Рис. 6. Результаты работы осциллографа
Преимущества виртуальных приборов
Виртуальные приборы (ВП) представляют собой программную реализацию измерительных алгоритмов путем цифровой обработки первичных параметров исследуемых сигналов. Они получают широкое распространение для многих видов измерений благодаря более высокой точности, программируемости, простой конструкции и относительно низкой стоимости. Основные преимущества ВП:
1. Расширение функциональных возможностей приборов за счет реализации нескольких измерительных алгоритмов.
2. Повышение точности прямых, косвенных, совместных и совокупных измерений за счет выполнения вычислительных операций.
3. Обработка и представление данных в требуемом формате с получением информации о погрешностях и статистических характеристиках измеряемых величин: математического ожидания и среднеквадратического отклонения (СКО).
4. Уменьшение габаритных размеров и потребляемой мощности многоканальных измерительных систем и комплексов за счет многофункциональности ВП.
5. Повышение надежности за счет уменьшения аналоговой части ВП, а также снижения количества паяных и разъемных соединений.
6. Сокращение продолжительности разработки и модернизации ВП за счет перепрограммирования устройства управления и вычисления.
7. Упрощенная интеграция ВП в состав измерительной системы или комплекса, содержащего ПК.
8. Возможность динамических измерений и измерений в режиме реального времени.
В работе виртуальных приборов используются самые различные методы цифровой обработки и представления данных, в том числе преобразования Фурье и Гильберта, цифровая фильтрация, аналитический аппарат описания сигналов и шумов, численные методы решения задач и систем уравнений, методы математической статистики и теории вероятности и др. Применение методов цифровой обработки сигналов (ЦОС) существенно снижает требования к аппаратной части, упрощает и удешевляет ее. Например, с целью повышения быстродействия и точности могут использоваться алгоритмы косвенных измерений по формулам и процедурам, недоступным для автономных приборов, но легко реализуемых в вычислительных приборах. При этом может значительно расширяться база рабочих алгоритмов. [9]
Наличие в составе ВП вычислительного устройства или ПК позволяет уменьшить систематическую и случайную составляющие погрешности. Систематическая составляющая может быть уменьшена путем автокалибровки - минимизируется аддитивная и мультипликативная составляющие систематической погрешности. Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено реализацией процедуры многократных измерений. Фактически, имея двухканальный АЦП, сделав по одной выборке в каждом канале, можно рассчитать совокупность параметров сигналов и устройств: уровни и частоты сигналов, фазовые сдвиги, спектры, комплексные коэффициенты передачи, нелинейные искажения, задержку и др.
Заключение
Достижения в области аппаратного и программного обеспечения компьютеров позволяют инженерам разрабатывать свои собственные приборы с учетом конкретных требований и более эффективно, творчески и свободно их применять.
В последние годы измерение и анализ с использованием приборов на базе компьютеров стали значительно проще. Применение виртуальных устройств продолжает расширяться. Развитие и усовершенствование компьютерной технологии делают эту концепцию более простой и популярной.
Виртуальные приборы создаются с помощью программных средств, что предоставляет практически неограниченные возможности для настройки интерфейса, эмулирующего панели управления традиционных приборов или для визуального представления операций управления процессом.
Времена, когда измерительные системы состояли из множества приборов и занимали целые лаборатории, уходят в прошлое. Мощность и доступность современных компьютеров позволяют использовать их для реализации алгоритмов, заложенных в традиционных приборах. Таким образом, роль измерительного устройства сводится к оцифровке сигналов, а их обработка и вывод результатов на экран осуществляется программными средствами:
Поскольку функциональные характеристики системы, построенной на базе виртуальных приборов, определяются программным обеспечением, простая плата АЦП/ЦАП может быть одновременно и вольтметром, и осциллографом, и генератором, и тензометром и каким угодно другим прибором, экономя рабочее пространство и средства пользователя.
Список литературы
1. Поздняков. ? М.: Радиотехника, 2016. ? 208 с. - ISBN 5-93108-066-X.
2. Поздняков, А. Д. Автоматизация экспериментальных радиофизических исследований: практикум / А. Д. Поздняков. - Владимир: Издво ВлГУ, 2016. ? 128 с. - ISBN 5-89368-474-5.
3. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов / А. Б. Сергиенко. ? СПб. Питер, 2015. ? 604 с. - ISBN 5-318-00666-3.
4. Степанов, А. В. Методы компьютерной обработки сигналов и систем радиосвязи / А. В. Степанов, С. А. Матвеев. - М.: СОЛОНПресc, 2013. - 208 с. - ISBN 5-98003-031-X.
5. Бутырин, П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 (30 лекций) / П.А. Бутырин. - М.: Книга по Требованию, 2015. - 265 c.
6. Автоматизация физических исследований и эксперимента. Компьютерные измерения и виртуальные приборы - М.: ДМК Пресс, 2014. - 266 c.
7. Гилд Х., Тобочник Я. Визуальные приборы. Ч. 1, 2. М.: Мир, 2017.
8. Хлистунов В.Н. Цифровые электроизмерительные приборы. - М.: Энергия, 2016 - 245 с.
9. Алексеев В. В. Виртуальные средства измерений // Приборы, 2017. № 6 (108). С. 1-7.