, в данном случае на тепло.

Активно тепловизоры начинают применяться и на железной дороге.

Основными направлениями применения являются:

1. Контроль букс (букса — узел ходовой части вагонов и локомотивов, воспринимающий и передающий колёсным парам силы тяжести груженого кузова, а также динамические нагрузки, возникающие при движении вагона) для определения их температуры;

2. Проверка тиристоров чтобы вовремя выявить перегрев и не допустить выхода из строя;

3. Обследование вагонов-холодильников с целью обнаружения мест повреждения теплоизоляции и устранения доступа тепла внутрь холодильной камеры;

4. Обследование объектов энергохозяйства для определения мест перегрева контактов, контактных соединений, высоковольтных выключателей, трансформаторов и т.д.;

5. Использование в целях обеспечения безопасности — своевременное предупреждение о нахождении людей на путях в темное время суток, в условиях тумана, снега, дождя или задымленности.

Мультиметр. Мультимметр (от англ. multimeter, темстер — от англ. test — испытание, авомметр — от ампервольтомметр) — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр. Иногда выполняется мультиметр в виде токоизмерительных клещей. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Аналоговый мультиметр. В аналоговом мультиметре результаты измерений наблюдается по движению стрелки (как на часах) по измерительной шкале, на которой подписаны значения: напряжение, ток, сопротивление. На многих (особенно азиатских производителей) мультиметрах шкала реализована не совсем удобно и для того, кто первый раз взял такой прибор в руку, измерение может доставить некоторые проблемы. Популярность аналоговых мультиметров объясняется их доступностью и ценой (2-3$), а основным недостатком является некоторая погрешность в результатах измерений. Для более точной подстройки в аналоговых мультиметрах имеется специальный построечный резистор, манипулируя которым можно добиться немного большей точности. Тем не менее в случаях, когда желательны более точные измерения, лучшим будет использование цифрового мультиметра.

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора (микроамперметра), набора добавочных резисторов для измерения напряжения и набора шунтов для измерения тока. Измерение сопротивления производится с использованием встроенного источника питания, а измерение сопротивлений более 1..10 МОм — от внешнего источника. аналоговое регистрация цифровой прибор

Особенности и недостатки. Технические характеристики аналогового мультиметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше ток полного отклонения микроамперметра, тем более высокоомные добавочные резисторы и более низкоомные шунты можно применить. А значит, входное сопротивление в режиме измерения напряжений будет более высоким, а падение напряжения в режиме измерения токов будет более низким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например, при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.

Главным отличием от аналогового является то, что результаты измерения отображаются на специальном экране (в старых моделях на светодиодах, в новых на жидкокристаллическом дисплее). К тому же цифровые мультиметры обладают более высокой точностью и отличаются простотой использования, так как не приходится разбираться во всех тонкостях градуирования измерительной шкалы, как в стрелочных вариантах.

Немного подробней о том, что за что отвечает. Любой мультиметр имеет два вывода, черный и красный, и от двух до четырех гнезд (на старых российских еще больше). Черный вывод является общим (масса). Красный называют потенциальным выводом и применяют для измерений. Гнездо для общего вывода помечается как com или просто (-) т.е. минус, а сам вывод на конце часто имеет так называемый «крокодильчик», для того, чтобы при измерении можно было зацепить его за массу электронной схемы. Красный вывод вставляется в гнездо помеченное символами сопротивления или вольты (ft, V или +), если гнезд больше чем два, то остальные обычно предназначаются для красного вывода при измерениях тока. Помечены как A (ампер), mA (миллиампер), 10A или 20A соответственно..

Переключатель мультиметра позволяет выбрать один нескольких пределов для измерений. Например, простейший китайский стрелочный тестер:

· Постоянное (DCV) и переменное (ACV) напряжение: 10В, 50В, 250В, 1000В.

· Ток (mA): 0.5мА, 50мА, 500мА.

· Сопротивление (обозначается значком, немного похожим на наушники): X1K, X100, X10, что означает умножение на определенное значение, в цифровых мультиметрах обычно указывается стандартно: 200Ом, 2кОм, 20кОм, 200кОм, 2МОм.

На цифровых мультиметрах пределов измерений обычно больше, к тому же часто добавлены дополнительные функции, такие как звуковая «прозвонка» диодов, проверка переходов транзисторов, частотометр, измерение емкости конденсаторов и датчик температуры.

Для того, чтобы мультиметр не вышел из строя при измерениях напряжения или тока, особенно если их значение неизвестно, переключатель желательно установить на максимально возможный предел измерений, и только если показание при этом слишком мало, для получения более точного результата, переключайте мультиметр на предел ниже текущего.

Осциллограф. Осцилломграф (лат. oscillo — качаюсь + греч. . — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временнымх параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.

Один из важнейших приборов в радиоэлектронике. Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред надатчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.

По назначению и способу вывода измерительной информации:

· Осциллографы с периодической развёрткой для непосредственного наблюдения формы сигнала на экране (электронно-лучевом, жидкокристаллическом и т. д.) — в зап. -европ. языках oscilloscop(e).

· Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф) — в зап. -европ. языках oscillograph.

По способу обработки входного сигнала

По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16-ти и более (n-лучевой осциллограф имеет n—ное количество сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).

Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные; цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.

Также существуют осциллографы, совмещенные с другими измерительными приборами (напр. мультиметром). Такие приборы называются скопометрами.

Осциллограф также может существовать не только в качестве автономного прибора, но и в виде приставки к компьютеру (подключаемой через какой-либо порт: LPT, COM, USB, вход звуковой карты).

Устройство . Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из электронно-лучевой трубки, блока горизонтальной развертки и входного усилителя (для усиления слабых входных сигналов). Также содержатся вспомогательные блоки: блок управления яркости, блок вертикальной развертки, калибратор длительности, калибратор амплитуды.

Экран. Осциллограф имеет экран A, на котором отображаются графики входных сигналов (у цифровых осциллографов изображение выводится на дисплей (монохромный или цветной) в виде готовой картинки, у аналоговых осциллографов в качестве экрана используется электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением). На экран обычно нанесена разметка в виде координатной сетки.

Сигнальные входы. Осциллографы разделяются на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6, и т. д. каналов на входе). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно сравнивать сигналы как между собой, так и с другими между собой (формы, амплитуды, частоты и пр.).

Управление разверткой. В большинстве осциллографов используются два основных режима развертки:

· автоматический (автоколебательный);

· ждущий.

В некоторых моделях предусмотрен ещё один режим:

При автоматической развертке генератор развёртки работает в автоколебательном режиме, поэтому, даже в отсутствие сигнала, по окончании цикла развертки происходит её очередной запуск, это позволяет наблюдать на экране луч даже в отсутствии сигнала или при подаче на вход вертикального отклонения постоянного напряжения. В этом режиме у многих моделей осциллографов выполнен захват частоты генератора развёртки исследуемым сигналом, при этом частота генератора развёртки в целое число раз ниже частоты исследуемого сигнала.

В ждущем режиме развертки напротив, при отсутствии сигнала или его недостаточном уровне (либо при неверно настроенном режиме синхронизации) развертка отсутствует и экран гаснет. Развёртка запускается при достижении сигналом некоторого настроенного оператором уровня, причем можно настроить запуск развёртки как по нарастающему фронту сигнала, так и по падающему. При исследовании импульсных процессов, даже если они непериодические (например, непериодическое, достаточно редкое ударное возбуждение колебательного контура) ждущий режим обеспечивает неподвижность изображения на экране. В ждущем режиме развертку часто запускают не по самому исследуемому сигналу, а некоторым синхронным с ним сигналом, например, сигналом импульсного генератора, возбуждающего процесс в исследуемой схеме. В этом случае, запускающий сигнал подаётся на вспомогательный вход осциллографа — вход синхронизации.

При однократном режиме генератор развёртки «взводится» внешним воздействием, например, нажатием кнопки и далее ожидает запуска точно также, как и в ждущем режиме. После запуска развёртка производится только один раз, для повторного запуска генератор развёртки необходимо «взвести» снова. Этот режим удобен для исследования непериодических процессов, таких как логические сигналы в цифровых схемах, чтобы последующие запуски развёртки не «замусоривали» экран. Недостаток такого режима развёртки — луч по экрану пробегает однократно, что затрудняет наблюдение при быстрых развёртках и, обычно, в этих случаях прибегают к фотографированию экрана. Этот недостаток ранее устраняли применением осциллографических трубок с запоминанием изображения, в современных цифровых осциллографах запоминание процесса производится в цифровом виде ОЗУ.

Подобные документы

Электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках (полупроводниковые приборы). Классификация полупроводниковых приборов по назначению и принципу действия, типу материала, конструкции и технологии, применению.

реферат [1,6 M], добавлен 17.03.2011

Технические характеристики цифровых измерительных приборов. Сравнительная характеристика аналоговых и цифровых приборов. Современные цифровые универсальные приборы контроля геометрических параметров. Измерение среднеквадратического значения напряжения.

реферат [774,0 K], добавлен 29.11.2011

Цифровые измерительные приборы — это многопредельные, универсальные приборы, предназначенные для измерения различных электрических величин. Контроль над работой систем. Системы управления домовой автоматикой. Необходимость наличия источника питания.

курсовая работа [348,9 K], добавлен 27.02.2009

Электроизмерительные приборы: магнитоэлектрические и электромагнитные приборы из ферромагнитного материала. Магнитодинамические и ферродинамические приборы. Трехпоточные индукционные счетчики. Синусоидальный ток в однофазных и трехфазных цепях.

реферат [1,6 M], добавлен 12.07.2008

Пьезоэлектрические акселерометры: общая характеристика, принцип работы и области применения. Основные варианты конструкции пьезоэлектрических акселерометров. Дешифраторы, операционные усилители и аналого-цифровые преобразователи, их предназначение.

Для наблюдения за технологическими процессами на производстве, при научно исследовательских и экспериментальных работах, а также в медицинской практике часто требуется не только измерять те или иные физические величины, но и автоматически фиксировать их значения. Для этой цели служат разнообразные регистрирующие устройства. По результатам регистрации измеряемых величин можно определить текущие значения измеряемой величины, установить функциональные связи между несколькими измеряемыми величинами и т.д.

Содержание

1.Введение………………………………………………………………………………………3
2. Виды регистрации измерительной информации.
3. Самопишущие приборы………………………………………………………………. 5
3.1. Определение.
3.2. Виды самопищущих приборов.
3.2.1. Самопишущие приборы быстрого действия.
3.3. Характерные элементы и свойства приборов.
3.4.Влияющие величины и нормальные условия.
3.5. Погрешности и изменения показаний самопишущих приборов.
4. Электроннолучевой осциллограф…………………………………………………………..13
4.1. Применение. Определение.
4.2. Блок-схема электроннолучевого осциллографа.
4.3. Характеристики осциллографа.
5. Светолучевой осциллограф………………………………………………………………. 17
5.1. Определение.
5.2. Блок-схема светолучевого осциллографа.
5.3. Применение.
6. Магнитограф…………………………………………………………………………………19
7. Дисплей…………………………………………………………………….…………………20
7.1. Определение.
7.2. Виды дисплеев.
7.3. Применение.
8. Цифровое устройство………………………………………………………………………21
8.1. Определение.
8.2. Виды цифровых устройств.
8.3. Применение.
9. Аналого-цифровой преобразователь………………………………………………………23
9.1. Определение.
9.2. Классификация АЦП.
9.2.1. Параллельные АЦП.
9.2.2. Последовательно-параллельные АЦП.
9.3. Параметры АЦП.
9.3.1. Статистические параметры.
9.3.2. Динамические параметры.
10. Список используемой литературы………………………………………………52

Прикрепленные файлы: 1 файл

Устройства регистрации и представления информации.docx

Бгту ‘’Военмех’’ им. д.ф. Устинова

Устройства регистрации и представления информации.

Выполнила: Быстренина Е.В.

Проверила: Буткарева Н.Г.

2. Виды регистрации измерительной информации.

3.2. Виды самопищущих приборов.

3.2.1. Самопишущие приборы быстрого действия.

3.3. Характерные элементы и свойства приборов.

3.4.Влияющие величины и нормальные условия.

3.5. Погрешности и изменения показаний самопишущих приборов.

4. Электроннолучевой осциллограф………………………………………………… ………..13

4.1. Применение. Определение.

4.2. Блок-схема электроннолучевого осциллографа.

4.3. Характеристики осциллографа.

5. Светолучевой осциллограф………………………………………………… ……………. 17

5.2. Блок-схема светолучевого осциллографа.

7.2. Виды дисплеев.

8.2. Виды цифровых устройств.

9. Аналого-цифровой преобразователь……………………………………… ………………23

9.2. Классификация АЦП.

9.2.1. Параллельные АЦП.

9.2.2. Последовательно-параллельные АЦП.

9.3. Параметры АЦП.

9.3.1. Статистические параметры.

9.3.2. Динамические параметры.

10. Список используемой литературы………………………………………………52

Устройства регистрации и представления информации.

Для наблюдения за технологическими процессами на производстве, при научно исследовательских и экспериментальных работах, а также в медицинской практике часто требуется не только измерять те или иные физические величины, но и автоматически фиксировать их значения. Для этой цели служат разнообразные регистрирующие устройства. По результатам регистрации измеряемых величин можно определить текущие значения измеряемой величины, установить функциональные связи между несколькими измеряемыми величинами и т.д.

Регистрирующее устройство(реги стратор) — прибор для автоматической записи на носит ель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.).

Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.

Регистраторы представляют собой устройства, которые отображают перемещения в виде, удобном для наблюдения, интерпретации, хранения. При статических измерениях используются цифровые вольтметры, при динамических— электронно-лучевые осцилографы.

1.Виды регистрирующих устройств.

А) Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в виде графиков, диаграмм.

В) Цифровые регистрирующие устройства— как правило, устройство для электронной записи информации в цифровом виде, иногда в технической литературе под этим выражением подразумевается цифропечатающее устройство.

Аналоговые устройства регистрации.

Виды аналоговой регистрации:

Аналоговая информация может быть записана либо на электронные носители, считывание с которых производится с помощью соответствующих технических средств, либо, на носители, обеспечивающие непосредственное, визуальное считывание информации. К ним относят светолучевые осциллографы, самопишущие приборы.

1. Самопишущие приборы.
   1. Самопишущий прибор — прибор, записывающий или регистрирующий мгновенные эффективные (действующие) или средние значения, которые последовательно принимает измеряемая величина.

   Самопишущие приборы бывают:

   1. Прямого действия — самопишущий прибор, в котором пишущее устройство механически соединено с подвижной частью измерительного элемента и приводится в действие этой подвижной частью.
   2. Косвенного действия — самопишущий прибор, в котором пишущее устройство приводится в действие с помощью мотора или другого устройства, управляемого измеряемой величиной электромеханическим или электронным способом.
   3. Интегрирующий самопишущий прибор — прибор, записывающий интеграл какой-либо величины в определенный интервал времени.

   В соответствии с координатами диаграммы:

   1. Прибор с прямолинейными ординатами — самопишущий прибор, в котором перемещение пишущего устройства при изменении измеряемой величины осуществляется практически по прямой линии, при этом устройство привода диаграммы остается неподвижным.

   2. Прибор с криволинейными ординатами — самопишущий прибор, в котором перемещение пишущего устройства при изменении измеряемой величины осуществляется по кривой линии, при этом устройство привода диаграммы остается неподвижным.

   В соответствии с типом носителя диаграммы:

   1. Самопишущий прибор с записью на ленту — самопишущий прибор, в котором носитель диаграммы имеет форму ленты, приводимой в действие в функции времени приводным устройством; лента может автоматически накапливаться или выходить из корпуса прибора через щель.

   2. Самопишущий прибор с записью на барабан — самопишущий прибор, в котором носитель диаграммы наматывается в один слой на внешнюю поверхность цилиндрического барабана, приводимого в действие в функции времени приводным устройством.

   3. Самопишущий прибор с записью на диск — самопишущий прибор, в котором носитель диаграммы имеет форму диска, приводимого в действие в функции времени приводным устройством.

   В соответствии со способом записи:

   1. Самопишущий прибор, пишущее устройство которого находится в контакте с носителем диаграммы, — самопишущий прибор, в котором запись осуществляется посредством устройства, имеющего материальный контакт с носителем диаграммы, например:

   а) самопишущий прибор с записью пером — самопишущий прибор, в котором запись на носителе диаграммы осуществляется с помощью пера, питаемого жидкими чернилами;

   б) самопишущий прибор с записью пишущим шрифтом (стержнем) — самопишущий прибор, в котором запись осуществляется посредством пишущего шрифта, не требующего чернил.

   2. Самопишущий прибор, пишущее устройство которого не имеет контакта с носителем диаграммы, — самопишущий прибор, в котором запись осуществляется с помощью устройства, которое не имеет материального контакта с носителем диаграммы, например посредством светового луча.

   В соответствии с характером записи:

   1. Самопишущий прибор с непрерывной записью — самопишущий прибор, в котором запись осуществляется в виде непрерывной линии.

   2. Самопишущий прибор с точечной записью — самопишущий прибор, в котором запись осуществляется отпечатыванием последовательных точек.

   К приборам этой группы относятся электромеханические измерительные приборы, имеющие устройство для регистрации показаний в форме диаграммы. Запись осуществляется преимущественно чернилами. Рулон бумажной ленты 1, надетый на ролик 2, в процессе работы прибора перемещается с постоянной скоростью и перематывается на ролик 3. Перемещение бумажной (диаграммной) ленты производится при помощи маломощного двигателя (на рисунке не показан), связанного с валиком 4. С осью 5 подвижной части измерительного прибора (на рисунке также не показанного) через рычаг 6 связана стрелка прибора 7. Непрерывная запись осуществляется пером 8,расположенным на конце стрелки, и фиксируется в виде кривой на бумажной ленте. Положение стрелки с пером определяется значением измеряемой величины.

   Рис. 1. Устройство самопишущего прибора.

   Диаграммная бумага для самопишущих приборов выпускается в форме ленты и диска. Лента имеет обычно по краям отверстия (перфорации), в которые входят штифты вращающегося валика лентопротяжного механизма, сообщающего бумаге поступательное движение.

   Дисковая диаграмма вращается вместе с металлическим диском, на котором она закреплена. Лентопротяжный механизм и металлический диск приводятся в движение синхронным электродвигателем. Скорость перемещения бумаги устанавливается в зависимости от скорости изменения измеряемой величины (зависимость носит пропорциональный характер). Скорость перемещения дисковой диаграммы обычно невелика – за сутки один оборот. Этот вид диаграмм удобно применять для записи медленно изменяющихся величин.

   Рис. 2. Дисковая и ленточная диаграммная бумага.

   Рис. 3. Упаковка бумажной ленты в пачку.

   На диаграммной бумаге нанесена координатная сетка. В случае когда регистрирующий орган совершает прямолинейное перемещение, координатная сетка выполняется в прямоугольных координатах, при угловом перемещении – в криволинейных координатах. Запись в прямоугольных координатах является более удобной, так как при этом облегчается обработка диаграмм (автоматическая расшифровка, планиметрирование).

   Наличие пишущего устройства в виде пера значительно повышает трение, испытываемое подвижной частью прибора. Поэтому для уменьшения погрешности от трения в самопишущих приборах применяются измерительные механизмы со сравнительно большим вращающим моментом, 0,5 – 1 мН*м. Такой момент можно получить в магнитоэлектрических и ферродинамических измерительных механизмах.

   Выпускаемые промышленностью самопишущие приборы относятся, в основном к приборам класса точности 1,5 (переносные) и 2,5 (щитовые). Время успокоения не превышает 2 секунд. Частотный диапазон приборов не нормируется: практически частота регистрируемых процессов не должна превышать 1 Гц.

   В последние годы получили распространение быстродействующие самопишущие приборы (БСП), позволяющие регистрировать сигналы, изменяющиеся с частотой до 150 Гц. Значительное расширение рабочего диапазона частот достигнуто путем совершенствования конструкции измерительного механизма, применением соответствующих способов регистрации, а также применением специальных электрических схем для коррекции динамических погрешностей. Отличительными особенностями БСП являются: отсутствие шкал для визуального отсчёта показания, сравнительно узкое по ширине поле записи (не более 50мм), наличие специальных измерительных механизмов с большим вращающим моментом (0,2 – 0,3 Н*м). В современных БСП применяются магнитоэлектрические и электромагнитные (поляризованные) измерительные механизмы; используется запись на теплочувствительной бумаге, чернильная перьевая запись, запись на бумаге под копирку.

   Самопишущий прибор применяют тогда, когда недостаточно знать только некоторое отдельное значение измеряемой величины, а требуется проследить за её изменением с течением времени либо в зависимости от других физических величин. Такая запись может служить документом, позволяющим судить об эволюции изучаемого явления, о ходе технологического процесса, работе контролируемых агрегатов или действиях обслуживающего их персонала.

   Развитие и совершенствование электронно-вычислительной техники, устройств радиовещания и телевидения в значительной степени определяется внедрением в них цифровых устройств. Это обусловлено определенным преимуществом цифровых устройств по сравнению с аналоговыми.

   С помощью элементов цифровой техники осуществляется запоминание и хранение информации, управление различными процессами, ввод и вывод информации в ЭВМ.

   Цифровая схемотехника интенсивно внедряется в радиоприемную аппаратуру, главным образом в системы управления.

   Цель курсовой работы

   Приобретение навыков проектирования цифровых и логических схем, как основных узлов судовых управляющих и контролирующих систем. Эта цель достигается путем самостоятельной разработки курсантами комбинационных схем логических систем управления, обоснованного выбора интегральных микросхем расчета разрядности системы цифровой индикации, моделирования и расчетом на ЭВМ основных схемотехнических и конструктивных решений.

   Основные компоненты структурной схемы и алгоритм функционирования цифрового регистрирующего устройства

   Проектируемое в курсовом проекте цифровое регистрирующее устройство может быть выполнено по структурной схеме, представленной на рис. 1

   В общем случае, измерение осуществляется параллельно по нескольким каналам измерительными преобразователями ИП₁ …ИПn.

   Каждый ИП содержит:

   — датчик измеряемой величины, тип которого определяется физической сущностью регистрируемой величины (температура, давление, сила тока и т.п.);

   — устройство масштабирования входного сигнала – в зависимости от величины сигнала датчика выполняется в виде усилителя (аттенюатора-коммутатора) измерительных каналов, применяющегося при параллельных измерениях от нескольких датчиков.

   Аналоговый непрерывный сигнал от датчика, после масштабирования, через коммутатор поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Выход АЦП — это граница той части цифрового устройства, которое требуется рассчитать и детально спроектировать в курсовом проекте.

   В зависимости от выбранного типа, индикатора это может быть десятичный или код семисегментного индикатора. Кроме того, предусмотрена схема задания и контроля границ области рабочих значений измеряемого параметра и индикации его отклонения «за установленные значения. Эта схема содержит два параллельных цифровых компаратора, на один вход которых поступает входной двоичный код от АЦП, на другие входы поданы двоичные коды, соответствующие верхней и нижней границам области допустимых значений.

   Общим узлом для всех блоков цифр вой части устройства является система управления и сброса.

   В общем случае она реализует некоторую переключательную функцию, по индивидуальному заданию для каждого варианта, инициализирующуюработу устройства и осуществляя сброс в нулевое состояние цифровых и счетных схем.

   Общим узлом для всех компонентов структурной схемы устройства такжеявляется источник питания. Он вырабатывает напряжение для работы цифровых индикаторов и сигнальных ламп, логических и цифровых микросхем, аналого-цифрового преобразователя, коммутатора измерительных каналов и, при необходимости, измерительных преобразователей.

   Блок-схема алгоритма функционирования цифрового регистрирующего устройства, составленная в соответствии с изложенным словесным алгоритмом, представлена на рис. 2

   Выбор схемотехнического решения блока цифровой индикации

   Разрядность цифровых счетных схем определяется диапазоном измеряемой величины и точностью измерений и регистрации. Суммарное общее число разрядов цифрового индикатора должно быть равно числу десятичных разрядов максимального значения измеряемой величины (по уровня напряжения от измерительного преобразователя) плюс десятичная запятая, плюс число значащих десятичных разрядов справа от запятой, определяемое требуемой точностью, плюс один разряд для индикации знака числа (положительное и отрицательное), плюс один разряд для запаса точности, округления значения и достоверности.

   Так, при диапазоне изменения входное величины 0. 50 В и точности в ±5%требуется два разряда индикатора для отображения значащих цифр максимального значения. Десятичная запятая имеется внутри баллона (корпуса) лампы и может постоянно индицироваться наряду с цифрами в любом разряде, поэтому запятую включим в второй (по-порядку слева-направо) разряде и для достоверности добавляем еще один, третий, разряд справа от запятой:

   

   Тип цифрового индикатора: семисегментный индикатор.

   Источник питания: для семисегментных ламп типа ИВ-6 – это +50 В при рабочем токе каждого знака в единицы миллиампер.

   Для упрощения проектируемой в курсовом проекте схемы считаем, что АЦП, условно изображенный прямоугольником на структурной схеме устройства рис. 1, осуществляет не только аналого-цифровое преобразование, но и содержит необходимые счетные и логические элементы для преобразования (дешифрации) своего выходного кода из двоичной системы счисления в двоично-десятичную, поэтому принимаем, что выходы АЦП содержат группы по четыре разряда, уже сформированные для каждого десятичного разряда цифрового индикатора.

   С учетом изложенных соображений; схема цифрового индикатора с элементами управления для (0…50В ±5%) может быть выполнена, как показано на рис.З.

   Блок-схема алгоритма функционирования цифрового регистрирующего устройства

   Основными элементами этого узла цифрового регистрирующего устройства являются два цифровых компаратора. На один вход обоих компараторов одновременно параллельно подается выходной сигнал АЦП, на другой вход одного компаратора подан фиксированный постоянный двоичный (двоично-десятичный) код, соответствующий верхней границе области рабочих значений измеряемого параметра; на второй вход другого компаратора подан код нижней границы.

   Схема задания границ в наиболее простом случае образуется простым соединением одной группы входов компаратора с общей шиной (логическим нулем) и источником +5В (единицей) так, получаемая кодовая комбинация соответствовала нужному значению границы. Однако, с целью, придания, гибкости устройству, для обеспечения возможности его перестройки, установку и изменение границ целесообразно осуществлять с помощью наборных переключателей, задающих произвольный код. В этом случае необходима защита от «дребезга» механических контактов для предотвращения ложных срабатываний устройства. С этойцелью между переключателями и компараторами включают регистры памяти так, как показано на рис. 4.

   Синтез и минимизация логических схем

   Задана переключательная функция четырех переменных, имеющая единичные значения в следующих строках таблицы состояний: 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14.

   Составим таблицу состояния и найдем искомые:

   0	0	0	0	0
   1	0	0	0	1
   2	0	0	1	0
   3	0	1	0	0
   4	1	0	0	0
   5	0	0	1	1	1
   6	0	1	0	1	1
   7	1	0	0	1	1
   8	1	0	1	0	1
   9	0	1	1	0
   10	1	1	0	0
   11	0	1	1	1	1
   12	1	0	1	1	1
   13	1	1	0	1	1
   14	1	1	1	0	1
   15	1	1	1	1

   Тогда нормальная дизъюктивная форма минимизированной переключательной функции примет вид:

   

   Соответствующая логическая схема в смешанном элементном базисе приведена на рис.5.

   1. Семенов С.П., Горелейченко Л.В, Богачев Э.Ю. Судовые электроизмерительные приборы и информационные системыМ: тр-т, 1982-239с.

   2. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Под ред. С.Б. Якубовского

   Регистрирующее устройство(регистратор) — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.).

   Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.

   Содержание

   Виды регистрирующих устройств

   • Устройства с регистрацией информации в визуальной форме
     • Цифропечатающие устройства
     • Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в виде графиков, диаграмм
     • Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в аналоговом виде на электронном носителе, обычно магнитной ленте. В настоящее время применяются редко, постепенно заменяются на цифровые устройства
     • Цифровые регистрирующие устройства — информация записывается в цифровом виде.

     Примечание: ранее в качестве средств регистрации использовались также перфораторы — устройства для записи цифровой двоичной информации механическим способом — на перфокартах, перфолентах.

     Связанные понятия и термины

     • Регистратор — краткая форма для выражения регистрирующее устройство
     • Самописец
     1. то же, что аналоговое устройство регистрации
     2. то же, что самопишущий измерительный прибор — измерительный прибор с записью показаний в аналоговом или цифровом виде (кроме цифропечатающих)
     • Цифровое регистрирующее устройство — как правило, устройство для электронной записи информации в цифровом виде, иногда в технической литературе под этим выражением подразумевается цифропечатающее устройство
     • Магнитограф
     1. аналоговый самописец с записью результатов магнитным способом
     2. измерительный прибор для исследования магнитного поля Земли или Солнца, с автоматической регистрацией показаний
     • Накопитель информации — носитель информации вместе с устройством записи. Регистрирующее устройство представляет собой накопитель информации в сочетании с дополнительными элементами, либо специализированный накопитель, у которого необходимые дополнительные элементы внесены в конструкцию

     Аналоговые устройства регистрации

     Виды аналоговой регистрации

     Аналоговая информация может быть записана либо на электронные носители, считывание с которых производится с помощью соответствующих технических средств, либо, на носители, обеспечивающие непосредственное, визуальное считывание информации. По функциональному виду информации выделяют двухкоординатные самописцы (графопостроители или плоттеры), записывающие зависимость одной величины от другой, и самописцы, записывающие изменение величины во времени.

     Устройства записи временны́х графиков на визуальные носители

     По способу записи такие устройства бывают двух видов — с записью на бумаге чернильным пером или процарапыванием иглой на плёнке со специальным покрытием, и с записью на фотоплёнке (светолучевые осциллографы). Функционально самописец состоит из устройства для равномерного непрерывного перемещения носителя (бумаги, плёнки) и измерительного механизма, перемещающего перо, корундовую иглу для процарапывания или зеркальце осциллографа, направляющее луч в нужное место на фотоплёнке. Самописцы бывают одноканальные — для записи одного параметра и многоканальные — для одновременно записи нескольких параметров. Для многоканальной регистрации возможно применение нескольких измерительных механизмов или использование точечной записи, при которой один механизм через короткие промежутки времени поочередно переключается на разные каналы, в результате чего на ленте получается несколько графиков из точек или коротких штрихов.

     Цифровые электронные устройства регистрации

     Цифровые регистраторы данных предназначены для записи технических параметров в цифровом виде на электронные носители информации — магнитные диски, твердотельные накопители и т. д. В простейшем случае цифровой регистратор представляет собой микропроцессорное устройство с аналого-цифровым, преобразователем, цифровым таймером для временно́й привязки и накопителем информации, в более сложных случаях — это специализированная ЭВМ, которая кроме простой записи информации по множеству каналов предоставляет возможность обработки информации, в т. ч. в режиме реального времени, и её визуализацию на экране дисплея. Возможна реализация устройства регистрации на базе обычного универсального компьютера с АЦП при помощи соответствующего программного средства

     Регистрирующее устройство

     Регистрирующее устройство(регистратор) — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.).

     Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.

     Содержание

     Виды регистрирующих устройств

     • Устройства с регистрацией информации в визуальной форме
       • Цифропечатающие устройства
       • Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в виде графиков, диаграмм
       • Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в аналоговом виде на электронном носителе, обычно магнитной ленте. В настоящее время применяются редко, постепенно заменяются на цифровые устройства
       • Цифровые регистрирующие устройства — информация записывается в цифровом виде.

       Примечание: ранее в качестве средств регистрации использовались также перфораторы — устройства для записи цифровой двоичной информации механическим способом — на перфокартах, перфолентах.

       Связанные понятия и термины

       • Регистратор — краткая форма для выражения регистрирующее устройство
       • Самописец
       1. то же, что аналоговое устройство регистрации
       2. то же, что самопишущий измерительный прибор — измерительный прибор с записью показаний в аналоговом или цифровом виде (кроме цифропечатающих)
       • Цифровое регистрирующее устройство — как правило, устройство для электронной записи информации в цифровом виде, иногда в технической литературе под этим выражением подразумевается цифропечатающее устройство
       • Магнитограф
       1. аналоговый самописец с записью результатов магнитным способом
       2. измерительный прибор для исследования магнитного поля Земли или Солнца, с автоматической регистрацией показаний
       • Накопитель информации — носитель информации вместе с устройством записи. Регистрирующее устройство представляет собой накопитель информации в сочетании с дополнительными элементами, либо специализированный накопитель, у которого необходимые дополнительные элементы внесены в конструкцию

       Аналоговые устройства регистрации

       Виды аналоговой регистрации

       Аналоговая информация может быть записана либо на электронные носители, считывание с которых производится с помощью соответствующих технических средств, либо, на носители, обеспечивающие непосредственное, визуальное считывание информации. По функциональному виду информации выделяют двухкоординатные самописцы (графопостроители или плоттеры), записывающие зависимость одной величины от другой, и самописцы, записывающие изменение величины во времени.

       Устройства записи временны́х графиков на визуальные носители

       По способу записи такие устройства бывают двух видов — с записью на бумаге чернильным пером или процарапыванием иглой на плёнке со специальным покрытием, и с записью на фотоплёнке (светолучевые осциллографы). Функционально самописец состоит из устройства для равномерного непрерывного перемещения носителя (бумаги, плёнки) и измерительного механизма, перемещающего перо, корундовую иглу для процарапывания или зеркальце осциллографа, направляющее луч в нужное место на фотоплёнке. Самописцы бывают одноканальные — для записи одного параметра и многоканальные — для одновременно записи нескольких параметров. Для многоканальной регистрации возможно применение нескольких измерительных механизмов или использование точечной записи, при которой один механизм через короткие промежутки времени поочередно переключается на разные каналы, в результате чего на ленте получается несколько графиков из точек или коротких штрихов.

       Цифровые электронные устройства регистрации

       Цифровые регистраторы данных предназначены для записи технических параметров в цифровом виде на электронные носители информации — магнитные диски, твердотельные накопители и т. д. В простейшем случае цифровой регистратор представляет собой микропроцессорное устройство с аналого-цифровым, преобразователем, цифровым таймером для временно́й привязки и накопителем информации, в более сложных случаях — это специализированная ЭВМ, которая кроме простой записи информации по множеству каналов предоставляет возможность обработки информации, в т. ч. в режиме реального времени, и её визуализацию на экране дисплея. Возможна реализация устройства регистрации на базе обычного универсального компьютера с АЦП при помощи соответствующего программного средства

       Глава 7 цифровая регистрация и анализ сигналов

       В практических задачах электрических измерений все чаще ис­пользуются динамические модели процессов и объектов.

       Автономные измерительные приборы (как аналоговые, так и цифровые), предназначенные для статических измерений (вольт­метры, амперметры, ваттметры, термометры, манометры и т.д.), не позволяют осуществлять длительную автоматическую регистра­цию сигналов, выполнять последующий обстоятельный анализ по­ведения исследуемых процессов и объектов, не дают возможности определять некоторые ключевые параметры модели процесса/объек­та в динамике, достаточно полно и подробно оценивать особенно­сти процесса или объекта.

       Аналоговые регистраторы (самопишущие приборы, светолучевые осциллографы, магнитографы, запоминающие электронно­лучевые осциллографы) имеют ряд существенных недостатков: сравнительно невысокую точность, не всегда достаточное число входных каналов, невысокую надежность вследствие наличия ме­ханических узлов или сложности устройства), значительные габа­ритные размеры и массу, создают серьезные трудности организа­ции автоматизированной обработки результатов записи. Кроме того, их практически невозможно использовать в информационно-из­мерительных системах, системах автоматизированного управления.

       Для решения задач динамических измерений, длительной авто­матической регистрации в настоящее время широко применяются Цифровые методы и средства. Все активнее используются малога­баритные измерительные цифровые регистраторы и анализаторы, микропроцессорные и компьютерные средства измерений и реги­страции. Последующий цифровой анализ сигналов базируется имен­но на зарегистрированных массивах цифровых данных достаточно большого объема. Одно из важных преимуществ цифровых изме­рительных регистраторов  легкий и естественный переход от процедуры регистрации к процедуре автоматизированного цифро­вого анализа.

       Современный уровень развития измерительной техники дает богатые возможности по организации сложных экспериментов.

       Цифровые средства регистрации и анализа сигналов характеризу­ются довольно высокими значениями точности (погрешности 1,0. 0,01 %), разрешающей способности (1: 200. 1:65 000), ста­бильности преобразования, быстродействия, надежности; боль­шими объемами памяти данных (100 Кбайт. 10 Мбайт); при этом используются разнообразные сложные алгоритмы обработки.

       7.2. Цифровая измерительная регистрация

       В основе многих современных средств динамических измерений лежат принципы цифровой измерительной регистрации. Класс средств цифровой измерительной регистрации представлен сегод­ня различными типами устройств: сравнительно простыми и «мед­ленными» накопителями данных  логгерами (Data Logger); реги­страторами быстропротекающих процессов (Transient Memory); цифровыми осциллографами (Digital Storage Oscilloscope – DSO): анализаторами сигналов во временной области (Digital Signal Analyzer, Time-Domain Analyzer); анализаторами сигналов в ча­стотной области (Frequency-Domain Analyzer); разнообразными ком­пьютерными измерительными устройствами (Computer-Based Instrumentation). Основные формы преобразования информации, поло­женные в основу всех этих средств, это аналого-цифровое преоб­разование входных сигналов, хранение, цифровой анализ и пере­дача больших массивов цифровых эквивалентов.

       Цифровые измерительные регистраторы не имеют недостатков, присущих аналоговым, и успешно используются в современной измерительной технике. В настоящее время в мире выпускается множество самых разнообразных автономных (малогабаритных) и специализированных (прецизионных или быстродействующих) регистраторов, компьютерных измерительных устройств для ре­шения различных задач динамических измерений.

       4.3. цифровая регистрация видеосигналов

       Цифровое кодирование сигналов изображения
       Исходный телевизионный сигнал требует большой ёмкости памяти для его запоминания – одна секунда записи цветного сигнала стандарта CCIR требует примерно 25 Мбайт. Целью цифрового кодирования при видеозаписи является сокращение требуемой ёмкости памяти путём сокращения пространственной, временной и спектральной избыточности сигнала изображения. Устранение избыточности производится линейной фильтрацией, уменьшающей коррелированность отсчётов видеосигнала. Первый этап сокращения избыточности осуществляется в телекамере в ходе операций накопления по площади элемента разложения, времени кадра и длине волны фотонного изображения . Второй этап сокращения избыточности, также характеризующийся необратимыми потерями информации, производится в ходе аналого-цифрового преобразования. Цифровой видеосигнал может быть подвергнут как обратимой (с нулевой ошибкой восстановления), так и необратимой компрессии. В системах цифровой видеозаписи используется, как правило, необратимое сжатие цифрового потока, сопровождающееся возникновением некоторой дополнительной по отношению к содержащейся в исходном видеосигнале ошибки передачи видеоинформации. В соответствии с фундаментальным учением В. К. Зворыкина численное значение допустимой ошибки передачи изображений определяется свойствами зрения человека. Это положение можно распространить и на кодирование при записи – восстановленное изображение субъективно не должно отличаться от исходного.

       В системах цифровой видеорегистрации производится так называемое кодирование с преобразованием, когда обработке подвергаются не отсчёты исходного изображения, а отсчёты его коэффициентов разложения в ряды по различным базисам. Главными операциями по сокращению избыточности являются усечение числа членов ряда, адаптивное квантование оставленных коэффициентов разложения и статистическое кодирование. Коэффициент сжатия при заданной ошибке воспроизведения зависит от выбранного базиса, который может выбираться одинаковым для всех изображений или быть адаптивным к характеристикам изображения. Например, при преобразовании Фурье, не зависящем от кодируемого сигнала, изображение представляется в виде суммы синусоидальных и косинусоидальных функций с кратными частотами. Энергия пространственного спектра большинства изображений сосредоточена в низкочастотной области, поэтому при кодировании обычно производится усечение коэффициентов ряда, соответствующих высокочастотным компонентам изображения. Определённое уменьшение ошибки воспроизведения при заданном коэффициенте сжатия может быть осуществлено путём учёта свойств типовых изображений без адаптации базиса. Например, большинство изображений характеризуется скорее чётной симметрией, чем нечётной. Это позволяет исключить из разложения Фурье синусоидальные базисные функции и перейти к дискретному косинусному преобразованию, лежащему в основе множества алгоритмов компрессии изображений.

       Технология сжатия изображений на основе дискретного косинусного преобразования первоначально была разработана применительно к задаче хранения фотографических изображений в памяти компьютера. Стандарт, разработанный Объединённой группой экспертов по фотографии (Joint Photographic Experts Group) Международной организации по стандартизации (ISO) получил название JPEG . Несмотря на то, что алгоритм JPEG разработан для сжатия неподвижных изображений, он применяется и в системах цифровой видеозаписи; коэффициент сжатия этого алгоритма при пренебрежимой ошибке восстановления достигает При большей степени сжатия ошибка воспроизведения становится заметной и проявляется в виде паразитных узоров, потерь деталей изображения – так называемых артефактов.

       • I (Intra-coded picture) – изображения, которые кодируются с использованием только той информации, которая содержится в нём самом, т.е. устраняется только пространственная избыточность;
       • P (Predictive-coded picture) – изображение, при кодировании которого формируется разность между исходным изображением и предсказанием, полученным на основе предшествующего или последующего изображения типа I;
       • B (Bidirectionally-predicted-coded picture) – изображение, при кодировании которого используется предсказание, сформированное на основе предшествующего или последующего изображения типа I или типа P.

       Сокращение пространственной избыточности выполняется в изображениях типа I и достигается на уровне блоков размером 8 8 элементов. Набор операций такого кодирования – дискретное косинусное преобразование, взвешенное квантование и энтропийное кодирование серии коэффициентов косинусного преобразования. При кодировании типов P и B изображений используется межкадровое кодирование, устраняющее и пространственную и временную избыточность изображений. После компрессии объём изображений типа Р для типичных сюжетов составляет примерно 35% объема изображения типа I, а В-изображения – 25%.Таким образом, примерно в три раза уменьшается скорость потока данных при такой же заметности искажений компрессии.

       В результате может быть достигнута степень сжатия до 100.

       Стандарт MPEG-2 используется при записи видеоинформации на цифровой видеодиск (DVD) и позволяет произвести видеозапись продолжительностью 90 мин с качеством VHS на стандартный CD-ROM ёмкостью 650 Мбайт . К сожалению, у форматов сжатия MPEG имеются существенные недостатки. Во-первых, большая степень сжатия достигается только при статических изображениях, поэтому для динамических изображений на практике коэффициент сжатия не превышает 1 Во-вторых, алгоритм MPEG не применим при регистрации сигналов от нескольких камер с временным мультиплексированием, поскольку временная корреляция соседних кадров на выходе мультиплексора отсутствует. Кроме того, реализация этих алгоритмов использует операции с плавающей запятой и неизбежно сопровождается появлением ошибок округления результатов вычислений коэффициентов разложения изображения по базисным функциям .

       Кодирование на основе вейвлет-преобразования
       Недостатки методов сжатия изображений на основе косинусного преобразования заставили разработчиков искать новые наборы базисных функций. В настоящее время всё более широкое распространение получает кодирование сигналов с разложением по базисным функциям, получившее название вейвлет-функций (wavelet) . Такие базисные функции отличаются от набора гармонических колебаний, используемых в стандартном преобразовании Фурье. Во-первых, форма базисных функций содержит не одну частоту, а целый спектр, и задаётся на небольшом интервале; во-вторых, масштаб аргумента с ростом номера базисной функции определяется как целочисленная степень числа Это исключает ошибки округления в цифровом процессоре и позволяет использовать для вейвлет-преобразования ограниченный набор октавных спектральных фильтров. В результате по мере увеличения коэффициента сжатия ошибка воспроизведения увеличивается не так быстро, как при базисных функциях с постоянной частотой.

       Аналогично другим способам кодирования, для небольших значений коэффициента сжатия в силу наличия корреляций в изображении возможно безошибочное восстановление сигнала, формируемого телекамерой. Но, начиная с некоторого критического коэффициента сжатия, ошибка восстановления неизбежно возрастает (рис. 4.1 . Вейвлет-компрессия при коэффициенте сжатия 25:1 (25 Кбайт/поле) и темпе записи 25 полей/с обеспечивает запись в течение 25 мин с качеством VHS на диск ёмкостью 1 Гбайт.

       Дальнейшим развитием технологии вейвлет-кодирования является создание стандарта JPEG-2000 (см., напр., http://www.wavelet-technology.com). Принятие этого стандарта стало результатом совместных усилий научных работников и инженеров компаний Motorola, Codak, Canon, Texas Instruments, Hewlett Packard, Sharp, Sony, Nokia и Ericsson. Совместная работа этих фирм над проблемой сжатия неподвижных изображений (полутоновых, цветных, двухградационных) наглядно иллюстрирует интеграцию телевидения, связи и вычислительной техники. При кодировании изображений в стандарте JPEG-2000 изображение так же, как и в предыдущих версиях JPEG, разбивается на прямоугольные блоки, однако дискретное косинусное преобразование заменяется на вейвлет-преобразование. Особенностью структуры цифрового потока в стандарте JPEG-2000 является возможность независимого доступа к блокам без полного декодирования изображения. Восстановление различных пространственных областей изображения с различным качеством соответствует компьютерной реализации метода переменной по полю чёткости и позволяет увеличить коэффициент сжатия введением различного уровня допустимой ошибки при передаче наблюдаемых объекта и фона.

       Дополнительным преимуществом стандарта JPEG-2000 стало использование кодов с самопроверкой и исправлением ошибок, что допускает передачу видеоинформации по беспроводным линиям с низкой помехоустойчивостью. Это позволяет улучшить системные показатели качества СФЗ при мониторинге удалённых объектов (см. формулы (В. , (1. ). Одноканальные цифровые видеорегистраторы предназначены для ведения постоянной и (или) тревожной видеозаписи в режиме Time Lapse; скорость записи может изменяться от 25 полей/с до 1 поля/16 с. Они являются аналогами S-VHS–видеомагнитофона с рядом дополнительных функций, которые стали возможными благодаря применению цифровой видеозаписи на жёсткий диск (HDD). По аналогии с обычными видеомагнитофонами регистраторы имеют различные режимы воспроизведения: непрерывное воспроизведение, стоп-кадр, обратное, замедленное и ускоренное воспроизведения, воспроизведение с ручным управлением (Shuttle), пошаговое воспроизведение (JOG). Общими для цифровых и аналоговых устройств являются встроенный генератор даты-времени, таймер, режим внешней синхронизации, порт RS-232C для подключения компьютера, и т. д. Особенности цифровых регистраторов – возможность записи событий, предшествующих тревогам, возможность прямого просмотра тревожных ситуаций через список тревог, а также возможность подключения внешних устройств для полного или частичного архивирования данных с жесткого диска. Емкость встроенного HDD составляет, как правило, 4 Гбайт; имеется возможность подключения до четырех внешних HDD с расширением суммарной емкости до 100 Гбайт. Время непрерывной записи на внутренний накопитель емкостью 4 Гбайт (режим записи – по полям) и достигаемая разрешающая способность приведены в табл. 4.3.

       Регистраторы имеют входы и выходы как для композитного, так и для S-VHS–видеосигнала. При подаче сигнала на оба видеовхода S-VHS имеет приоритет; оба выхода могут работать одновременно.

       Исключительно важной функцией цифровых устройств записи является возможность записи с прерыванием по сигналу тревоги и последующим автоматическим переходом в режим циклического воспроизведения. Применение таких устройств в составе СФЗ позволяет анализировать тревожные ситуации в случае, когда время инцидента меньше времени реакции системы (включая оператора). При использовании такого режима записи задаётся максимальная длина последовательности запоминаемых кадров до и после сигнала тревоги (рис. 4.1 .Продолжительность этих интервалов выбирается с учётом ожидаемого распределения во времени длительностей и частоты возможных вторжений на защищаемый объект. Корректный выбор длительностей записи до и после сигналов тревоги обеспечивает повышение системной вероятности обнаружения вторжения (см. 1. .

       Время записи по тревогам может изменяться от 15 с до 10 мин. Время записи событий, предшествующих тревогам, приведено в табл. 4.5.

       • применяемый стандарт сжатия данных приводит к неэффективному расходованию ёмкости жёсткого диска, что затрудняет использование устройств для ведения мультиплексной записи большого числа камер с малым интервалом временной дискретизации;
       • удельная стоимость жесткого диска составляет 5.5 $/Гбайт и более. Это во много раз больше стоимости записи видеоинформации на стандартную кассету VHS (1 цент/Гбайт).
       • количество подключенных камер;
       • среднее количество тревог, возникающих на охраняемом объекте;
       • длительность записи каждой тревожной ситуации и интервал временной дискретизации при записи по тревогам;
       • допустимое время хранения информации на HDD (максимальное время между происшествием и его началом расследования);
       • допустимое время обновления изображения от каждой камеры при их записи в постоянном режиме, а также необходимость ведения подобной записи.
       • необходимо записывать 16 камер с мультиплексированием по времени;
       • по тревогам запись ведется с интервалом 3 поля/с;
       • ведется постоянная запись всех камер с интервалом обновления информации не хуже 1 поля в 16 с;
       • среднее количество тревог на объекте – по 10 на каждую камеру, время записи по тревогам – 15 с, запись информации, предшествующей тревогам, не ведется;
       • желательное время хранения информации без перезаписи – 1 неделя.

       Выберем градацию качества изображения STANDARD, как обеспечивающую приемлемое качество изображения при относительно бережном отношении к емкости устройств хранения информации. При этом объем одного изображения будет равен, примерно, 30 Кбайт, а количество тревожных кадров в день составит 19 92 Тогда объем тревожной информации в день составит 613 536 Кбайт/сут. Количество кадров фоновой записи в сутки составит 86 400 и потребует для хранения 2 661 120 Кбайт. Таким образом, общий объем суточной информации составит, примерно, 3.3 Гбайт и для непрерывной записи в течение недели необходим жесткий диск емкостью

       23 Гбайт. Как правило, емкость собственного HDD регистратора меньше и необходима установка дополнительного жесткого диска. Поскольку объемы накопителей указываются приблизительно и происходит потеря части емкости HDD при его форматировании, желательно увеличить требуемую емкость устройства долговременного хранения на 10%.

       Похожие публикации:

       1. Как войти без домена в windows 10
       2. Как покрасить полигоны в блендер
       3. Как убрать синяки под глазами в фотошопе
       4. Почему постоянно выкидывает из аккаунта яндекс