В настоящее время сформировалось новое направление в метрологии и измерительной технике КИС и их разновидности, виртуальные измерительные приборы (ВИП). КИС включает в себя компьютер, работающий в режиме реального времени (в режиме on-line). ПЭВМ используются не только как вычислительные средства, но и как универсальные измерительные приборы. КИС на основе ПЭВМ заменяют стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы спектра, генераторы и др.) системой виртуальных приборов. Причем ряд этих приборов может быть активизирован (воспроизведен) на одном ПЭВМ одновременно. К отличительным особенностям и основным преимуществам КИС по сравнению с МП приборами относятся: · возможность использования обширного фонда стандартных программ, позволяющих решать широкий круг прикладных задач измерений, исследования и обработки сигналов, сбор данных с датчиков, управление различными промышленными установками; · возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным и глобальным компьютерным сетям (например, по сети Internet); · высокоразвитый графический интерфейс пользователя, обеспечивающий быстрое освоение взаимодействия с системой; · возможность использования внутренней и внешней памяти большой емкости; · возможность составления компьютерных программ для решения конкретных измерительных задач; · возможность оперативного использования различных устройств, документирования результатов измерений. В самом общем случае КИС может быть построена двумя способами: с последовательной и параллельной архитектурой. В КИС с последовательной архитектурой (централизованные системы) части системы, преобразующие анализируемые сигналы, обрабатывают их в последовательном режиме. Поэтому вся соответствующая электроника размещается на слотах компьютера. Достоинства такой архитектуры построения КИС заключаются в том, что благодаря использованию принципа разделения обработки по времени стоимость системы не велика. В КИС с параллельной архитектурой содержится ряд параллельных каналов измерения, каждый из которых имеет собственные узлы преобразования анализируемых сигналов и только процессор компьютера работает в режиме мультиплексирования. Подобный принцип построения КИС позволяет проводить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. В такой системе преобразование сигналов можно выполнять локально в месте расположения источника исследуемого сигнала, что позволяет передавать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме. Взаимодействие между отдельными элементами КИС осуществляется с помощью внутренней шины ПЭВМ, к которой подключены как его внешние устройства (дисплей, внешняя память, принтер, плоттер), так и измерительная схема, состоящая из коммутатора и блока образцовых, программно-управляемых мер напряжения и частоты. С помощью ЦАП вырабатываются управляющие аналоговые сигналы, интерфейсный модуль подключает измерительный прибор к магистрали приборного интерфейса. Контроллер устройства обеспечивает подачу аналоговых сигналов с внешних датчиков на узлы системы. Достаточно простые узлы КИС могут быть размещены на одной плате ПЭВМ. Существуют и более сложные структуры КИС, в которых в соответствии с решаемой задачей по установленной программе коммутируются необходимые измерительные элементы, т.е. меняется архитектура построения системы. Одним из элементов КИС является блок образцовых программно-управляемых мер напряжения, частоты и др. В качестве встроенных образцовых мер напряжения в КИС чаще всего применяют стабилитроны с малым показателем температурного дрейфа. В КИС предусмотрена возможность определения индивидуальных функций влияния температуры на различные параметры виртуального прибора: дрейф нуля, сопротивление переключателей, коэффициенты передачи различных структурных элементов. Непрерывный контроль температуры блоков позволяет автоматически корректировать возникшие погрешности измерений. Одной из установившихся тенденций в области автоматизации измерений является внедрение в практику измерений виртуальных сред сбора и обработки информации. Это стало возможным благодаря интенсивному развитию современных компьютерных технологий. Виртуальные среды позволяют создавать программные модули обработки данных, т.е. виртуальные приборы, которые могут использоваться в практике измерений наравне с реальными. Практическим воплощением концепции виртуального инструмента стала среда разработки программ labVIEW. Существенным отличием этой среды программирования от большинства существующих является использование в ней языка графического программирования. Кроме того, в labVIEW имеется большая библиотека процедур и функций, универсальных для большинства прикладных задач управления средствами измерений, сбора и обработки данных. В целом labVIEW вобрал в себя наиболее перспективные подходы и решения современной технологии автоматизации измерений. Программы, созданные а среде labVIEW, имеют три основные составные части: переднюю панель; блок-диаграмму и пиктограмму. Передняя (лицевая панель) виртуального инструмента может содержать графическое изображение кнопок, клавиш, регуляторов и других органов управления и индикации. Конструирование лицевой панели сводится к составлению картинки из различных индикаторов и управляющих элементов, находящихся в меню. Управление системой осуществляется путем изменения положений переключателей, поворота ручек управления и введения значений с клавиатуры. Блок-диаграмма представляет собой графическое решение задачи. Она составляется на графическом языке программирования. Затем встроенный в labVIEW компилятор транслирует программу в машинный код. Функциональными блоками, выбираемыми из меню, могут являться блоки элементарных алгебраических операций, функции сбора и анализа данных, сетевые операции и др. Пиктограмма является графическим представлением ВИП в блок-диаграмме. Пиктограмма позволяет свернуть ВИП в объект, который можно использовать в блок-диаграммах других ВИП в качестве функций. Аппаратная составляющая ВИП, обеспечивающая ввод реальных сигналов измерительной информации, может реализоваться в виде встраиваемых в компьютер сменных плат или в виде внешних устройств. Внешние устройства сбора данных и управления (УСДУ) начали разрабатывать и внедрять с появлением переносных портативных компьютеров. В таких устройствах преобразование сигнала в цифровую форму производится несколькими синхронизированными АЦП, реализованными в виде единой матрицы логических элементов. Такие устройства наиболее удобны для использования в полевых условиях. Таким образом, набор аппаратных и программных средств, добавленных к обычному компьютеру и образующие ВИ, можно рассматривать как основу компьютерных измерительных технологий (КИС). Взаимодействие между отдельными элементами системы в КИС осуществляется с использованием внутренней шины ПЭВМ, а стандартные измерительные приборы могут заменяться виртуальными. Характерной особенностью КИС является их открытость. Так, при использовании среды программирования labVIEW имеется возможность создавать ВИ, работающие с реальным сигналом не только через плату сбора данных, но и с функционально-модульным интерфейсом. Для работы с таким интерфейсом используют приборные драйверы, т.е. программы, которые управляют отдельными приборами. labVIEW имеет свою библиотеку приборных драйверов, но это не исключает возможность создания любых других необходимых драйверов. |
Принцип работы электромеханических омметров Резонансный метод измерения частоты Вернуться в оглавление: Методы и средства измерений электрических величин |