VIII. Виртуальные измерительные приборы

Понятие виртуальных измерительных приборов, их возможности, преимущества и перспективы развития. Принцип организации.[ 3: с.350…353; 5: с.31…36; 6: с. 7…13].

VIII.1. Основные сведения и методические указания.

Бурное развитие компьютерной техники привело к ее внедрению практически во все отрасли науки и техники. Не минуло это и технику измерений в самом широком значении этого понятия.

Сначала компьютеры использовались как отдельное оборудование для управления измерительным процессом и обработки экспериментальных данных с целью получения результатов косвенных и совокупных измерений, требующих достаточно сложных и объемных вычислений. Затем стали практиковать вывод этих результатов на дисплеи персональных компьютеров, используя их как шкалы или отсчетные устройства измерительных приборов. В дальнейшем, развитие аппаратных средств и специального программного обеспечения, привело к сращиванию цифровой измерительной техники с компьютером в такой степени, что появилось новое понятие - виртуальный измерительный прибор.

Виртуальный измерительный прибор представляет собой персональный компьютер или систему, в простейшем случае со специальной встраиваемой платой сбора данных, либо, в случае более сложных многофункциональных измерений, с дополнительным блоком, соединенным с компьютером соединительным кабелем. Плата или дополнительный блок осуществляют функцию ввода в компьютер, коммутации, дискретизации, квантования и кодирования сигналов, поступающих от контролируемых объектов. А функцию моделирования требуемой измерительной системы, выполнения обработки полученных численных значений входных сигналов (т.е. фактически результатов измерения этих сигналов) по заданным алгоритмам, а также отображение результатов обработки на экране в желаемом виде, определяет компьютер под управлением специально разработанного программного обеспечения. Особенностью виртуальных приборов является и то, что все ручки управления и структура смоделированной измерительной системы отображается также на дисплее компьютера и сам процесс управления осуществляется наглядно и удобно, с помощью типовой клавиатуры или манипулятора (мыши). Поэтому, такая виртуальная панель управления измерительным прибором, в отличие от панели управления обычной измерительной аппаратуры, может быть многократно перепроектирована для оптимального использования в конкретных условиях проводимого измерительного эксперимента. Используя подходящую плату или блок сбора данных, а также соответствующее программное обеспечение, экспериментатор как бы проектирует измерительное устройство, оптимально приспособленное для решения той или иной метрологической задачи.

Таким образом, технология виртуальных приборов опирается на современную компьютерную технику в комбинации с гибким специальным программным обеспечением и модульным высокопроизводительным оборудованием для создания мощных компьютерных измерительных систем.

Современные виртуальные измерительные приборы позволяют измерять и анализировать как локальные, так и удаленные величины и процессы со временем измерения десятки наносекунд и погрешностью в сотые и тысячные доли процента. Их возможности в настоящее время возросли настолько, что даже превосходят аналогичные показатели традиционных приборов. Они позволяют с легкостью осуществлять такую обработку измерительных сигналов как частотно-временной анализ, спектральный анализ высокого разрешения, цифровую фильтрацию, различного рода статистическую обработку и пр. При этом они позволяют наглядно отображать на экране дисплея значения измеряемых величин, осциллограммы различных процессов, их амплитудно-частотные характеристики как двумерные, так и в виде объемных графических изображений, спектральные плотности и гистограммы статистической обработки и т.п.

Наиболее известной фирмой, разрабатывающей как аппаратные модули, так и программное обеспечение, является фирма National Instruments (NI). Разработанные ею аппаратные модули и специализированное программное обеспечение виртуальных приборов под общим названием LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench – лабораторный виртуальный прибор рабочего места инженера), получило широкое распространение, улучшается и расширяется с каждым годом и охватывает огромный спектр возможностей как управления процессом измерения, так и методов обработки и отображения результатов измерения.

VIII.2 Вопросы для самопроверки

1. Что понимается под виртуальным измерительным прибором?

2. Из каких основных частей состоит виртуальный измерительный прибор?

3. Какие новые возможности измерений открываются при использовании виртуальных измерительных приборов?