Усложнение современного производства, развитие научных исследований в различных направлениях привело к необходимости измерять или контролировать одновременно сотни, а иногда и тысячи физических величин. При этом наметился переход к принятию решений на основании использования результатов не отдельных измерений, а потоков измерительной информации, интенсивность которых возрастает за счёт увеличения частотного диапазона и числа измеряемых величин. Например, контроль за состоянием космической станции осуществляется при помощи более двух тысяч первичных измерительных преобразователей, причём в одну секунду проводится более 25 тысячи измерений
Естественная физиологическая ограниченность возможностей человека в восприятии и переработке больших объёмов информации привела к возникновению такого вида средств измерений, как автоматические измерительные системы (АИС).
По организации алгоритма функционирования АИС различают системы с жестким заранее заданным алгоритмом функционирования (системы с “жёсткой” логикой), программируемые системы и адаптивные системы.
В системах с “жёсткой” логикой алгоритм работы АИС не меняется, в связи с чем такая система может применяться для исследования объектов, работающих в определенном режиме.
В программируемых системах алгоритм работы изменяется в соответствии с заранее заданной программой, которая составляется в зависимости от условий функционирования объекта исследования.
В адаптивных системах алгоритм работы, а иногда и структура АИС изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и условий работы объекта исследования, в связи с чем адаптивная система может применяться для исследований объектов, различающихся по своим характеристикам. При построении адаптивной АИС требуется меньшее количество предварительной информации, чем при построении измерительных информационных систем с жестким алгоритмом функционирования, что имеет большое значение при исследовании новых объектов, характеристики которых еще малоизвестны.
Исходя из функций АИС, основными из которых являются получение измерительной информации от объекта исследования, её обработка, представление информации оператору или ЭВМ, формирование (если это необходимо) управляющих воздействий на объект исследования, на рис.1.1 представлена обобщенная структурная схема АИС, содержащая следующие устройства:
1) устройство измерения, включающее в себя первичные и вторичные измерительные преобразователи и собственно измерительное устройство, выполняющее операции сравнения с мерой, квантование, кодирование; в это же устройство может входить и коммутатор.
2) устройство обработки измерительной информации, выполняющее обработку измерительной информации по определенному алгоритму (сокращение избыточности, математические операции, модуляция и т. п.);
3) устройство хранения информации,
4) устройство представления информации в виде регистраторов и индикаторов;
5) устройство управления, служащее для организации взаимодействия всех узлов АИС;
6) устройство воздействия на объект, включающее в себя генераторы стимулирующих воздействий
Информация от АИС может выдаваться оператору или поступать в ЭВМ. Оператор и ЭВМ могут воздействовать на устройство управления АИС, меняя соответственно программу её работы. В ряде АИС некоторые устройства и связи могут отсутствовать или видоизменяться. Так, могут отсутствовать устройства воздействия на объект, хранения и обработки информации. При наличии в составе АИС ЭВМ информация к ЭВМ может поступать непосредственно от устройств обработки или (и) хранения.
Физические величины, измеряемые и контролируемые с помощью АИС, весьма разнообразны. Для того чтобы АИС были универсальными, т.е. пригодными для измерения и контроля разнообразных величин, измеряемые и контролируемые величины представляют унифицированными электрическими сигналами. Унификация заключается в линеаризации зависимости информативного параметра сигнала от измеряемой величины и в приведении максимального и минимального размера информативного параметра к заданным значениям.
В АИС применяют следующие унифицированные сигналы:
1. Непрерывные сигналы в виде постоянных и переменных токов и напряжений, параметры которых (мгновенные, средние, действующие значения, частота, период, угол фазового сдвига между двумя переменными токами или напряжениями) являются информативными параметрами. Диапазоны изменения параметров некоторых непрерывных унифицированных сигналов нормированы государственными стандартами. Эти сигналы называют нормированными. Приведение (нормирование) параметров сигналов к определенному уровню осуществляется так называемыми нормирующими измерительными преобразователями.
2. Импульсные сигналы в виде серии импульсов постоянного тока, параметры которых (амплитуда, частота, длительность импульсов или интервалов) являются информативными параметрами.
3. Кодово-импульсные сигналы, например, в виде импульсов постоянного тока или напряжения, комбинации которых передают значения кодированных измеряемых величин.
Применение тех или иных унифицированных сигналов зависит от требуемых характеристик АИС, вида канала связи, формы представления измерительной информации (аналоговая или цифровая), используемой элементной базы и др.