УЭ 7.1-3. Компьютерно-измерительные системы

В настоящее время сформировалось новое направление в мет­рологии и электрорадиоизмерительной технике — компьютерно-измерительные системы (КИС) и их разновидность, или направ­ление развития — виртуальные (виртуальный — кажущийся) из­мерительные приборы (виртуальные приборы). В компьютерно-изме­рительную систему обязательно входит компьютер, работающий в режиме реального масштаба времени или, как теперь принято говорить, в режиме on-line.

В последние годы персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, но и в качестве универсаль­ных измерительных приборов. Компьютерно-измерительная систе­ма на базе персонального компьютера позволяет заменить стандарт­ные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анали­заторы спектра, генераторы и др.) системой виртуальных прибо­ров. При этом ряд приборов могут быть активизированы (воспроиз­ведены) на одном персональном компьютере одновременно.

К отличительным особенностям и преимуществам компьютер­но-измерительных систем по сравнению с микропроцессорными приборами относятся:

•	обширный фонд стандартных прикладных компьютерных про­грамм, доступных для оператора, позволяющих решать широкий круг прикладных задач измерения (исследование и обработка сиг­налов, сбор данных с датчиков, управление различными промыш­ленными установками и т.д.);
•	возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным и глобальным (например, сети Internet) компьютерным сетям;

•	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.

УЭ 7.1-4 Структурная схема КИС.

Всамом общем случае КИС может быть построена двумя способами: с последовательной или парал­лельной архитектурой.

В компьютерно-измерительную систему с последовательной ар­хитектурой (ее иногда называют централизованной системой) вхо­дят части системы, преобразующие анализируемые сигналы, ко­торые обрабатывают в последовательном режиме. Поэтому вся со­ответствующая электроника размещается на слотах компьютера. Достоинства такой архитектуры построения КИС очевидны — благодаря использованию принципа разделения обработки по време­ни стоимость системы невелика.

В компьютерно-измерительной системе с параллельной архитек­турой содержится ряд параллельных каналов измерения и каждый канал имеет собственные узлы преобразования анализируемых сигналов и только процессор компьютера работает в режиме муль­типлексирования (т.е. объединения сигналов). Посредством тако­го принципа построения КИС могут производить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. В этой системе преобразование сигналов выполняется локально в месте располо­жения источника исследуемого сигнала, что позволяет передавать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме.

На рисунке 8.2 представлена обобщенная структурная схема КИС, отражающая как последовательную, так и параллельную архитек­туру построения.

Взаимодействие между отдельными элементами КИС осуще­ствляется с помощью внутренней шины персонального компью­тера, к которой подключены как его внешние устройства (дис­плей, внешняя память, принтер), так и измерительная схема, состоящая из коммутатора, АЦП и блока образцовых программно управляемых мер напряжения и частоты.

С помощью ПАП можно вырабатывать управляющие аналого­вые сигналы. Интерфейсный модуль (ИМ) подключает измери­тельный прибор к магистрали приборного интерфейса. Коммута­тор устройства обеспечивает подачу аналоговых напряжений с внешних датчиков на узлы системы.

Рисунок 7.2. Обобщенная структурная схема компьютерно-измерительной системы

Достаточно простые компьютерно-измерительные схемы мо­гут быть размещены на одной плате персонального компьютера. Существуют и более сложные структуры КИС, в которых в соот­ветствии с решаемой измерительной 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 и частоты. В качестве встроенных образцовых мер напряжения в КИС чаще всего применяются ста­билитроны, температурный коэффициент напряжения которых составляет около 2-10^-5. К наиболее эффективному способу стаби­лизации опорного напряжения относится термостатирование блока стабилитронов. Термостат поддерживает температуру элементов около 30 °С со стабильностью не ниже 0,1 °С.

Недостатком такой схемы являются достаточно длительный прогрев термостата (до 30 мин), а также большие скачки темпера­туры при включении термостата. Температурные перепады уско­ряют процесс старения стабилитронов, а следовательно, снижа­ют их долговременную стабильность.

В настоящее время в КИС имеется возможность учитывать температурную нестабильность элементов программными ме­тодами.

Дата добавления: 2014-01-20