1. Введение

Информационные технологии позволяют эффективно сочетать традиционные и инновационные средства и формы обучения. Использование информационных технологий в учебном процессе предоставляют возможность организовать дистанционное обучение студентов по курсу "Методы и средства измерений", в котором лабораторные работы занимают весомое место. Учебная дисциплина, основанная на дистанционных формах и методах обучения, представляет собой специфический учебно-методический комплекс, включающий компьютерную, методическую и организационную составляющие единого учебного процесса. Отметим еще одну особенность дистанционного обучения - это шаг к индивидуальной форме обучения, которая является более эффективной, чем групповые занятия. Специфика измерений состоит в том, что результат измерения получают при экспериментальном исследовании объекта с использованием специальных технических средств, поэтому при создании дистанционного курса особое внимание уделяется лабораторному практикуму, без которого невозможно получить практические навыки и умения выполнения измерений. Несмотря на огромные возможности моделирования процесса измерения с помощью современных технологий, не следует полностью отказываться от традиционного выполнения лабораторных работ. Только разумное соотношение выполнения дистанционных и реальных работ позволит повысить уровень подготовки специалистов.

Простота, доступность, разнообразие функциональных возможностей пакета Nl LabVIEW [1] позволяют моделировать большинство процессов измерения. Пакет с успехом может быть использован для создания лабораторного практикума по курсу "Методы и средства измерений".

2. Результаты работы

Дисциплина "Методы и средства измерений" является одной из базовых в подготовке бакалавров, специалистов и магистров по специальности "Метрология и измерительная техника" кафедры «Информационно-измерительная техника» Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». По этой дисциплине начата разработка дистанционного обучения в среде Learning Space с использованием пакета Nl LabVIEW. При создании виртуальных средств измерений особое внимание уделялось требованию их адекватности физическим аналогам. Сохранялся внешний вид, идентичность органов управления, форма представления результатов и погрешность измерения, учитывалась случайная составляющая погрешности.

Созданию виртуальной лабораторной работы предшествует этап моделирования объекта измерения. Для лабораторного практикума по измерению магнитных величин этот этап имеет особое значение, т.к. поведение материала в

магнитном поле плохо описывается математическим аппаратом. Поэтому перед созданием макета были проведены реальные испытания образцов. Эти испытания позволили получить базу данных, которая использовалась для семи лабораторных работ по измерению магнитных величин:

• испытание магнитомягких материалов импульсно-индукционным методом на постоянном токе;

• поверка цифрового веберметра;

• испытание магнитомягких материалов на переменном токе;

• определение характеристик магнитомягких материалов с использованием компенсатора переменного тока;

• испытание магнитомягких материалов с использованием мостовых схем;

• испытание магнитомягких материалов с использованием осциллографа;

• статистические методы измерения потерь на перемагничивание магнитомягких материалов.

В качестве примера рассмотрим лабораторную работу "Испытание магнитомягких материалов импульсно-индукционным методом на постоянном токе".

При разработке виртуального макета для исследования свойств магнитомягких материалов использовались исключительно стандартные компоненты и функции LabVIEW. Особенно хотелось бы отметить элементы управления, находящиеся в группе Classic (классические), поскольку они позволяют придать виртуальным приборам, максимальное внешнее сходство с реальными приборами. Именно эти элементы и составили основу пользовательского интерфейса лабораторного макета. Внешний вид передней панели представлен на рисунке 1.

Рисунок 1

В работе предусмотрено два опыта:

• определение основной кривой намагничивания (ОКН), рисунок 2 а;

• определение частной петли магнитного гистерезисного цикла (ЧПМГЦ),

рисунок 2 6.

а

б

Рисунок 2

По каждому опыту было составлено 25 вариантов заданий, с использованием трех разных образцов (рисунок 3).

Рисунок 3

Использование данных, полученные при работе с реальными образцами материалов, позволило еще больше приблизить виртуальные исследования к реальным испытаниям. В результат измерения, выводимый на индикатор микровеберметра, внесена случайная составляющая погрешности с равномерным законом распределения, которая не превышает предела допустимой погрешности микровеберметра. Порядок выполнения лабораторной работы строго контролируется программой. Например, при определении ОКН нельзя возвращаться от больших значений напряженности к меньшим значениям, поскольку в реальных условиях это привело бы к искажению информации о результатах эксперимента. При определении ЧПМГЦ важно выполнить последовательность работы с коммутирующими устройствами. Программа отслеживает действия студента и, в случае необходимости, выдает сообщение об ошибке.

Помимо определения ОКН и ЧПМГЦ, в макете предусмотрена возможность определения следующих зависимостей и параметров магнитомягких материалов:

• зависимость абсолютной магнитной проницаемости от напряженности;

• зависимость относительной магнитной проницаемости от напряженности;

• оценка коэрцитивной силы и остаточной индукции.

В связи с тем, что при исследовании магнитных свойств материалов необходимо использование большого количества устройств (микровеберметр, два амперметра, резистивные элементы, ключи), выполнение работы требует от обучающегося четкого следования заданному алгоритму и' понимания сути процесса. Для облегчения проведения опытов в правом нижнем углу макета расположено информационное окно, в котором отображается порядок выполнения текущей задачи (рисунок 4).

Рисунок 4

В этом же окне студент получает исходные данные для выбранного варианта и информацию о технических характеристиках приборов и образца (см. рисунок 5).

Рисунок 5

При правильной работе с приборами и манипуляции с переключателями в определенные моменты времени на 2-3 секунды загорается зеленый индикатор, после чего можно продолжать выполнение опыта. В методических указаниях к работе четко определены этапы, после которых включается зеленый индикатор. Если же что-то было сделано не так - придется повторить все действия с начала этапа и только потом продолжить исследование.

3. Оборудование

• для разработки лабораторного практикума использовался пакет LabVIEW 8.0;

• лабораторный практикум выполнен в обучающей среде Learning Space с использованием пакета NI LabVIEW.

4. Преимущества технологии National Instruments

Выбор LabVIEW для создания лабораторного практикума не случаен. Здесь в полной мере реализуются основные преимущества этой среды - эффективность и простота. Особенно привлекательным является возможность создания независимо исполняемых ехе-программ, что особенно важно при большем количестве студентов. Качественная подготовка бакалавров и магистров в области метрологии невозможна без ознакомления с методикой и средствами измерения, необходимые для проведения поверочных работ, при которых используется, как правило, дорогостоящее оборудование. Пакет LabVIEW позволяет моделировать сложные поверочные работы с имитацией всех функциональных возможностей поверочных установок без денежных затрат на приобретение приборов.

Особенно эффективно применение LabVIEW в научно-исследовательской работе студентов.

Литература

1. LabVIEW для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин НА - М.:ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. - 544с: ил.