Модуля согласования может и не быть в составе ИИС, если сигналы совпадают

Путников Интегральная электроника в измерительных устройствах. Настоящее посвящено анализу возможностей применения аппаратных и программных средств фирмы National Instruments для обучения студентов направления «Приборостроение». Метод Прони и метод гармонического разложения Писаренко при определении параметров гармонического сигнала // Информационно- измерительная техника.

Подготовка современных инженеров высокой квалификации уже немыслима без знания основ автоматизации и контроля физических процессов на основе компьютерных технологий, измерений и обработки экспериментальных данных. Структурная схема лабораторной работы для формирования и исследования сигналов. Объектами внедрения лабораторного комплекса являются технические вузы, техникумы и училища, а именно кафедры, преподающие базовый инженерный курс «Детали машин и основы конструирования» и смежные с ним дисциплины «Основы проектирования машин», «Прикладная механика», «Динамика машин», «Экспериментальная механика» и др. Аппаратные и программные продукты фирмы National Instruments дают широкие возможности при построении виртуальных измерительных приборов, которые используются как на производстве, так и в учебном процессе.

Внедрение и развитие решения Описанные решения применяются на кафедре Информационно-измерительных систем и технологий Санкт-Петербургского электротехнического университета. На базе разработанных экспериментальных установок планируются их насыщение новыми объектами исследования, а отработанная схема измерений кинематических и силовых параметров будет использована при проектировании новых учебно-научных экспериментальных установок по мехатронике. Структура измерительного канала В процессе обучения необходимо показать возможности ИИС для улучшения метрологических характеристик ИК.

Таблица 1 - Элементная база ИИС №Наименование, модельПроизводительХарактеристика 1Плата АЦП/ЦАП PCI-6052ENational InstrumentsЧастота оцифровки сигнала: ЗЗЗкГц, разрешение 16бит, входной диапазон +-10В, 8 дифференциальных входных каналов, 2 выходных, 8 цифровых . Для их коррекции применяются два прецизионных резистора, значения которых выбираются на краях диапазона изменения сопротивления терморезистора. С помощью линий дискретного вывода можно осуществлять управление ключами, которые коммутируют на вход ИУ потенциальные выводы терморезистора и образцовых сопротивлений. В; модуль согласования пропорционально преобразует значение от 0.

Основная направленность -разработка измерительных систем для проведения научных исследований, мониторинга состояний технологических процессов, применение аппаратных и программных средств National Instruments. Рисунок 5 - Схема информационно-измерительной системы с использованием модулей удаленного ввода-вывода и датчиков со встроенным АЦП По результатам сравнительного анализа по трудоемкости и другим показателям были выявлены достоинства и недостатки обоих схем ИИС: 1. Рисунок 3 - Экспериментальная установка по исследованию роторно-опорных узлов Информационно-измерительная система ИИС включает в себя ПЭВМ с соответствующим программным обеспечением, плату сбора данных и набор первичных преобразователей таблица 1. Рисунок 6 - Схема реконфигурируемой ИИС на базе единой платы АЦП лабораторного комплекса по исследованию элементной базы машин 4. Методика измерения основных параметров на этих установках предполагает использование первичных преобразователей механического типа и ручной сбор информации. Программная часть измерительной системы содержит набор виртуальных приборов, обеспечивающих измерение основных характеристик исследуемого объекта.

Другим методом является алгоритм определения параметров сигнала, основанный на обработке собственных значений и собственных векторов матриц сигнала1. Реконфигурируемая ИИС на базе единой платы АЦП: + большая точность измерений за счет высокого быстродействия платы АЦП; + открытая архитектура ИИС для модернизации; + возможность сохранения данных на жесткий диск ЭВМ непосредственно с АЦП; + наличие свободных каналов АЦП для увеличения контролируемых параметров; + меньшие затраты на разработку программного обеспечения при использовании LabVIEW; + возможность переориентирования ИИС для решения научных задач; - высокая стоимость АЦП/ЦАП и модулей согласований.

В настоящее время разрабатывается новая версия программного обеспечения ИИС, учитывающая накопленный опыт. Часть лабораторного практикума посвящена непосредственно ознакомлению с методами цифровой обработки сигналов. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. Программное обеспечение - Nl LabVIEW 8. Таким образом, ставится задача - по временному ряду измеренных значений определить параметры, например, гармонического сигнала. Однако создание современных учебных лабораторий требует значительных финансовых затрат на приобретение оборудования и поддержание его в работоспособном состоянии, Выход заключается в создании информационно-измерительных систем ИИС для лабораторных практикумов.

Рисунок 1 - Экспериментальная установка по исследованию механических передач Возможности данной установки позволяют проводить измерения энергетических, силовых, и кинематических параметров основных видов механических передач, применяемых на практике. Рассмотрен опыт создания ИИС для лабораторных практикумов по электротехническим дисциплинам на базе технологии виртуальных инструментов ВИ фирмы National Instruments. Применение измерительно-вычислительных систем, построенных с использованием прецизионных аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, позволяет формировать значения напряжения с точностью, достаточной для исследования аналоговых СИ, однако, это лишь значения напряжения, а не значения физической величины. Построение централизованной системы сбора данных на базе АЦП рисунок 6 позволяет получить более гибкую и производительную ИИС, благодаря использованию отдельной платы АЦП, обладающей, как правило, гораздо более широкими возможностями, в сравнении с ИИС на основе удаленных модулей и цифровых датчиков; позволяя реконфигурировать себя для выполнения научно-исследовательских задач различного профиля и уровня сложности, при, самое главное, незначительной разности в цене. Экспериментальная установка по исследованию механических передач представляет собой модельный электромеханический привод, включающий в себя электродвигатель, ременную цепную передачу, муфту, зубчатый цилиндрический червячный редуктор и нагрузочное устройство колодочный или дисковый тормоз рисунок 1. Учебная лабораторная база большинства российских вузов для обучения общеинженерным дисциплинам «Прикладная механика», «Основы проектирования машин», «Детали машин и основы конструирования», «Экспериментальная механика» и др. Используемое оборудование и ПО При построении ИИС авторами были проанализированы два принципиально разных подхода к построению ИИС: 1 на базе платы аналого-цифрового АЦП и цифро-аналогового ЦАП преобразования; 2 на базе первичных преобразователей со встроенным АЦП. Но, несмотря на это, метод так же требует хороших знаний основ программирования. Поскольку для полного решения данной задачи нужен небольшой технологический процесс, приходится имитировать объект исследования с помощью модулей аналогового и дискретного вывода, а также функциональных генераторов.

Такая система представляет комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных работ на исследуемых объектах. Важной компонентой учебного процесса в техническом вузе является лабораторный практикум.

Цифровая обработка сигналов в LabVIEW. Реконфигурируемая ИИС на базе датчиков с цифровым выходом и удаленных модулей ввода: + открытая архитектура ИИС для модернизации; + возможность увеличения измерительных каналов за счет плат расширения СОМ портов для PCI слота; - сложность разработки программного обеспечения при согласовании различных протоколов передачи данных высокая стоимость; - ориентированность ИИС на медленно меняющиеся процессы из-за ограничений скорости цифровой передачи.

Передние панели виртуальных инструментов показаны на рисунке. В программной среде LabVIEW у студентов имеется возможность не только пользоваться встроенными узлами и функциями, но и создавать свои узлы, на основе которых возможно построение виртуальных приборов для обработки сигналов. Построение измерительных каналов с применением среды графического программирования LabVIEW: Методические указания к лабораторным работам / Сост. Набор виртуальных инструментов, образующих подсистему измерения, определяется характером изучаемых объектов.

Исследования

Продолжение справочного пособия