Il software di misura nella strumentazione moderna

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1 Il software di nella strumentazione moderna Estratti dalla Scuola per allievi di dottorato Italo Gorini 1 La Strumentazione di 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 Pag

2 Schema a blocchi funzionali di uno strumento intelligente ausiliario Grandezze ausiliarie Grandezze oggetto della principale principale gestione colloquio con l utilizzatore Utilizzatore 3 principale Gestore della diagnostica Da e al gestore della diagnostica Gestore delle emergenze Controllore locale di Memoria di taratura Memoria di programma Da e al controllore Grandezza oggetto della Analizzatore car. segnale Condizionat. Campione di taratura elem.. Memoria tempor. dati Post-elabor. elementare Al post-elab. 4 Pag

3 gestione Dai sistemi di ausil. Dai controll. locali di Dai post-elab. elementari A e dai gestori locali diagnostica Post-elab. Memoria dati Memoria storica Controllore di gestione Memoria di programma Gestore della diagnostica Orologio perpetuo Al sistema di colloquio con l utilizzatore 5 colloquio con l utilizzatore Dal gestore della diagnostica segnalazione anomalie Dal post-elaboratore Dal controllore di gestione presentazione risultati segnalazione stato dello strumento Utilizzatore Al controllore di gestione ricezione comandi 6 Pag

4 ausiliario Grandezze ausiliarie Condizionatore Condizionatore Condizionatore C o m m u t a t o r e Sistema di elementare Postelaboratore elementare gestione 7 Gestione interna del sistema di Esecuzione di procedure di acquisizione dei dati Interconnessione e colloquio fra le varie componenti Memorizzazione provvisoria dei dati 8 Pag

5 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 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 Pag

6 Correzione degli errori sistematici MODELLO Equazioni di correzione Usando i risultati dell autotaratura Tenendo conto della di alcune grandezze di influenza (tipicamente la temperatura) Per ottenere accuratezza l hardware necessita soltanto di Risoluzione Ripetibilità 11 Correzione degli errori sistematici Esempio Z i SISTEMA DI MISURA AUSILIARIO X X m Uscita SISTEMA DI MISURA PROCEDIMENTO DI CORREZIONE corretta MODELLO DI CORREZIONE X = X m + C 1 (X m ) + C 2 (Z 1, Z 2,... ) + ε (X m, Z 1, Z 2,... ) 12 Pag

7 Correzione degli errori sistematici Esempio Macchine di 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 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 ta 14 Pag

8 Autodiagnostica (Autodiagnosis) Componenti digitali Guasti Componenti analogici Funzionamento corretto Funzionamento degradato in termini di accuratezza Guasti Possibilità di funzionamento in condizioni degradate 15 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 Pag

9 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 Una classificazione del software Software di gestione e controllo del sistema Rilevanza metrologica: NULLA Software di autodiagnosi Rilevanza metrologica: SCARSA 18 Pag

10 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 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 Pag