ТЕЛЕМЕТРИЯ - техника измерений на расстоянии. Телеметрия позволяет удовлетворить весьма важную потребность ученого, инженера, медицинского эксперта или иного пользователя в данных об удаленных объектах.
Области применения. В качестве одного из важных применений телеметрии можно назвать летные испытания новой модели самолета или другого летательного аппарата. Для оценки работоспособности конструкции и летных характеристик самолета нужно измерять расход топлива, характеристики работы двигателей, механические нагрузки, испытываемые фюзеляжем и крыльями, вибрации и температуры критически важных элементов летательного аппарата, параметры электронного оборудования самолета, траекторные данные. Средства телеметрии следят за измерениями во множестве точек, число которых составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч, и предоставляют результаты измерений конструкторам на их наземные компьютеры или дисплейные терминалы.
См. также
АЭРОДИНАМИКА;
АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ КОНСТРУИРОВАНИЕ. Система телеметрии космического летательного аппарата может обеспечить получение важных научных данных о поверхности, атмосфере или электромагнитном поле планет, а также следить за состоянием здоровья космонавтов.
См. также
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ;
КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ. Некоторые зоны электроэнергетических установок и станций (особенно атомных) небезопасны для людей; вместе с тем параметры их рабочих режимов (такие, как температура, давление, расход охладителя) имеют критически важное значение для оценки режима работы и безопасности станции. Средства телеметрии в таких системах непрерывно следят за режимом работы и передают результаты измерений на дисплейные терминалы операторов станции.
См. также
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ;
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. Во многих больницах осуществляется непрерывный контроль за состоянием больных с сердечной недостаточностью или с другими тяжелыми заболеваниями. Чтобы избежать необходимости иметь специалиста-медика у каждой койки, каждому больному устанавливают миниатюрный телеметрический передатчик, и за всеми больными ведется непрерывное наблюдение из одного места.
См. также БИОЭЛЕКТРИЧЕСТВО; СЕРДЦЕ. На месте, где произошел несчастный случай, группа медиков, приехавшая на машине скорой помощи, может установить привезенные с собой средства телеметрии. Благодаря этим средствам медицинские эксперты, находящиеся в травматологическом центре, получают возможность следить за критически важными измерениями и консультировать медперсонал, оказывающий первую помощь на месте происшествия и подготавливающий больного к транспортировке в больницу.
Стандарты. Наиболее сложные современные системы телеметрии используются в аэрокосмических исследованиях. Чтобы достичь некоторого уровня стандартизации, испытательные полигоны стремятся придерживаться системы стандартов, разработанных Межведомственной комиссией по измерительным средствам (IRIG).
Измерительные преобразователи. Результаты непосредственных измерений (температуры, давления, нагрузки, ускорения и т.д.) преобразуются в пропорциональное электрическое напряжение. К числу часто применяемых датчиков относятся датчики (преобразователи) давления и расхода, термопары, термометры сопротивления, мосты и потенциометры (см. также ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ; ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО). В типичную телеметрическую систему входит несколько разновидностей формирователей сигналов, каждый из которых используется для преобразования выходного сигнала того или иного конкретного преобразователя в стандартный сигнал напряжения от 5 до 10 В.
Мультиплексор. Система телеметрии воспринимает и ретранслирует электрические сигналы от многих датчиков одновременно благодаря процессу уплотнения данных, называемому мультиплексированием. В стандарте IRIG приняты три способа уплотнения данных: амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), частотная модуляция (ЧМ) и импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). ИКМ до сих пор является наиболее распространенной благодаря характерной для нее низкой вероятности ошибок (обычно менее 0,25% для любого измерения). ИКМ-система преобразует результат каждого измерения, выраженный аналоговым значением напряжения, в приемлемое для компьютера цифровое значение. В системе с использованием, например, 12-разрядных двоичных чисел самое малое напряжение будет представлено кодовым числом 000 000 000 000 (0), а самое большое - 111 111 111 111 (2047). Для подачи сигнала о начале каждого нового цикла сканирования датчиков и преобразователей генерируется специальная кодограмма.
Радиопередача и радиоприем. Комиссия IRIG определяет стандартные диапазоны частот для радиопередачи и приема в пределах от 1435 до 1540 МГц для пилотируемых летательных аппаратов и от 2200 до 2400 МГц для беспилотных. Типичный диапазон мощностей при радиопередаче ограничен пределами 1-10 Вт, поскольку для более высоких мощностей требовались бы передатчик слишком большого размера и массы, а также использование батарей. На маневрирующем летательном аппарате, каким является самолет, для передачи данных используют всенаправленную антенну. Таким образом, сигнал можно принимать независимо от положения самолета. Чтобы компенсировать низкий уровень мощности при передачах со спутника или космического зонда, направленную антенну наводят на точку, в которой на земле находится приемная станция. Приемная антенна обычно представляет собой устройство автоматического слежения, которое принимает сигнал телеметрии и непрерывно сопровождает его источник, пользуясь информацией от радиоприемника, связанного с контролируемым объектом.
Запись и сохранение информации на магнитной ленте. В большинстве научных и технических приложений данные телеметрии записываются на магнитную ленту, даже если они одновременно исследуются аналитиками. Такая запись позволяет воспроизвести данные после завершения испытаний и, таким образом, более эффективно проанализировать их результаты. IRIG устанавливает стандарты на регистраторы показаний контрольно-измерительных приборов как в режиме обычной записи (вдоль длины ленты), так и в режиме наклонно-строчной записи (как при записи изображений). На ленте записывается также текущее время, что позволяет аналитику соотносить данные со временем при воспроизведении.
Демультиплексор. Демультиплексор в системе телеметрии распознает результаты измерений из данных, полученных по системе связи или взятых с магнитной ленты. В ИКМ-системе процесс демультиплексирования (разуплотнения) включает в себя отыскание кодограммы, которая вставляется в поток данных, чтобы сигнализировать о начале каждого цикла сканирования, после чего ведется подсчет битов для идентификации каждого измерения и подготовки его результата для ввода в компьютер.
Компьютер и воспроизведение на экране. Обработка телеметрических данных может быть сосредоточена на одном компьютере или выполняться на нескольких машинах. В любом случае результаты особенно важных измерений исследуются сразу же по получении. Их проверяют, чтобы убедиться в их достоверности и отсутствии отказов измерительного и телеметрического оборудования. В типичном случае через 0,25 с после выполнения кодирования результат измерения воспроизводится на приемной станции для проведения экспресс-анализа. Любое отклонение от нормы отображается другим цветом и может инициировать сигнал звукового предупреждения, чтобы привлечь к данной ситуации внимание аналитика. Изображения на экране можно получать в одной из нескольких разных форм. Каждый пользователь может назначить по своему выбору воспроизведение результатов конкретных измерений в графическом или числовом виде. Телеметрическое оборудование воспроизведения обычно снабжено устройствами для копирования, позволяющими аналитику сделать дубликат записи любых представляющих интерес данных.
Компьютерные программы. Компьютерные программы, используемые в телеметрии, существенно отличаются от тех, которыми пользуются в менее ответственных применениях. Поскольку данные телеметрии поступают на приемную станцию многократно и иногда даже непрерывно, аппаратные и программные средства должны быть хорошо согласованы друг с другом. В типичных случаях аппаратные средства отрабатывают относительно простые и неоднократно повторяющиеся задания (примером могут служить установление синхронизации и реакция на возникновение тревожной ситуации); программные средства выполняют первичную обработку для воспроизведения данных на экране. В задачи программного обеспечения входят настройка всех аппаратных и программных средств, высокоскоростной ввод данных, возможная предварительная проверка аппаратных средств, высокоскоростной вывод специально отобранных результатов измерений на дисплейные терминалы, форматирование дисплея и специальная обработка данных в соответствии с требованиями анализа. Программные средства также довольно часто используют, чтобы подготовить дисковый накопитель для работы со всеми или отобранными результатами измерений, для выборки данных с диска в целях проведения более детального анализа и для выполнения самодиагностики состояния системы телеметрии перед началом и в процессе приема данных.
ЛИТЕРАТУРА
Справочник по телеметрии. М., 1971 Фремке А.В. Телеизмерения. М., 1975 Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение. М., 1982 Хаусли Т. Системы передачи и телеобработки данных. М., 1994