УЭ 7.1-5. Виртуальные приборы

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии компьютерно-измерительных систем является разработка вирту­альных приборов.

Виртуальный прибор состоит из быстродействующего персо­нального компьютера и одной-двух плат сбора данных (ПСД). Плата устанавливается в персональный компьютер (обычно в слот ISA или PCI) или внешнее дополнительное устройство, подключа­емое через LPT-порт в комплекте с соответствующим программ­ным обеспечением.

Пользователь виртуального прибора включает объект графи­ческой панели с помощью клавиатуры, мыши или специализиро­ванной прикладной программы. Виртуальные измерительные при­боры сочетают большие вычислительные и графические возмож­ности персонального компьютера с высокой точностью и быст­родействием аналоговых цифровых преобразователей и цифровых аналоговых преобразователей, применяемых в ПСД. По существу виртуальные приборы (как и практически все типы КИС) выпол­няют анализ амплитудных, частотных, временных характеристик различных радиоэлектронных цепей и измеряют параметры сиг­налов с точностью примененных АЦП и ЦАП, а также формируют сигналы как для процесса измерений, так и для автоматиза­ции измерительных систем.

Программная часть виртуального прибора может эмулировать (создать) на экране дисплея компьютера виртуальную переднюю управляющую панель стационарного измерительного прибора. Та­ким образом, панель с виртуальными кнопками, ручками и пере­ключателями, сформированная на экране дисплея, становится па­нелью управления виртуального прибора. В отличие от реальной панели управления стационарного измерительного прибора, та­кая виртуальная панель может быть многократно перестроена в процессе работы для адаптации к конкретным условиям экспери­мента. В зависимости от используемой платы и программного обес­печения пользователь получает измерительный прибор под ту или иную метрологическую задачу.

Рисунок 7.3. Внешний вид программного интерфейса цифрового виртуального осциллографа

В качестве примера рассмотрим виртуальный цифровой запо­минающий осциллограф ЦЗО-01, реализованный на специали­зированной плате сбора данных и персональном компьютере в московском ЗАО «Руднев—Шиляев» Центра АЦП. Внешний вид программного интерфейса (виртуальной графической измеритель­ной панели) цифрового виртуального осциллографа представлен на рисунке 8.3.

Виртуальный цифровой запоминающий осциллограф типа ЦЗО-01 предназначен для наблюдения, регистрации, долговре­менного хранения, анализа и измерения амплитудных и времен­ных параметров различных видов одиночных (импульсных), пе­риодических и случайных процессов.

Программный пакет «Осциллограф», заложенный в память пер­сонального компьютера или внешнюю память, осуществляет об­мен данными с платой сбора данных по готовности прибора к обработке. После выдачи плате специальной команды на сбор дан­ных программа ожидает от нее сообщения об окончании процеду­ры заполнения буферной памяти, встроенной в ПСД. Затем ана­лизируемые сигналы поступают в осциллограф (компьютер), их обработка и исследование полностью передаются процессору.

Работа с программными файлами с помощью компьютера поз­воляет документировать исследуемые (измеряемые) процессы, сравнивать сигналы с эталонными и отображать сигналы, создан­ные пользователем в его программах.

Упрощенно принцип действия платы сбора данных можно ус­ловно подразделить на два этапа:

1)	запись оцифрованных сигналов во внутреннюю буферную память ПСД (соответствует обратному ходу луча реального осцил­лографа);
2)	передача данных в виртуальный осциллограф, их обработка и вывод на экран (соответствует прямому ходу луча реального осциллографа).

Нетрудно понять, что режим «прямого хода луча» (интервал обновления изображения на экране) будет зависеть от объема памяти записывающего буфера ПСД, быстродействия процессора и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) компьютера и числа каналов осциллографа.

Несмотря на то, что исследуемые сигналы являются аналоговы­ми, изображение на виртуальном экране (дисплее компьютера) осциллографа формируется после аналого-цифрового преобразо­вания и поэтому является дискретным. Виртуальные кнопки, руч­ки, переключатели и другие элементы графического интерфейса практически не отличаются от реальных. Единственное и главное их отличие заключается в изменении положения ручек и переклю­чателей, которое осуществляется с помощью мыши (или клавиату­ры), а не ручки, как у реальных измерительных приборов.

К основным преимуществам виртуальных цифровых запоми­нающих осциллографов относятся:

•	яркий, хорошо сфокусированный экран на любой скорости развертки;
•	резко очерченные контуры изображения;

•	высокая точность измерений параметров сигналов или цепей;
•	широкая полоса пропускания;

•	возможность запоминания эпюры сигнала на произвольное время;
•	автоматическое измерение параметров сигналов;

•	предусмотрена статистическая обработка результатов измерения;
•	возможность подключения принтера и плоттера для создания отчета о результатах измерений;

•	сравнение текущих данных с образцовыми или предваритель­но записанными данными;
•	наличие средств самокалибровки и самодиагностики;

•	возможность исследования переходных процессов, протека­ющих в электрических цепях;
•	упрощенная архивация результатов измерений.

В данном осциллографе предусмотрена его синхронизация по комбинации сигналов от нескольких генераторов.

Виртуальные приборы имеют большое преимущество перед микропроцессорными измерительными приборами, поскольку пользователь получает доступ к обширным объемам прикладных программ, может использовать внешнюю память большой емкос­ти и различные устройства документирования результатов изме­рений. Сочетание платы сбора данных, измерительного устрой­ства и персонального компьютера предоставляет человеку новые возможности, недостижимые при использовании автономных из­мерительных приборов. Теперь для проведения эксперимента и измерений необходимо только наличие компьютера, а все осталь­ные программно-аппаратные средства подбираются, исходя из тех­нических требований самого проводимого эксперимента.

К преимуществам виртуальных приборов также относится их экономическая эффективность, так как практически любая плата сбора данных компьютерных программ обработки измерительной информации дешевле реального измерительного прибора.

Совершенно очевидно, что многие метрологические исследо­вательские задачи в XXI в. будут решаться с помощью виртуаль­ных приборов.

Дата добавления: 2014-01-20