СКАЧОК ВПЕРЁД В ПОСТРОЕНИИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЙ

Приборостроительное объединение «Октава-ЭлектронДизайн» предложило свои инновационные разработки для решения построения многоканальных систем измерения виброакустических и иных динамических величин. Это многоканальный портативный блок синхронизованной цифровой обработки вибрационных, акустических и электрических сигналов в системе единого времени для полевых и лабораторных исследований динамических процессов в диапазоне частот 0-115 кГц – Экофизика-500.

Приборостроительное объединение «Октава-ЭлектронДизайн» уже более 10 лет работает на отечественном рынке измерительной аппаратуры и приборов неразрушающего контроля. Команды, составившие его основу – компании «Октава», «ПКФ Цифровые приборы» и «ЭлектронДизайн» – работали в тесной связке с конца 90-х годов прошлого столетия, но только в 2006 году было принято решение создать на их базе приборостроительное объединение, куда вошли производственный комплекс, торговое подразделение, сервисный и учебный центры. На сегодняшний день в сферу деятельности объединения входят: разработка, изготовление и поставка измерительных приборов, разработка методики и новых стандартов измерений, проведение санитарно-эпидемиологических исследований, подготовка специалистов для работы с приборами, созданными здесь. Предприятия ПО «Октава ЭлектронДизайн» являются членами Технических комитетов «Акустика» и «Вибрация и удар» Росстандарта, Лабораторного совета при ФБУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора и профессиональных сообществ, объединяющих специалистов охраны труда, а его сотрудники – экспертами Международной электротехнической комиссии (МЭК). Метрологическая служба объединения аккредитована на право поверки шумомеров, вибромеров и анализаторов спектра, а также аттестацию методик выполнения измерений.

За последние два десятилетия сформировался определённый канон построения многоканальных систем измерения виброакустических и иных динамических величин. Общей отличительной чертой практически всех этих систем является то, что окончательная математическая обработка оцифрованных сигналов и вычисление измеряемых физических величин осуществляется персональным компьютером. Сам по себе он является удобным средством для разработки и применения программных приложений для широкого спектра специализированных научно-технических задач, его пользователи автоматически получают доступ к программным средствам общего назначения для дополнительной математической обработки, подготовки отчётов, презентаций, архивирования и управления данными. И, наконец, современный ПК легко может быть подсоединён к локальной сети предприятия, а в случае необходимости и к интернету. Однако, несмотря на удобство и многофункциональность работы компьютеризированных многоканальных измерительных систем, уже при их первоначальном использовании возникли серьёзные вопросы, которые до сих пор не имеют полноценного решения. Специалисты ПО «Октава-ЭлектронДизайн» на протяжении последнего десятилетия искали оптимальное решение проблем в работе с многофункцио-нальными компьютеризированными системами. Они старались создать такую, которая представляла бы собой совокупность автономных, но синхронизируемых компактных измерительных модулей, обеспечивающих приём аналоговых сигналов от первичных преобразователей, их оцифровку и обработку, вычисление основных измеряемых величин с нормируемой точностью и передачу данных по цифровым интерфейсам на терминальные устройства, в компьютеры, накопители информации, интернет и т. д. Накопленный опыт объединения портативных шумомеров и виброметров серий Октава-110 и Экофизика-110 в распределённые измерительные системы подготовил почву для нового качественного скачка вперёд – создание компактного многофункционального измерительного модуля для совместной работы с персональными компьютерами. Разработчики назвали этот модуль Экофизика-500.

Основные функциональные возможности измерительного модуля Экофизика-500:
• Прямое подключение первичных преобразователей (микрофонов; ICP/IEPE датчиков ускорения, пульсаций давления; тензодатчиков и пьезорезистивных датчиков и др.). Тип и количество (0-8) аналоговых каналов определяется заказчиком в зависимости от задачи;
• Восьмиканальное синхронное аналогово-цифровое преобразование сигналов, обеспечивающее частотный диапазон измерений в полосе до 115 кГц на канал;
• Встроенное программное обеспечение осуществляет анализ (1/n-октавные фильтры, БПФ, полосовые фильтры и др.) в реальном времени;
• Программное обеспечение на ПК служит для управления модулем, постобработки и визуализации результатов. Возможна одновременная работа с несколькими синхронизованными модулями Экофизика-500, а также управление вторичными устройствами, подсоединяемыми через них (генераторами, вольтметрами и пр.);
• Гальванически развязанные интерфейсы телеметрии позволяют создавать распределённые индустриальные системы мониторинга и управления;
• Цифровые порты DIN позволяют расширить функционал системы за счёт подключения дополнительных устройств;
• Порт синхронизации G-SYNC обеспечивает подключение к беспроводной сети единого времени;
• Дискретные входы-выходы синхронизируют измерения с системными событиями.

Измерительный модуль имеет следующую структуру:
Восьмиканальный блок кондиционирования входных сигналов предназначен для прямого подключения аналоговых и цифровых первичных преобразователей, сигналы которых лежат в полосе частот от 0 Гц до 115 кГц. Предусмотрены различные варианты исполнения с различными типами входных каналов. В этом же блоке установлены синхронные аналого-цифровые преобразователи. Оцифрованные сигналы передаются в вычислительное ядро.

Блок дискретных сигналов имеет две гальванически развязанные пары входов и выходов. Входные дискретные сигналы могут использоваться для синхронизации измерений или для измерения частоты. Дискретные выходы предусмотрены для управления включением (выключением) внешних устройств либо для их синхронизации.

Вычислительное ядро, выполненное на базе сигнального процессора, обеспечивает обработку цифровых сигналов в реальном времени и вычисление значений измеряемых физических величин. Системный контроллер управляет всеми блоками измерительного модуля, обеспечивает синхронизацию измерений, сохранение измеренных данных в энергонезависимую память, выдачу телеметрии на внешние цифровые интерфейсы.
Гальванически развязанные каналы ETHERNET и USB используются для передачи данных и (или) оцифрованных сигналов в режиме реального времени или в режиме обмена файлами энергонезависимой памяти, а также для управления режимами работы.

Специальный порт G-SYNC позволяет синхронизировать измерения со всемирным временем. Несколько измерительных модулей Экофизика-500 могут быть синхронизированы в системе общего времени, организуемой вокруг одного GPS-приёмника или мастер-блока посредством радиоканала.
Два порта DIN позволяют расширить функционал системы с помощью подключения цифровых измерительных преобразователей, генераторов и иных специализированных устройств.

Питание измерительного модуля осуществляется от внешнего источника постоянного тока (9-15VDC) либо по линиям ETHERNET (PoE).

По заказу пользователя блок входных сигналов может конфигурироваться различными типами входных каналов, при этом максимальное общее количество входных каналов – 8.

Аналоговые микрофонные каналы:
• 0-8 каналов;
• разъём предусилителя Switchcraft-5pin;
• поляризация микрофона 0/200 В, питание предусилителя ± 18В;
• частотный диапазон 0,5 Гц – 115 кГц;
• переключаемый коэффициент усиления (4 ступени);
• максимальное входное напряжение: +/-15 Впик.

Контрольный выход для каждого канала (разъём BNC); при отсутствии предусилителя на входе может использоваться как прямой вход по напряжению:
• аналоговые входы IEPE/ICP датчиков;
• 0-8 каналов, разъём BNC;
• ток питания – 5 мА;
• частотный диапазон 0,1Гц – 20 кГц;
• максимальное входное напряжение: +/-5 Впик.

Прямой вход по напряжению:
• 0-8 каналов, BNC;
• частотный диапазон до 115 кГц;
• максимальное входное напряжение +/-10 Впик;
• высокое входное сопротивление;
• переключаемый коэффициент усиления (16 ступеней).

Дифференциальный прямой вход:
• 0-2 каналов, 2хBNC;
• частотный диапазон DC – 50 кГц;
• максимальное входное напряжение +/-10 Впик;
• переключаемый коэффициент усиления (16 ступеней).

Входы мостовых усилителей (для подключения тензодатчиков и пьезорезистивных преобразователей):
• 0-2 канала.

На панели блока входных сигналов могут быть также размещены один или два аналоговых выхода встроенных генераторов (частотный диапазон DC – 40 кГц, максимальное выходное напряжение ±2 Впик) и (или) цифровых выходов (длина слова 32 бита, частота дискретизации до 192 кГц) для подключения к внешним цифро-аналоговым преобразователям (ЦАП).

На панели блока входных сигналов могут быть также размещены один или два аналоговых выхода встроенных генераторов (частотный диапазон DC – 40 кГц, максимальное выходное напряжение ±2 Впик) и (или) цифровых выходов (длина слова 32 бита, частота дискретизации до 192 кГц) для подключения к внешним цифро-аналоговым преобразователям (ЦАП).

Дискретные сигналы
Экофизика-500 по заказу пользователя оснащается блоком дискретных сигналов. Последний размещается на задней торцевой панели измерительного модуля и может иметь одну или две гальванически развязанные пары входов/выходов для приёма и выдачи дискретных сигналов постоянного напряжения; за логическую единицу принимается уровень напряжения 3,3 В.

Цифровой порт DIN
Цифровые порты DIN специально разработаны нашими специалистами для расширения функций систем, в состав которых входят измерительные блоки Экофизика различных модификаций. Эти порты позволяют подавать питание на внешние устройства, обеспечивают двусторонний обмен данными с темпом до 80 кбайт/с по кабелям длиной 2-3 м.

Через порт DIN можно передавать в блок Экофизика-500 результаты измерения различных физических величин, полученные с помощью соответствующих цифровых измерительных преобразователей:
• П3-80-E – напряжённость электростатического поля;
• П3-80-EH-500 – напряжённость переменного электрического и (или) магнитного поля в диапазоне частот до 400 кГц;
• П3-81 – напряжённость постоянного магнитного поля и магнитного поля частоты 50 Гц;
• ОКТАФОН-110 – уровни звука и звукового давления;
• Экотерма-1 – температура, относительная влажность воздуха, ТНС-индекс;
• еЛайт – освещённость, яркость, коэффициент пульсаций;
• ТТМ-2-04 – скорость и температура в потоке воздуха.

Специальный адаптер DIN-DAC превращает порт DIN в ЦАП, что, в частности, даёт возможность использовать прибор в системах испытания, где необходима синхронизация процессов генерации возбуждающих сигналов и обработки откликов на них.

Разработаны также преобразователи интерфейсов (DIN/RS-232, DIN/RS-485 и пр.), которые позволяют коммутировать с блоком Экофизика-500 различные измерительные приборы третьих фирм (генераторы, вольтметры, анализаторы и т. д.) и управлять работой этих приборов с помощью компьютера. Таким образом, отпадает необходимость иметь на компьютере множество разнообразных интерфейсных портов для подключения таких приборов.

Порт G-Sync позволяет подключить измерительный блок Экофизика-500 к беспроводной сети общего времени.

Эта сеть состоит из головного Мастер-блока и абонентов (от 1 до 32), которые получают от Мастера сигналы общего времени. При наличии связи со спутниками GPS/Глонасс Мастер-блок может ретранслировать в качестве общего времени сигналы всемирного времени. При отсутствии такой связи общее время задаётся по встроенным часам Мастера.

Измерительные модули
Экофизика-500 подключаются к абонентам сети общего времени по кабелю через порт G-Sync и получают стробы и отметки времени. Благодаря этому результаты измерений, полученные разными измерительными модулями, могут быть синхронизованы по времени с помощью математической обработки на компьютере.

Таким образом, сочетание функций регистраторов сигналов и прецизионных измерителей, а также современных средств передачи данных и синхронизации позволяет построить на основе модулей Экофизика-500 измерительную систему для решения задач практически любого уровня сложности. Например, их можно применять в эталонных и поверочных установках в качестве точного измерителя уровней динамических сигналов первичных преобразователей и коммутационного узла для других вторичных приборов (генераторов, частотомеров, вольтметров и пр.) установки, управляемых с помощью единого компьютерного приложения. Также их можно использовать при измерениях уровней звуковой мощности, давления, вибрации и иных физических процессов во множестве контрольных точек, разнесённых на значительные расстояния. Поможет Экофизика-500 и при измерении передаточных функций и (или) импульсных характеристик различных помещений, конструкций и иных объектов с использованием синхронизации процессов возбуждения, измерения откликов, управления приводами и т. д., а также для многоканального измерения шумовых и вибрационных характеристик различного оборудования с использованием синхронного накопления и такого же измерения низкочастотных вибраций строительных конструкций, зданий и сооружений.

В 2017 году ПО «Октава-ЭлектронДизайн» планирует провести испытания с целью утверждения типа средства измерений Экофизика-500 и официально определить его метрологические характеристики, в том числе точность измерений звукового давления, колебательного ускорения, напряжения и т. д. А серийное производство приборов планируется запустить во второй половине текущего года и начале следующего.

ПО «ОКТАВА-ЭлектронДизайн»
129085, г. Москва,
ул. Годовикова, д. 9
(Деловой центр «Калибр»), стр.12, под. 12.1, э. 2, к. 2, 3
тел./факс: +7 (495) 225 5501
  +7 (499) 136 8230
e-mail:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
www.octava.info