статья: L-780 в промышленных измерительных системах 2002 г.

Первой из рассматриваемых измерительных систем является Электроакустическая измерительная система ЭАИС 020 (N 22572-02 в Государственном реестре средств измерений), для измерений характеристик слуховых аппаратов. Для правильного понимания сути работы этой системы следует сказать несколько слов о самом слуховом аппарате. Несмотря на свои миниатюрные размеры, слуховой аппарат - достаточно сложное электронно-акустическое устройство, состоящее из высокочувствительного микрофона, усилителя с коэффициентом усиления более 60 дБ, формирователя амплитудно-частотной характеристики и динамика, создающего у барабанной перепонки звуковое давление до 136 дБ (по акустической шкале). Поскольку, слуховой аппарат является медицинским изделием, предъявляемые к нему, требования весьма жесткие. Соответствующий ГОСТ устанавливает на выходной контроль аппарата двадцать восемь различных проверок. Для их проведения требуется наличие двенадцати различных, дорогостоящих приборов или автоматизированной системы контроля, стоимость такой системы, например, Американского производства превышает 15000 долларов.

Используя компьютер и плату L-780, удалось создать систему, которая осуществляет весь комплекс проверок, оговоренных ГОСТом. Ниже приведены основные метрологические характеристики системы:

Как видно из приведенных характеристик, в данной системе реализованы преимущества, свойственные плате L-780. Наличие в архитектуре платы сигнального процессора с собственной оперативной памятью, позволило вынести процедуры реального времени за пределы управления операционной системы компьютера. В данном случае чтение сигналов, поступающих от двух измерительных микрофонов системы и датчика тока, полностью происходят под управлением сигнального процессора ADSP 2184 платы. Измерительная программа получает в свое распоряжение уже готовый блок данных, состоящий из 1024 отсчетов АЦП, расположенных эквидистантно во времени. Одновременно, сигнальный процессор через свой последовательный порт циклически выдает на один из каналов ЦАПа блок значений, записанных в буфере. Далее, с выхода ЦАП этот сигнал поступает на усилитель мощности и на динамик системы. Таким образом, на контроллере построен независимый генератор синусоидального сигнала. Возможность прямого доступа в память платы позволяет производить чтение и запись данных не прерывая описанный выше цикл. На основе считанных с микрофонов данных, измерительная программа принимает решение о достоверности полученных данных (отсутствие перегрузки) и об уровне акустического сигнала, пришедшего на вход слухового аппарата. Если на основе полученных данных программа решает, что звуковое давление сгенерированного звукового сигнала выше или ниже необходимого уровня, то происходит пересчет блока данных для ЦАП и пересылка этого блока в буфер ЦАП. После описанной операции установки уровня звукового давления программа принимает блок данных, считанных с микрофона к которому присоединен слуховой аппарат, а затем, производит преобразование Фурье и другие необходимые вычисления.

Описанный алгоритм работы измерительной системы, позволяет построить программно-аппаратный комплекс, работающий практически в режиме реального времени под управлением операционной системы Windows 98. Таким образом, автономная архитектура платы L-780 позволяет решить задачу совмещения удобства написания и использования приложений "Windows" с необходимостью непрерывного приема измеряемого аналогового сигнала, так как функции реального времени вынесены в ADSP платы и время латентности "Windows" не влияет на метрологические характеристики системы.

Входные и выходные TTL-линии платы L–780, в данной измерительной системе, использованы для управления режимами ее работы. Эти сигналы управляют коэффициентами усиления измерительных усилителей микрофонов и усилителя мощности, создающего звуковое давление. В совокупности с программно-управляемым усилителем, входящим в состав L-780, такой подход позволяет измерить входной сигнал в динамическом диапазоне 140 дБ. Кроме того, выходные TTL-линии использованы для включения и выключения питания акустической части системы (питание системы включается при загрузке измерительной программы и выключается при ее закрытии), и для управления режимами работы блока питания слухового аппарата. А входные TTL-линии служат для контроля напряжений питания акустической части системы, контроля положения крышки акустической камеры, контроля аварийных ситуаций в работе усилителя мощности.

Таким образом, наличие в составе платы L-780 трех программно-независимых устройств (АЦП, ЦАП, TTL-линии), позволило создать на его основе полностью автоматизированное рабочее место контролера ОТК. В составе системы отсутствуют какие-либо дополнительные блоки (все необходимые электронные устройства размещены внутри корпуса компьютера), соответственно отсутствуют дополнительные кнопки или переключатели. Все необходимые для измерений действия задаются оператором с помощью "мыши" и соответствующих иконок измерительной программы.

Теперь рассмотрим задачу другого рода. На заводе, производящем манометры со шкалой измерения до 300 миллиметров ртутного столба, стояла задача проведения промежуточных испытаний активного элемента манометра – мембранной коробки. Мембранная коробка изготавливается из тонкой гофрированной бериллиевой бронзы. При подаче внутрь коробки давления воздуха, превышающего атмосферное, ее геометрические размеры меняются (коробка "раздувается"). Необходимо проконтролировать линейность хода коробки в зависимости от приложенного давления, при увеличении и уменьшении давления, а также в конце цикла подсчитать общий ход и гистерезис упругой характеристики. Сложность проблемы заключалась в том, что точность измерений должна быть не хуже 0,01 мм, а производительность измерений должна быть очень высокой, поскольку месячный план выпуска манометров более 100000 штук.

С точки зрения применения плат L-780, данная система интересна тем, что необходимо измерить несколько совершенно разнородных параметров – давление, перемещение, положение механических рабочих органов измерительного устройства, а также, управлять двумя двигателями.

Необходимость надежной работы системы, обусловила выбор такого режима управления шаговым двигателем, при котором в любой нештатной ситуации (зависание компьютера в момент измерений) не произойдет поломки механической части. Шаговый двигатель измерительного устройства, через редуктор и муфту, связанный с задатчиком давления, управляется непосредственно сигналами с выходных TTL-линий L-780, а не специальным "драйвером", как это принято в большинстве случаев. Кроме того, положение штока задатчика давления, дополнительно контролируется специальным индуктивным датчиком, сигнал которого подан на один из входов АЦП платы. Так же и управление двигателем подъема-опускания измерительной головки линейного перемещения, осуществляется непосредственно сигналами выходных TTL-линий платы. Верхнее и нижнее положения измерительной головки контролируются двумя датчиками Холла, сигналы которых доступны управляющей программе через входные TTL-линии. Такое управление механической частью обеспечило, с одной стороны, полный контоль программы над механической частью системы, а с другой стороны, гарантировало измерительное устройство от несанкционированных действий в случае сбоя операционной системы компьютера.

В системе применен дифференциальный датчик давления фирмы Motorola и емкостной датчик линейного перемещения фирмы "Микросенсорные технологии". Выходные сигналы этих датчиков после соответствующей нормировки поданы на входы АЦП контроллера.

Система работает в полностью автоматическом режиме, оператор устанавливает проверяемую мембранную коробку в штуцер измерительного устройства и щелчком "мыши" на соответствующей иконке запускает цикл измерений. Измерительная программа выдает сигналы управления на двигатели и считывает подготовленные контроллером данные с датчиков. Затем, выдает сигнал увеличения (или уменьшения) давления, то есть выдает сигнал управления на шаговый двигатель, и вновь считывает готовые данные. Таким образом, в течение 20 секунд давление в мембранной коробке меняется на 300 мм.рт.ст., и за это время измерительная программа считывает около 500 значений давления и перемещения. В конце цикла программа производит необходимые расчеты и выдает заключение о пригодности мембранной коробки для установки в манометр.

Надеюсь, что эта небольшая статья поможет разработчикам, использующим продукцию ЗАО "Л Кард". Со своей стороны готов поделиться имеющимся опытом.

Директор ООО “Касия”
Владимир Александрович Усанов.