Лекция 1. Характеристика дисциплины и ее роль в подготовке специалиста. Датчики, информационно-измерительные системы и комплексы в приборном оборудовании летательных аппаратов

Модуль 1. АВИАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ

Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВИАЦИОННЫХ ПРИБОРАХ, ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ И КОМПЛЕКСАХ

Лекция 1. Характеристика дисциплины и ее роль в подготовке специалиста. Датчики, информационно-измерительные системы и комплексы в приборном оборудовании летательных аппаратов

Развитие и эффективность применения авиационной техники неразрывно связаны с совершенствованием бортовых средств информационного обеспечения процесса пилотирования летательных аппаратов. Усложнение и улучшение летно-технических характеристик авиационной техники, увеличение скоростей, дальности и высот полета, расширение круга выполняемых функциональных задач и возрастающие требования к безопасности полетов определяют значительное повышение требований к точности и быстродействию средств измерения и определения пилотажных, навигационных и других параметров движения, режимов работы силовой установки, агрегатов и отдельных систем.

Необходимость учета многочисленных факторов и случайных возмущений, использование принципов оптимальной фильтрации и комплексирования, широкое применение для обработки, преобразования и отображения информации средств вычислительной техники обусловили выделение в составе приборного оборудования летательных аппаратов измерительно-вычислительных систем и комплексов различного назначения. Измерительно-вычислительные системы решают задачи восприятия и измерения первичных информативных сигналов, автоматического сбора, передачи и совместной обработки измерительной информации, выдачи результатов в форме, удобной для восприятия экипажем, ввода в системы автоматического управления, подачи в другие технические системы летательного аппарата.

Подготовка специалистов в области разработки производства и эксплуатации авиационных приборов и датчиков, измерительно-вычислительных систем и приборных комплексов предусматривает изучение методов измерения пилотажных и навигационных параметров полета, параметров режима работы силовой установки и агрегатов, параметров состояния окружающей среды, принципов построения и формирования первичных информативных сигналов, алгоритмов обработки информации в измерительных каналах, статических и динамических характеристик и погрешностей, путей повышения точности и направлений совершенствования бортовых авиационных приборов, измерительно-вычислительных систем и комплексов самолетов и вертолетов, раскрываемых в рамках данного учебного пособия.

Учебное пособие позволяет обоснованно проводить инженерные расчеты, анализ и синтез измерительных каналов авиационных приборов, измерительно-вычислительных систем и комплексов различного назначения на этапах технического предложения, эскизного и технического проектирования с привязкой к реальным объектам авиационной техники.

Необходимость в получении информации о состоянии того или иного процесса или объекта возникает во всех областях науки и техники при проведении различных физических экспериментов, при контроле производственных и технологических процессов, при управлении движущимися объектами и т. п. При этом измерения являются основным методом, позволяющим получить первичную количественную информацию о величинах, характеризующих изучаемый или контролируемый объект или процесс. Информация, получаемая в результате измерений, называется измерительной информацией. При этом важную роль играет точность измерения, которая непосредственно зависит от точности измерительного устройства, являющегося техническим средством получения информации о контролируемом процессе.

Точность измерительного устройства определяется его принципом действия, структурным построением, выбором конструктивных параметров функциональных элементов, мероприятиями, используемыми для снижения статических и динамических погрешностей и другими особенностями его реализации.

Для обеспечения заданной точности измерительных устройств необходимо уже на этом этапе проектирования проводить исследование по выбору структуры и параметров, выявлению и последующему учету внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, использованию эффективных методов по устранению их влияния на качество работы измерительного устройства.

Термины и определения основных понятий в области измерений, измерительных приборов и систем нормированы РМГ 29-99 и ГОСТ Р8.596-2002.

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Результат измерения есть значение физической величины, найденной путем ее измерения.

Измерительная информация – это количественная оценка состояния материального объекта, получаемая экспериментально, путем сравнения параметров объекта с мерой (овеществленной единицей измерения).

Измерения основаны на некоторой совокупности физических явлений, представляющих собой принцип измерений. Они осуществляются при помощи технических средств измерений, используемых при измерениях и имеющих нормированные метрологические параметры.

Средства измерений делятся на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы (информационно – измерительные системы).

Мера – средство измерений, предназначенное для восприятия физической величины заданного размера (например, единицы измерения, ее дробного или кратного значения). Пример меры – мерная линейка (метр), являющейся мерой длины.

Измерительный преобразователь – средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

По месту расположения измерительного преобразователя в общей структуре прибора, устройства или системы выделяют первичный измерительный преобразователь, вторичный и т. д., включая выходной измерительный преобразователь.

По принципу действия различают термоэлектрический, механический, пневматический и т. д. измерительные преобразователи.

По виду основного информативного сигнала или по характеру измерительного преобразования сигналов различают, например, резистивный, индуктивный, емкостной, пневмоэлектрический.

По варианту исполнения и форме преобразуемых сигналов преобразователя выделяют электронные, аналоговые, цифровые и т. п. измерительные преобразователи.

Кроме термина "измерительный преобразователь" используется близкий к нему термин – "датчик".

Датчик – это один или несколько измерительных преобразователей, служащих для преобразования измеряемой неэлектрической величины в электрическую и объединенных в единую конструкцию.

Термин датчик обычно применяют в сочетании с физической величиной, для первичного преобразования которой он предназначен: датчик давления, датчик температуры, датчик скорости и т. д.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки нескольких сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте. Измерительная установка может содержать в своем составе меры, измерительные приборы, а также различные вспомогательные устройства.

Измерительная система – это совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

В связи с переходом к получению и использованию результатов многократных измерений, представляющих из себя поток измерительной информации о множестве однородных или разнородных измеряемых величин, возникла проблема их восприятия и обработки за ограниченное время, создания средств, способных разгрузить человека (экипаж) от необходимости сбора, обработки и представления в форме, доступной для восприятия и ввода в устройства управления или другие технические системы. Решение этой проблемы привело к появлению нового класса средств измерения, предназначенных для автоматизированного сбора информации от объекта, преобразования ее, обработки и раздельного или интегрального (обобщенного) представления. Такие средства (и не только бортовые) вначале получили название информационно – измерительные системы или измерительные информационные системы (ИИС). В последние годы все более часто их называют измерительно-вычислительными системами (ИВС).

Информационно – измерительные системы и измерительно-вычислительные системы – это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях представления потребителю (в том числе ввода в автоматические системы управления) в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации.

В общем случае под ИИC (ИВС) понимают системы, предназначенные для автоматического получения количественной информации от изучаемого (контролируемого) объекта путем процедур измерения и контроля, обработки этой информации по определенному алгоритму и выдачи ее в форме, удобной для восприятия или последующего использования для управления объектом и решения других задач.

В составе ИИС и ИВС объединяются технические средства, начиная от датчиков и задатчиков и кончая устройствами выдачи информации, а также все алгоритмы и программы, необходимые как для управления работой системы, так и позволяющие решать измерительные, вычислительные и вспомогательные задачи.

Возможно объединения измерительных, информационно – измерительных и измерительно-вычислительных систем в измерительные, информационно – измерительные и измерительно-вычислительные комплексы в целях обеспечения совместной (комплексной) обработки их информации с необходимой точностью и надежностью.