Компьютерные измерительные системы.

В настоящее время сформировались новое направление в метрологии и радиоизмерительной технике – компьютерно-измерительные системы (КИС) – и их разновидности, или направление развития, – виртуальные измерительные приборы. КИС обязательно включает в себя компьютер, работающий в режиме реального масштаба времени – on-line.

Персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, но и как универсальные измерительные приборы. КИС на основе персонального компьютера заменяют стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы спектра, генераторы и пр.) системой виртуальных приборов. Причем ряд этих приборов может быть активизирован (воспроизведен) на одном персональном компьютере одновременно.

К отличительным особенностям и основным преимуществам КИС по сравнению с микропроцессорными приборами относятся:

• обширный фонд стандартных прикладных компьютерных программ, доступных для оператора, позволяющий решать широкий круг прикладных задач измерений (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 компьютерным сетям (например, сети Интернет);

• 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.

Структурная схема КИС. В самом общем случае КИС может быть построена двумя способами: с последовательной и параллельной архитектурой.

В КИС с последовательной архитектурой (ее иногда называют централизованной системой) части системы, преобразующие анализируемые сигналы, обрабатывают их 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 КИС с параллельной архитектурой содержится ряд параллельных каналов измерения, каждый из которых имеет собственные узлы преобразования анализируемых сигналов, и только процессор компьютера работает в режиме мультиплексирования (т.е. объединения сигналов). Подобный принцип построения КИС позволяет проводить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. В такой системе преобразование сигналов можно выполнять локально в месте расположения источника исследуемого сигнала, что позволяет передавать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме.

На рисунке 25.1 показана обобщенная структурная схема компьютерно-измерительной системы, 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, так и измерительная схема, состоящая из коммутатора АЦП и блока образцовых программно-управляемых мер напряжения и частоты.

Рисунок 25.1 – Обобщенная структурная схема компьютерно-измерительной системы

С помощью ЦАП можно вырабатывать управляющие аналоговые сигналы, интерфейсный модуль (ИМ) подключает измерительный прибор к магистрали приборного интерфейса. Контроллер устройства обеспечивает подачу аналоговых сигналов с внешних датчиков на узлы системы.

Достаточно простые узлы КИС можно разместить 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.