1.6 Проведение натурного эксперимента с использованием современных средств исследований

Проведение натурного эксперимента с использованием современных средств эксперимента, связано с использованием вычислительной техники.

Целью натурного эксперимента является получение необходимого объема данных за минимальное время. Как показывает опыт, например, проведение исследований по измерению параметров качества потребления электроэнергии реальным МГД перемешивателем, требует получение и обработки 1 гигабайта информации в час. Этот объем информации настолько велик, что в этом объеме умещается 50 полномасштабных книг.

Для достижения поставленной цели, необходимо, чтобы средства натурного эксперимента обладали определенными свойствами:

• Наличием необходимых средств автоматизации эксперимента с широкой номенклатурой датчиков для измерения различных физических величин;

• Высокой производительностью ввода информации в компьютер;

• Высокой производительностью обработки информации в компьютере;

• Широкими возможностями представления графической информации;

• Сетевой связью с другими компьютерами;

• Автоматическим предоставлением необходимых протоколов, отчетов и графиков.

1.6.1 Технические средства проведения натурного эксперимента

1.6.1.1 Общая характеристика технических средств

На рынке компьютерных средств автоматизации процессов измерения физических величин существует большое количество фирм. Фирмы специализируются на определенных направлениях применения своей продукции. Каждое направление имеет своих лидеров. Например, в области автоматизации измерительной техники и измерительных приборов выделяется фирма HEWLET PACKARD. В области автоматизации технологических процессов (АСУ ТП) одним из лидеров является фирма SIMENS. В области автоматизации научного эксперимента также имеется свой лидер, это фирмы National Instruments (NI). Одним из наиболее ярких проектов, которые реализованы с помощью средств NI, является программа Шатл.

Лидеров автоматизации на рынке отличает признание и поддержка ее продуктов другими производителями. Например, большинство измерительных приборов, которые совместимы с компьютерами, снабжаются программными драйверами для средств разработки программного обеспечения LabVIEW от NI. В свою очередь в своих разработках NI разработала программные драйверы для продукции большинства наиболее известных фирм.

1.6.1.2 Технические средства от фирмы National Instruments

Номенклатура технических средств автоматизации от NI перекрывает все категории применения, от, лабораторных, до индустриальных систем. Эта номенклатура рассчитана на гибкое изменение и развитие состава измерительной системы, в отличие от чисто индустриальных систем, например, от фирмы Siemens.

Платформа National Instruments позволяет автоматизировать процессы измерений, обработки сигналов, отображения и архивирования результатов экспериментов, интерактивного генерирования отчетов, управления технологическими процессами на базе персонального компьютера. Сейчас в России персональные компьютеры применяются в обучении очень широко, но в основном используются программы, помогающие делать математические вычисления, формировать отчеты, работать с моделями. Платформа National Instruments позволяет превратить персональный компьютер не просто в мощный вычислитель, но, самое главное, в измерительный прибор.

Рис. 1.9 – Измерительный прибор на базе компьютера

В компьютер встраивается измерительная карта (например мультиметр, осциллограф, генератор сигналов, плата видеозахвата и т.д.) или/и интерфейсная плата для подключения автономных приборов GPIB – КОП, RS 232/422/2485/, USB, Ethernet и т.д.

Если для подключения датчиков или других источников сигнала требуется предварительное согласование сигнала (усиление/ослабление, фильтрация, коммутация, компенсация длинных сигнальных линий), то используются модули согласования сигналов (SCXI, SCC, FieldPoint). Если для работы датчика требуется подать на него ток или напряжение, то есть модули согласования сигналов со встроенными источниками тока, напряжения.

После согласования сигнал оцифровывается измерительной картой и далее при помощи программного обеспечения (LabVIEW, LabWidows/CVI, Measurement Studio for C/C++/VisualBasic, VI Logger) ведется обработка и анализ сигналов, отображение результатов, генерация отчетов (Diadem), архивирование (электронные таблицы, бинарные файлы, базы данных, Citadel). Рабочие параметры как для модулей согласования сигналов, измерительных карт, так и для автономных приборов также могут быть заданы программно (например, задание коэффициента усиления, частоты дискретизации и т.д.). Изготовитель прибора закладывает в него базовую функциональность, пользователь может при помощи программного обеспечения настроить/модифицировать прибор именно под свою задачу. Так как функциональность и лицевая панель прибора на базе персонального компьютера может быть определена пользователем, то такой прибор принято называть Виртуальным Прибором (ВП).