Одночасно з роботою п. відбувалась реєстрація тривалості проведення експерименту, як часу проходження дзвону між мітками „Старт” і „Стоп”. Значення витрати визначалось як відношення контрольного об’єму до часу проведення експерименту:
Qексп = Vеталону / tексп.

Аналіз періодограм, побудованих для кожної реалізації шумового сигналу, рис. 1.11, показав наступне:

існує залежність енергії сигналу від величини витрати газу по всій ширині досліджуваної смуги частот від 0 Гц до 22 кГц;

Рис. 1.11. Періодограми шумового сигналу для різних значень витарти газу

Рис. 1.12. Суміщений графік періодограм реалізації шумового сигналу
при витраті 6,5 м3/год в різні моменти часу

основна доля енергії шумового сигналу припадає на смугу 0 Гц –
3 кГц. Дисперсія в цій частотній смузі найбільше впливає на дисперсію всього інформаційного сигналу, тобто можна припустити, що чутливість методу у вказаній смузі буде максимальною;

форма огинаючої енергетичного спектра на частотах f > 3 кГц наближається до прямої горизонтальної лінії, що свідчить про відсутність корисної інформації в даній смузі частот;

оцінка енергетичного спектру в смузі частот f < 600 Гц має велику дисперсію. Широка амплітуда розкидів значень енергії в цій смузі не дозволяє обрати її в якості основного джерела інформації про витрату (рис. 1.12).

Узагальнений варіант блок-схеми алгоритму динамічного оцінювання дисперсійних оцінок шумів акустичного діапазону подано на рис.1.13.

На основі вищенаведених результатів можна зробити висновок, що в якості інформаційних смуг енергетичного спектру для моделі системи вимірювання витрати на основі зміни дисперсійних характеристик шумів вимірюваного середовища доцільно здійснювати оцінку діапазону частот від 1500 до 2000 Гц.

З огляду на складний характер обраних методів обробки інформаційно-вимірювальних сигналів доцільно застосувати сучасну обчислювальну техніку, або спецпроцесори, які дозволяють суттєво приcкорити процес оброки даних.

Іншим варіантом може бути розділення процедури вимірювання і процедури аналізу отриманих даних. В цьому випадку спочатку проводять вимірювання шумів акустичного діапазону з одночасним записом їх миттєвих амплітуд в пам’ять ЕМО, а після завершення обробляють записані дані. Такий підхід дозволить реалізувати обрані методи на малопотужних системах без втрати експлуатаційних і метрологічних характеристик.

Рис. 1.13. Блок-схема алгоритму спектрального аналізу
шумових сигналів

Проведені дослідження дозволяють оптимізувати обчислення та значно прискорити процедури цифрової обробки сигналу при реалізації енергетичної моделі методу вимірювання витрати на основі зміни статистичних характеристик контрольованого середовища.

2. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОЦЕДУР ПЕРЕТВОРЕННЯ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИГНАЛІВ

2.1. Розробка алгоритмів функцій зчитування
та перетворення випадкових сигналів контрольованого середовища

Для обслуговування апаратного забезпечення інформаційно-вимірювальної системи з використанням методу вимірювання величини витрати газу на основі спектральних оцінок шуму вимірюваного середовища розроблено пакет функцій та програмні інтерфейси, які здійснюють необхідні перетворення та обробку інформаційних випадкових сигналів.

Вказане програмне забезпечення реалізує зчитування даних в режимі реального часу з перетворювача, або в режимі опрацювання даних раніше здійсненого експерименту, їх обробку, зберігання та вивід на периферійні пристрої отриманих результатів.

Розроблений комплекс програмних засобів забезпечує ефективну роботу на персональних IBM-сумісних комп’ютерах з процесорами INTEL, AMD або інших подібних з тактовою частотою 500 МГц і більше, об’ємом оперативної пам’яті від 64 Мб. Для роботи необхідний незйомний накопичувач не менше 20 Гб, для зчитування/запису шумового інформаційного сигналу на змінних носіях рекомендовано накопичувач на компакт-дисках CD-ROM/CD-RW.

Алгоритми реалізовано мовою програмування С++, яка надає гнучкі і ефективні засоби оперування даними, дозволяє широко використовувати можливості модульного (структурного) програмування, підтримує абстракцію даних і об’єктно-орієнтоване програмування.

Для перетворення акустичного шумового сигналу в цифрові інформаційні пакети застосовувалось АЦП звукової плати комп’ютера, з наступними характеристиками:

розрядність — 8/16 біт;

частота дискретизації — 11025, 22050, 44100 Гц;

кількість каналів — 2.

Найбільш розповсюджена серед таких АЦП є Sound Blaster фірми Creative Labs. Зчитування даних здійснюється за допомогою контролера прямого доступу до пам’яті (DMAC — Direct Memory Access Controller), або без застосування DMAC, завдяки роботі безпосередньо з портами плати ЦАП.

При такій реалізації процесор буде повністю завантажений операціями контролю за вхідними потоками даних і не зможе виконувати обчислення, пов’язані із обробкою зчитаної інформації. Крім того, об’єм даних, що записуються, обмежений об’ємом доступної процесору оперативної пам’яті, тому такий спосіб недоцільно застосовувати у вимірювальних системах, що працюють в режимі реального часу.

Отримання даних від первинного перетворювача в реальному режимі роботи процесора (наприклад, з використанням операційної системи MS-DOS) передбачає необхідність визначення базової адреси порту вводу-виводу, а також номерів апаратних переривань (IRQ) і каналу DMA, які використовуються; необхідність ініціювання цифрового процесору сигналів (Digital Signal Processor — DSP) і встановлення режиму мікшера; виділення в оперативній пам’яті буферу для записаного звуку; встановлення своїх процедур обробки переривань від звукової плати і після того програмування DMAC і DSP, шляхом передачі їм частоти дискретизації і команди на запис.

Операційні системи WINDOWS 95, 98, ME, NT, XP дозволяють організувати роботу із АЦП звукової плати персонального комп’ютера за допомогою стандартної dll-бібліотеки WINMM.DLL — набором динамічно під’єднаних бібліотек функцій, які підтримують роботу з потоком оцифрованих акустичних коливань (waveform audio).

Порядок роботи при реалізації процесу оцифровки та запису шумового сигналу наступний:

1. Виконується за допомогою виклику функції waveInOpen створюється об’єкт «waveform-audio input device». Для виклику вказаної функції необхідно вказати номер пристрою, який, як передбачається, буде виконувати запис, або вказати флаг WAVE_MAPPER. В цьому випадку система сама підбирає пристрій, здатний записати вхідний аналоговий сигнал у вказаному форматі.

2. Створюється об’єкт ”буфер” і встановлюється сповіщення, про закінчення