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Il software di misura nella strumentazione
Strumenti intelligenti STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Il software di misura nella strumentazione moderna Estratti dalla Scuola per allievi di dottorato ‘Italo Gorini’ 1 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris La Strumentazione di misura moderna •Strumenti intelligenti •Strumento ‘classico’ più intelligenza •Strumento progettato ad hoc •Strumento ‘PC-based’ •Sistemi automatici di acquisizione dei dati •IEEE 488, VXI,... •Concentrati, distribuiti in rete locale, in rete geografica •Sensori intelligenti (smart, bright sensor) MICROPROCESSORE ⇔ SOFTWARE 2 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 1 1 Strumenti intelligenti Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Schema a blocchi funzionali di uno strumento intelligente Grandezze ausiliarie Sistema di misura ausiliario Sistema di misura principale Sistema di gestione generale Grandezze oggetto della misura Sistema di misura principale Sistema di Utilizzatore colloquio con l’utilizzatore 3 Torino, 28-May-02 Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Sistema di misura principale Da e al gestore generale della diagnostica Gestore della diagnostica Gestore delle emergenze Grandezza oggetto della misura Controllore locale di misura Analizzatore car. segnale Condizionat. Memoria di taratura Memoria di programma Memoria tempor. dati Sistema di misura elem.. Da e al controllore generale Post-elabor. elementare Al post-elab. generale Campione di taratura 4 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 2 2 Strumenti intelligenti Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Sistema di gestione generale Memoria storica Orologio perpetuo Dai sistemi di misura ausil. Controllore di gestione generale Dai controll. locali di misura Dai post-elab. elementari A e dai gestori locali diagnostica Memoria di programma Post-elab. generale Al sistema di colloquio con l’utilizzatore Gestore generale della diagnostica Memoria dati 5 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Sistema di colloquio con l’utilizzatore Dal gestore generale della diagnostica Sistema di segnalazione anomalie Dal post-elaboratore generale Sistema di presentazione risultati Utilizzatore Dal controllore di gestione generale Al controllore di gestione generale Sistema di segnalazione stato dello strumento Sistema di ricezione comandi 6 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 3 3 Strumenti intelligenti Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Sistema di misura ausiliario Grandezze ausiliarie Condizionatore Condizionatore Condizionatore C o m m u t a t o r e Sistema di misura elementare Postelaboratore elementare Sistema di gestione generale 7 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Gestione interna del sistema di misura – Esecuzione di procedure di acquisizione dei dati – Interconnessione e colloquio fra le varie componenti – Memorizzazione provvisoria dei dati 8 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 4 4 Strumenti intelligenti STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Analisi dei segnali acquisiti ed elaborazione dei dati – Algoritmi semplici – – – – Valore di picco, medio, efficace Prodotti Quozienti …... – Algoritmi complessi – – – – – Filtri digitali Interpolazione di curve Correlazioni e trasformate Compressione dati …... 9 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Cambio automatico della scala (autoranging) – Scelta del guadagno – Scelta della frequenza di campionamento – Analisi di parametri del segnale in ingresso • Autotaratura (autocalibration) – Autozero – Autocalibration – Sono confrontati alcuni punti della caratteristica con un riferimento campione 10 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 5 5 Strumenti intelligenti Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Correzione degli errori sistematici – MODELLO – Equazioni di correzione – Usando i risultati dell’autotaratura – Tenendo conto della misura di alcune grandezze di influenza (tipicamente la temperatura) Per ottenere accuratezza l’hardware necessita soltanto di Risoluzione Ripetibilità 11 Torino, 28-May-02 Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Correzione degli errori sistematici • Esempio SISTEMA DI MISURA AUSILIARIO Zi X SISTEMA DI MISURA Xm PROCEDIMENTO DI CORREZIONE Uscita corretta MODELLO DI CORREZIONE X = Xm + C1 (Xm) + C2 (Z1, Z2,... ) + ε (Xm, Z1, Z2,... ) 12 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 6 6 Strumenti intelligenti STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Correzione degli errori sistematici • Esempio • Macchine di misura a tre coordinate (3CMM) – Cause di errore • Irregolarità geometriche • Deformazioni termiche (variazioni di temperatura nel tempo e nello spazio • Irregolarità del comportamento dinamico • Errori di tipo elastico – Correzione • degli errori geometrici • delle deformazioni termiche – Ipotesi • Ripetibiltà della macchina • Rigidità della macchina 13 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Correzione degli errori sistematici nelle 3CMM • Irregolarità geometriche – 18 funzioni di errore • 9 per descrivere le deviazioni dal moto rettilineo • 9 per descrivere le deviazioni angolari di assetto – Funzione di errore • Sviluppo polinomale in una sola variabile da adattare a ciascuna funzione e a ciascun tipo di macchina (errore di modello) – Identificazione del modello • Prove eseguite con un campione a sfere • Eseguita usando il criterio di minimizzare l’errore quadratico medio della distanza fra la posizione nota delle sfere e la posizione misurata 14 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 7 7 Strumenti intelligenti STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Autodiagnostica (Autodiagnosis) – Componenti digitali – Guasti – Componenti analogici – Funzionamento corretto – Funzionamento degradato in termini di accuratezza – Guasti Possibilità di funzionamento in condizioni degradate 15 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Stima automatica dell’incertezza – MODELLO – Equazioni di stima – – – – – Autotaratura Misura di alcune grandezze di influenza Stima del rumore Tempo dall’ultima taratura Risultati delle procedure diagnostiche 16 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 8 8 Strumenti intelligenti Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Principali caratteristiche di ‘intelligenza’ • Interfacciamento con l’utente – Utente umano – Menu • Correzione errori impostazione – Configurazioni predefinite – Diversi livelli di accesso – Differenti formati di visualizzazione – Host computer – Protocolli di comunicazione • Possibilità di ‘upgrade’ del software – Nuovi programmi del produttore – Personalizzazioni eseguite dall’utente 17 Torino, 28-May-02 Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Una classificazione del software • Software di gestione e controllo del sistema Rilevanza metrologica: NULLA • Software di autodiagnosi Rilevanza metrologica: SCARSA 18 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 9 9 Strumenti intelligenti Franco Ferraris STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Una classificazione del software • Software di identificazione e correzione errori Rilevanza metrologica: SIGNIFICATIVA (in qualche caso) • Software di elaborazione per la stima delle grandezze di interesse Rilevanza metrologica: GRANDE 19 Torino, 28-May-02 STRUMENTI INTELLIGENTI -01 Franco Ferraris Problema • Software di identificazione e correzione errori • Software di elaborazione per la stima delle grandezze di interesse Come si caratterizza metrologicamente questo tipo di software? 20 Torino, 28-May-02 Pag. 01 - 10 10
