1.2. Устройства непосредственной регистрации данных (датчики) электрических величин

 

Большинство измеряемых сигналов является аналоговыми, которые непрерывно изменяются со временем. Как правило, такие сигналы соответствуют изменению температуры, давления и т. д. Большинство измерений требует датчик, который преобразовывает физическое явление в электрический сигнал, изменение которого пропорционально изменению первичного (измеряемого) параметра. Далее необходимо этот аналоговый электрический сигнал преобразовать в цифровой, который понятен компьютеру.

Прежде чем машинная система сможет измерить величину любого физического сигнала, этот сигнал сначала должен быть преобразован в электрический. Поэтому основной функцией устройств непосредственной регистрации физических данных, или датчиков является измерение соответствующей величины и преобразования его в электрический сигнал. В отличие от измерения данных, сигнал, который попадает в компьютер, в конечном счете, не имеет размерности.

В зависимости от поставленной перед разработчиком задачи в настоящее время есть возможность широкого выбора типов датчиков электрических величин. На современном рынке одним из приоритетных направлений в развитии регистраторов аналоговых сигналов является использование эффекта Холла для измерения электрических величин (тока или напряжения). Для выполнения лабораторных работ при построении измерительных систем будем использовать датчики, основанные на этом принципе работы, производства компании LEM (Швейцария). Основные типы датчиков с применением эффекта Холла представлены на рисунке 3.

Рисунок 3- Классификация датчиков LEM

 

Выбор того или иного типа датчика связан с необходимыми для измерения техническими параметрами регистратора (частотные характеристики, точность измерения), условиями его эксплуатации (механические, магнитные, температурные и др. воздействия), стоимостного аспекта, а также его надежности при отклонении параметров измеряемого сигнала от номинальных.

Эффект Холла. Эффекта Холла был обнаружен в 1879 г. американским физиком Эдвином Гербертом Холлом. Эффект Холла вызывается силой Лоренца, которая действует на подвижные носители электрических зарядов в проводнике, когда на них действует магнитное поле перпендикулярно направлению тока.

В качестве примера рассмотрим тонкую пластину полупроводника, которая пересекается током управления l_упр (Рисунок 4).

Рисунок 4- Схема генератора Холла

Магнитный поток В создает силу Лоренца F_П, которая направлена перпендикулярно направлению тока. Это ведет к изменению числа носителей зарядов на обоих концах пластины, и создает разницу потенциалов, называемую напряжением Холла u_х.

Величина этого напряжения определяется следующим образом:

, (1)

где К – постоянная Холла для материала, d – толщина пластины применяемого проводника

Устройство, представленное на рисунке 4 получило название генератора Холла. Генераторы Холла обладают определенной зависимостью чувствительности и начального выходного напряжения от температуры, тем не менее эта зависимость может быть значительно компенсирована электронной схемой датчика тока.

Датчики прямого усиления, основанные на эффекте Холла. В основе принципа действия датчиков прямого усиления лежит эффект Холла. Магнитная индукция В и напряжение Холла, создаются измеряемым первичным током l_р, который необходимо преобразовать в выходной ток датчика. Ток управления подается с помощью стабилизированного источника тока (см.рисунок 5).

 

Рисунок 5-Принцип работы датчика прямого усиления

 

В пределах линейной области цикла гистерезиса магнитная индукция В пропорциональна l_р. То есть напряжение Холла определяется из выражения

, (2)

где а – коэффициент пропорциональности между величиной магнитной индукции и первичным током датчика. Все составляющие уравнения [2] за исключением l_р постоянны, следовательно, напряжение Холла прямо пропорционально протекающему по первичной обмотке току

. (3)

Измеряемый сигнал напряжения Холла U_х усиливается и получаемое на выходе датчика напряжение или ток используется для дальнейшей обработки. Максимальный уровень выходного напряжения зависит от напряжения питания операционного усилителя.

Датчики прямого усиления способны измерять постоянный, переменный токи, токи других форм с гальванической изоляцией. Они отличаются низкой потребляемой мощностью и уменьшенными геометрическими размерами, а также относительно небольшим весом, в особенности для диапазона больших токов. Они обеспечивают отсутствие внутренних потерь в измеряемой цепи и особенно устойчивы к перегрузкам.

Недостатком датчиков прямого усиления является то, что в зависимости от материала используемого сердечника, из-за остаточной намагниченности, которая вызывает смещение выходного сигнала, погрешность измерения возрастает. Величина смещения выходного сигнала зависит от уровня намагниченности сердечника. Смещение максимально при насыщении сердечника, которое может произойти в случае перегрузки большими токами.

Датчики компенсационного типа, основанные на эффекте Холла. Датчики компенсационного типа (датчики со 100 %-й обратной связью или датчики с нулевым потоком) имеют встроенную компенсационную цепь, с помощью которой характеристики датчиков, использующих эффект Холла, могут быть существенно улучшены.

Принцип действия такого датчика показан на рисунке 6. В то время как датчики прямого усиления дают выход напряжения U_вых, пропорциональный увеличенному напряжению Холла U_х, компенсационные датчики обеспечивают выходной ток, пропорциональный напряжению Холла, который действует как сигнал обратной связи, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое первичным током l_р, с помощью магнитного поля В_s, создаваемого выходным током l_s.

Рисунок 6- Принцип действия датчика со 100 %-й обратной связью

 

Для генерирования аналогичного магнитного потока (ампер-витков) на магнитный сердечник намотана катушка с числом витков N_s так, чтобы МДС этих катушек были равны между собой

. (4)

Следовательно, индукция В_s эквивалентна В_р и их соответствующие ампер-витки компенсируют друг друга. Таким образом, система действует при нулевом магнитном потоке в сердечнике.

Как только l_р примет положительное значение, в сквозном отверстии магнитного сердечника возникает индукция В_р, создавая напряжение Холла U_х. Это напряжение преобразовывается в ток с помощью генератора тока, каскад усилителя которого обеспечивает протекание тока через вторичную обмотку. Таким образом, создается поле с величиной индукции В_s, которая компенсирует поле с величиной индукции В_р.

Применение такой конструкции датчика позволяет измерять токи и напряжения с точностью около 1 % от измеряемой величины. Эти датчики особенно хорошо подходят к промышленному применению, когда требуется высокая точность и широкий частотный диапазон.

Основным недостатком этой технологии является потребление мощности на компенсацию тока. Кроме того, для диапазона высоких токов эти датчики более дорогие и имеют большие габариты по сравнению с аналогичными датчиками прямого усиления.

Действуя практически при нулевом потоке (на практике существуют рассеянные магнитные потоки), эти датчики имеют отличную линейность в области, лежащей выше номинального диапазона преобразования. Последнии определяется мощностью источника питания для обеспечения вторичного (выходного) тока, принимая во внимание падение напряжения в датчике и на резисторе нагрузки.

На выходе датчик обеспечивает вторичный ток, который является током обратной связи. Этот ток может быть преобразован в напряжение с помощью нагрузочного сопротивления. Значение нагрузочного сопротивления должно находиться в пределах между сопротивлением R_min, определяемого по допустимой мощности рассеяния электронных компонентов схемы, и сопротивлением R_max, определяемого для избежания электрического насыщения цепи.

Стоит отметить, что когда ток l_р значительно превышает номинальное значение, и ампер-витки больше не могут компенсироваться вторичной выходной цепью, магнитная индукция В отклоняется от нуля и начинается цикл гистерезиса. Сердечник намагничивается, и генератор Холла вырабатывает некоторое напряжение U_х даже для величины l_р = 0.

Тот же эффект может быть достигнут при отсутствии одного из двух напряжений питания. В этом случае электронная схема не способна обеспечить достаточную компенсацию тока и сердечник начинает намагничиваться. Это явление устраняется путем размагничивания магнитного сердечника переменным током, постепенно снижаемым до нуля, при этом необходимо предварительное отключение источников питания или выходной цепи датчика.

Большинство датчиков могут использовать однополярное напряжение для преобразования однонаправленных токов. В этом случае во внимание должно быть принято следующее:

1) напряжение питания – это сумма положительных и отрицательных напряжений, указанных в Техническом паспорте;

2) нагрузочное сопротивление должно быть рассчитано таким образом, чтобы не допустить превышения рассеиваемой мощности в выходном каскаде датчика. В первом приближении не требуется дополнительных расчетов, если первичный ток не превышает половины номинального первичного тока для конкретного типа датчика;

3) так как усилитель датчика разработан для двуполярного источника питания, а используется с однополярным, в измерительную цепь должны быть встроены диоды, как показано на рисунке 7. Это позволит компенсировать остаточное напряжение через неиспользуемый выходной транзистор.

Рисунок 7- Применение однополярного напряжения для питания датчиков

 

Датчики напряжения, основанные на эффекте Холла, работают на тех же принципах, что и датчики тока. Практически они собраны на основе датчиков тока, а главное отличие состоит в первичной цепи, катушка которой изготовлена с большим количеством витков.

Это позволяет создать необходимое количество ампер-витков для создания первичной индукции, и таким образом при минимальном значении первичного тока, обеспечивается небольшое потребление из входной цепи, т. е. цепи преобразуемого напряжения.

Поэтому для измерения напряжения достаточно обеспечить первичный ток, эквивалентный этому напряжению, который и будет преобразовывать датчик. Это достигается с помощью резистора, последовательно соединенного с первичной обмоткой. Это резистор может быть внешним или встроенным в корпус датчик.

В датчиках напряжения с внешним резистором используется тот же принцип работы, что и в датчике тока, описанном ранее, для определения значений напряжения и нагрузочного резистора подходят аналогичные правила. Дополнительно должно быть рассчитано значение внешнего резистора R.

В датчиках напряжения со встроенным резистором в качестве входного резистора R установлен резистор с расчетной мощностью рассеивания при номинальном напряжении и собственной погрешностью, идентичной погрешности датчиков. Встроенный входной резистор, выбранный в соответствии с номинальным входным напряжением – преимущество этих датчиков. Однако их измерительный диапазон ограничен полуторным увеличением номинального значения.

Датчики напряжения с встроенным резистором R работают аналогично датчикам с внешним резистором.

Компенсационные датчики типа С. С помощью компенсационных датчиков можно контролировать токи, дифференциальные токи и напряжения. Эти высокоточные датчики с широким диапазоном имеют очень малый температурный дрейф. В датчиках используется отличная от других система компенсации ампер-витков и встроенный электронно-управляемый генератор.

В датчики типа С встроены два сердечника Т1 и Т2, сделанные из магнитомягкого материала (см. рисунок 8), каждый из которых имеет двухсекционную вторичную катушку с равным количеством витков N_s.

Первичная катушка N_р является общей на два сердечника.

Рисунок 8- Принцип действия датчика типа С

 

Две вторичные катушки связаны последовательно. Генератор сигналов прямоугольной формы управляемой частоты подает компенсационный ток на вторичную катушку сердечника Т1, куда поступает и ток намагничивания l_μ.Общая для двух вторичных обмоток точка связана с выходом активного фильтра, который поглощает ток намагничивания l_μ сердечника Т1. Ток l_μ возникает в цепи (меняя полярность напряжения, управляющего генератором прямоугольных импульсов) сразу, как только появляется насыщение сердечника.

Полученная кривая гистерезиса симметрична и упомянутое число вторичных ампер-витков точно соответствует числу первичных ампер-витков

. (6)

Так как ток намагничивания поглощается фильтром, то ток, находящийся в Т2 – вторичный ток l_s, без наложения пульсаций. Выходной ток будет:

. (7)

Далее он преобразуется в выходное напряжение U_м с помощью преобразователя тока в напряжение. Электронная цепь датчика разработана таким образом, чтобы автоматически компенсировать смещение выходного сигнала усилителя и просадку напряжения в пределах широкого температурного диапазона, исключая необходимость регулирования.

Датчики тока серии СТ могут преобразовывать ток с точностью до 0,1 % в широком частотном диапазоне (0…500 кГц).

Датчики серии СD преобразовывают дифференциальные токи. Они способны контролировать разницу между двумя первичными токами, протекающими в противоположных направлениях в главном проводнике. Значение преобразуемого дифференциального тока может быть в 1000 раз меньше, чем значение основного тока в каждом первичном проводнике. Точность преобразования составляет 5–10 % в пределах определенного рабочего температурного диапазона.

Датчики напряжения CV могут преобразовывать напряжение до 7000 В с точностью 0,2 % и частотным диапазоном от 0 до 700 кГц.

Компенсационные датчики, тип IT. Система датчика состоит из измерительной головки, управляемой электронным модулем. Схема датчика представлена на Рисунок 9. Проводник, в котором измеряется ток l_р, проходит через центральное отверстие в измерительной головке датчика.

Рисунок 9- Принцип действия датчика типа IT

 

Используя принцип нулевого потока, первичные ампер-витки компенсируются вторичными ампер-витками (вторичный ток l_c). Этот ток выбирается таким образом, чтобы преобразование могло быть произведено с использованием малого резистора.

При протекании первичного тока усилитель управляет выходным током таким образом, что вторичные ампер-витки полностью компенсируют первичные. Расширение частотного диапазона в области высоких частот обеспечивается с помощью сведения усилителем к нулю индуцированного сигнала на обмотке обратной связи. Для постоянного тока и переменного тока низкой частоты соответствующий сигнал на усилителе формируется детектором нулевого потока.

Когда первичные и вторичные ампер-витки компенсируют друг друга, магнитный поток в системе равен нулю. Генератор сигнала прямоугольной формы вводит в насыщение два одинаковых сердечника, расположенных в главном сердечнике, что создает практически идентичные токи. На результирующей обмотке с заземленной средней точкой два тока компенсируют друг друга, результатом чего является нулевой выход.

Два сердечника установлены таким образом, что они обеспечивают нулевой поток в главном (основном) сердечнике. Благодаря этому минимизируются помехи, наводимые обратной связью в первичную цепь.

Если в главном сердечнике поток не является нулевым, сердечники входят в насыщение несимметрично. Два тока будут асимметричными, что вызывает появление двух асимметричных токов, имеющих разные частотные гармоники. Благодаря соединению один сердечник буде входить в насыщение глубже, и одновременно, другой сердечник будет менее насыщен. На выходе результирующей обмотки возникнет сигнал, суммирующий несимметричные сигналы от обоих сердечников.

В идеальном случае, выходной сигнал преобразователя будет содержать только гармоники управляющего сигнала. Аналоговый переключатель, работающий с удвоенной частотой управляющего сигнала, используется для синхронизации двухполупериодного выпрямителя. Выходной сигнал поступает на усилитель, проходя через фильтр высоких частот.

Особенностью датчиков такого типа является то, что для избежания повреждений из-за ошибочной полярности напряжения источника питания в каждую линию источника питания (положительную и отрицательную) вмонтированы диоды.

 

1.3. Устройства сопряжения

 

Для передачи измеренного аналогового сигнала в ЭВМ и обработки его средствами LabVIEW необходимо выполнить его преобразование в дискретный сигнал (оцифровку). Это действие осуществляется с помощью аналого-цифровых преобразователей. Получение данных для обработки их в ЭВМ производится по схеме, в которой периферийное устройство подключается к компьютеру через устройство сопряжения. Данные обрабатываются программными средствами. Само устройство сопряжения подключается к компьютеру тремя путями, соответствующими его базовой конфигурации – через системную магистраль, через параллельный интерфейс или через последовательный интерфейс.

Если устройство ориентировано на системную магистраль, его еще называют платой (картой) расширения. Но цель у него остается одна – сопряжение компьютера с каким-то внешним устройством, прибором, установкой, комплексом, процессом и т. д.

Каждый из трех указанных методов подключения имеет свои преимуще­ства и недостатки. Выбор одного из них – важный шаг в самом начале процесса проектирования устройства сопряжения. В таблице 1 приведено сравнение трех методов подключения по семи параметрам, которые надо учитывать при выборе того или иного устройства.

Системная магистраль обеспечивает большую скорость обмена. При этом не требуется ни отдельного конструкторского решения (плата устройство согласования устанавливается в корпусе компьютера), ни дополнительного источника питания (используется тот, который есть в компьютере). В то же время одноплатное исполнение ограничивает сложность устройства сопряжения, а соседство с быстродействующими и мощными цифровыми узлами компьютера приводит к высокому уровню электромагнитных помех и наводок по цепям питания.

Таблица 1-Сравнение методов подключения устройств сопряжения

 

Параметр	Методы подключения
	Системная магистраль	Параллельный интерфейс	Последовательный интерфейс
Скорость обмена	высокая	средняя	низкая
Допустимая сложность сети	От малой до средней	Любая	Любая
Внешний источник питания	Не нужен	Нужен	Нужен
Формат и разрядность данных	Параллельный (8 или 16 разрядов)	Параллельный (8 разрядов)	Последовательный
Количество подключенных устройств сопряжения	Более 1	1	1

Существует два варианта подключения УС (устройство сопряжения) к ЭВМ: устройство постоянно находится в компьютере либо устройство сопряжения является внешним. С ним можно формировать измерительные системы, используя компьютеры без сменных слотов, например, ноутбук.

Компьютер и внешний модуль также могут связываться через различные шины типа параллельного или последовательного порта.

Выбор параллельного или последовательного интерфейса позволяет расположить устройство сопряжения любой сложности на большом расстоянии от компьютера. Но при этом достигается гораздо меньшая скорость обмена, а также требуется конструктивно внешнее выполнение устройства и дополнительный источник питания, что существенно увеличивает стоимость системы. Немаловажно и то, что через эти интерфейсы можно подключить только одно устройство сопряжения.

Компанией National Instruments предлагается широкий спектр устройств сопряжения (см.рисунок 10), включающих в себя функциональность аналогового и цифрового ввода/вывода, счетчика/таймера и т.д. В области использования последовательного интерфейса основное внимание уделено устройствам сбора данных, подключаемым по USB (Universal Serial Bus), которое позволяет значительно повысить скорость передачи данных. Существуют разработки, посвященные наиболее популярной шине для автоматизированных систем – каналу общего пользования IEEE 488 (GPIB). Также для связи приборов и управления ими применяются соединения на базе последовательных каналов связи и современных компьютерных шин, таких как Ethernet, PCI, и IEEE 1394.

а	б
в	г

Рисунок 10- Устройства согласования сигналов National Instruments:

а – мно­го­функциональные платы сбора данных М серии;

б – реконфигурируемая контрольно-измерительная система CompactRIO;

в – портативный прибор сбора данных USB 6009;

г – модульная система согласования сигналов SCXI

 

При построении системы обработки измерений на основе LabVIEW от разработчика требуется знание основ цифровой обработки информации, таких как знание, с какой частотой опрашивать датчик, какова точность представления числа после аналого-цифровой обработки и т. д.

Исходный физический сигнал представлен непрерывной функцией времени. Последовательность чисел, которая представляет сигнал во времени при цифровой обработке, является дискретным рядом и не может абсолютно полно соответствовать аналоговому сигналу. Числа последовательности являются значениями сигнала в дискретные моменты времени и называются отсчетами сигнала (samples). Как правило, эти отсчеты берутся через равные промежутки времени, которые называются периодом дискретизации (sample time). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частотой дискретизации (sampling frequency).

Конечно, представление сигнала набором дискретных отсчетов приводит к потере информации. Однако существует целый класс аналоговых сигналов, для которых такой потери информации нет, и которые могут быть точно восстановлены по своим значениям дискретных отсчетов. Процесс преобразования аналогового сигнала в последовательность отсчетов называется дискретизацией. Все отсчеты, проведенные при дискретизации, должны быть представлены в виде числовых отсчетов, т. е. необходимо квантование этих отсчетов. Сигнал дискретный во времени, но не квантованный по уровню, называется дискретным сигналом, а после проведения квантования по уровню дискретный сигнал становится цифровым (digital).

Гармонический сигнал может быть представлен дискретными отсчетами, если частота этого сигнала не превышает половины частоты дискретизации, которая носит название частоты Найквиста. Если частота гармонического сигнала меньше частоты Найквиста, то дискретные отсчеты позволяют правильно восстановить аналоговый сигнал. Если частота гармонического сигнала больше частоты Найквиста, то восстановленный по дискретным отсчетам аналоговый сигнал будет тоже гармоническим, но с иной частотой. Подобный эффект носит название появления ложных частот (aliasing) и не допустим в системах обработки.

Если сигнал не гармонический, а сложный, то можно использовать теорему Котельникова (иногда эту теорему называют теоремой Найквиста или теоремой дискретизации):

любой сигнал, спектр которого не содержит составляющих с частотами выше некоторого значения f_в (высшая частота в спектре сигнала), может быть без потерь информации представлен дискретными отсчетами, взятыми с интервалом Т, который удовлетворяет неравенству

. (8)

Все вычислительные устройства, которые предназначены для обработки сигнала в компьютера, работают только с цифровыми сигналами.

Обобщенная схема системы цифровой обработки сигналов может иметь следующий вид (см. рисунок 11).

 

Рисунок 11- Обобщенная схема системы цифровой обработки сигналов

 

На вход этой системы поступает аналоговый сигнал, временная дискретизация и квантование по уровню происходит в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Выходным сигналом АЦП будет последовательность чисел, которые поступают в цифровой процессор (ЦП). Он производит необходимую обработку сигнала в цифровой форме. Аналоговый выходной сигнал восстанавливается по этой последовательности чисел с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). При необходимости это ступенчатое напряжение может быть преобразовано в плавный сигнал за счет использования сглаживающего фильтра.

 

2. Введение в среду разработки виртуальных приборов LabVIEW

 2.1. Виртуальные приборы

 

Программа, написанная в среде LabVIEW, называется виртуальным прибором (ВП). ВП симулируют реальные физические приборы, например, осциллограф или мультиметр. LabVIEW содержит полный набор инструментов для сбора, анализа, представления и хранения данных.

В LabVIEW интерфейс пользователя – лицевая панель создается с помощью элементов управления (кнопки, переключатели и др.) и отображения (графики, светодиоды и др.). После этого на блок-диаграмме ВП осуществляется программирование с использованием графических представлений функций для управления объектами на лицевой панели.

LabVIEW используется для программирования различных DAQ-уст­ройств, систем контроля изображения и движения, аппаратных средств, имеющих интерфейсы типа GPIB, VXI, PXI, RS-232 и RS-485. LabVIEW имеет встроенные возможности для работы в компьютерных сетях Интернет, используя LabVIEW Web Server и программные стандарты TCP/IP и Active X.

С помощью программной среды LabVIEW можно разрабатывать программно-аппаратные комплексы для тестирования, измерения, ввода данных, анализа и управления внешним оборудованием. LabVIEW – это 32-разрядный компилятор, который создает как автономные модули (.ЕХЕ), так и совместно используемые динамические библиотеки (.DLL).

Любой виртуальный прибор (ВП) состоит из двух основных компонентов – лицевой панели, которая является интерфейсом пользователя, и блок-диаграммы, в которой непосредственно записан код программы (см.рисунок 12).

Лицевая панель создается с использованием палитры элементов (Controls). Эти элементы могут быть либо средствами ввода данных – элементы управления, либо средствами отображения данных - элементы отображения. Элементы управления – кнопки, переключатели, ползунки и другие элементы ввода; элементы отображения – графики, цифровые табло, светодиоды и т. д. Данные, вводимые на лицевой панели ВП, поступают на блок-диаграмму, где ВП производит с ними необходимые операции. Результат вычислений передается на элементы отображения информации на лицевой панели ВП.

а

б

Рисунок 12- Структура виртуального прибора: а – лицевая панель; б – блок-диаграмма

 

После помещения элементов управления или отображения данных на лицевую панель они получают свое графическое отображение на блок-диаграмме. Элемент, созданный на лицевой панели, невозможно удалить на блок-диаграмме. Объекты блок-диаграммы включают графическое отображение элементов лицевой панели, операторов, функций, подпрограмм ВП, констант, структур и проводников данных, по которым производится передача данных между объектами блок-диаграммы.

Преимущество LabVIEW заключается в иерархической структуре ВП. Созданный виртуальный прибор можно использовать в качестве подпрограммы на блок-диаграмме ВП более высокого уровня. Количество уровней в иерархии не ограничено. Использование подпрограммы ВП помогает быстро изменять и отлаживать блок-диаграмму.

В большинстве текстовых языков программирования порядок выполнения всей программы определяется расположением функций программы. В среде LabVIEW используется потоковая модель обработки данных. Узлы блок-диаграммы выполняют заложенные в них функции, если данные поступили на все необходимые поля ввода/вывода. По окончании выполнения операции одним узлом результаты операции по проводникам данных передаются следующему узлу и т. д. Другими словами, готовность входных данных определяет последовательность выполнения узлов блок-диаграммы.

Создание нового ВП. После нажатия кнопки New появляется диалоговое окно New. (см.рисунок 13) Также для открытия этого окна можно выбрать File → New.

После выбора шаблона из спискового окна Create New (создание нового ВП) лицевая панель будет отображена в секции Front Panel Preview (предварительного просмотра лицевой панели), блок-диаграмма будет отображена в секции Block Diagram Preview (предварительного просмотра блок-диаграммы), описание шаблона будет отображено в секции Description.

Рисунок 13-Создание нового виртуального прибора

 

Выберите шаблон и нажмите кнопку ОК для создания ВП или другого документа LabVIEW. Кнопки <Ctrl-К> используются для отказа от данного диалогового окна и создания пустого ВП.

После нажатия кнопки Blank VI появляется окно лицевой панели. Это одно из двух окон LabVIEW, используемых для создания ВП. Другое окно содержит блок-диаграмму.

Переход от лицевой панели к блок-диаграмме осуществляется с помощью Window → Show Block Diagram. Обратный переход возможен по Window → Show Front Panel или сочетанию кнопок <Ctrl-Е>.

Панель инструментов лицевой панели. Панель инструментов (см. рисунок 14) используется для запуска и редактирования ВП.

Кнопка запуска Run – запускает ВП. Во время работы ВП кнопка Run меняет свой вид.

Кнопка Run выглядит в виде «сломанной» стрелки если ВП содержит какие-либо ошибки и не может по этой причине быть запущен на выполнение. После нажатия этой кнопки появляется окно Error list, в котором перечислены допущенные ошибки.

Рисунок 14- Панель инструментов лицевой панели

 

Кнопка непрерывного запуска Run Continuously – ВП выполняется до момента принудительной остановки.

Во время выполнения ВП появляется кнопка Abort Execution. Эта кнопка используется для немедленной остановки выполнения ВП.

По возможности следует избегать использования кнопки Abort Execution для остановки ВП. Следует позволить ВП закончить передачу данных или выполнить остановку программным способом, гарантируя остановку ВП в определенном состоянии. Например, можно установить на лицевой панели кнопку, по нажатию которой ВП останавливается

Кнопка Pause приостанавливает выполнение ВП. После нажатия кнопки Pause LabVIEW подсвечивает на блок-диаграмме место остановки выполнения. Повторное нажатие – продолжение работы ВП.

Text Settings – выпадающее меню установок текста, включая размер, стиль и цвет.

В меню Align Objects производится выравнивание объектов по вертикали, по осям и т. д.

В меню Distribute Objects производится выравнивание объектов в пространстве (промежутки, сжатие и т. д.).

В меню Resize Objects производится приведение к одному размеру многократно используемых объектов лицевой панели.

Меню Reorder используется при работе с несколькими объектами, которые накладываются друг на друга. Выделив один из объектов с помощью инструмента Перемещение, в меню Reorder следует выбрать его порядок отображения на лицевой панели.

Контекстное меню. Контекстное меню используется наиболее часто. Все объекты LabVIEW, свободное рабочее пространство лицевой панели и блок-диаграммы имеют свои контекстные меню. Контекстное меню используется для изменения поведения объектов блок-диаграммы и лицевой панели. Контекстное меню вызывается щелчком правой кнопкой мыши на объекте, лицевой панели или блок-диаграмме.

Палитры. В LabVIEW имеются три вспомогательные палитры (см.рисунок 15), используемые для создания и выполнения ВП: Tools Palette (палитра инструментов), Controls Palette (палитра элементов) и Functions Palette (палитра функций). Эти палитры можно поместить в любом месте экрана.

Создавать, редактировать и отлаживать ВП можно с помощью Tools Palette (палитры инструментов). Палитра инструментов доступна как на лицевой панели, так и на блок-диаграмме. При выборе определенного инструмента значок курсора изменяется на значок данного инструмента. Палитра инструментов доступна через пункт главного меню Window → Show Tools Palette. Палитру инструментов можно размещать в любой области рабочего пространства блок-диаграммы и лицевой панели.

Рисунок 15- Палитра инструментов (а), палитра элементов (б) и палитра функций (в)

 

Палитра элементов (Controls) используется для размещения элементов управления и отображения на лицевой панели. Она доступна только на лицевой панели. Чтобы отобразить палитру элементов, следует либо выбрать в главном меню Window → Show Controls Palette, либо щелкнуть правой кнопкой мыши в рабочем пространстве лицевой панели. Используя кнопку в верхнем левом углу палитры, можно зафиксировать ее на экране. По умолчанию палитра элементов появляется в виде, показанном на рисунке 15, б, и содержит лишь наиболее часто используемые элементы.

Используя кнопку Аll Controls, находящуюся в правом нижнем углу, можно разместить все элементы на палитре. Такая палитра является исходной палитрой элементов.

Палитра функций (Functions Palette) используется для создания блок-диаграммы. Она доступна только на блок-диаграмме. Чтобы отобразить палитру функций, следует либо выбрать в пункте главного меню Window → Show Functions Palette, либо щелкнуть правой кнопкой мыши в рабочем пространстве блок-диаграммы. Используя кнопку в верхнем левом углу палитры можно зафиксировать ее на экране. По умолчанию палитра функций появляется в экспресс-виде и отображает экспресс-ВП. Экспресс-ВП – это узлы функций, которые можно настраивать с помощью диалогового окна. Они используются для выполнения стандартных измерений при минимальных соединениях.

Для отображения описания того или иного элемента палитры функций используется встроенное окно контекстной справки (Context Help) (см.рисунок 16), которое выводится на экран из пункта главного меню Help → Show Context Help или вводом <Ctrl-H> с клавиатуры.

 

Рисунок 16-Окно контекстной справки LabVIEW

 

При наведении курсора на объект лицевой панели или блок-диаграммы в окне контекстной справки появляются иконка подпрограммы ВП, функции, константы, элементов управления или отображения данных с указанием всех полей ввода/вывода данных. При наведении курсора на опции диалогового окна в окне Context Help появляется описание этих опций. При этом поля, обязательные для соединения, выделены жирным шрифтом, рекомендуемые для соединения поля представлены обычным шрифтом, а необязательные поля выделены серым цветом или вообще не показаны.

Таблица 1

Порядковый номер	Первая буква фамилии	Шифр студента	Наименование темы
0	А, Д		Как происходит процесс автоматизированного сбора данных?
1			Какие основные компоненты присутствуют в системах сбора данных?
2			В чем заключается физический смысл эффекта Холла?
3			Как организовать сбор данных в среде LabVIEW?
	Л, К		Как производится графическое отображение результатов работы виртуальных приборов?
			Классифицируйте датчик температуры HEL-700.
4			Чем калибровка средств измерений отличается от измерения физической величины?
			Какому условию, согласно теореме Котельникова, должен удовлетворять интервал дискретизации измерительного сигнала, если верхняя граница спектра измеряемого сигнала равна 20 кГц?
			Какова погрешность квантования 10-разрядного АЦП (аналогово-цифровой преобразователь)?
			Какой скороcтью обмена данными должен обладать входной интерфейс ПК, чтобы обеспечить измерение сигнала с максимальной частотой спектра fmax=10 кГц, если времена коммутации и выборки равны 3 мкс и 2мкс соответственно, а используемый 12-разрядный АЦП имеет время преобразования 33 мкс?
			Выходной ток датчика изменяется в диапазоне -0,005...+0,005 А. Какое сопротивление Rос в схеме преобразования следует выбрать, чтобы АЦП с диапазоном входных напряжений -10...+10 В мог фиксировать данные с максимальной точностью?
5			Какой параметр определяет величину выходного напряжения в схеме согласования датчика с зарядовым выходом?
0	Б, Е		Какой диапазон выходного напряжения измерительных модулей серии 5 B?
1			Что достигается при использовании дифференциального входа НИП для ввода аналогового сигнала?
2			Каково соотношение сигнал/шум в случае идеального 14-разрядного АЦП?
3			Что такое дифференциальная нелинейность?
4			Возможна ли в АЦП реализация идеальной характеристики преобразования?
			Как производится квантование в АЦП?
			Какие параметры используют при оценке метрологических характеристик АЦП?
			Опишите структуру ПСД (прибор сбора данных). Какими преимуществами обладает технология NI-MCad?
			Какие возможности для повышения эффективности ИС (информационные системы) предоставляют интеллектуальные ПСД?
5			Что такое модульный виртуальный прибор? Каковы преимущества использования таких приборов при построении АИС (автоматизированные информационные системы)?
0	В, Г, Я М, О		Из каких основных компонентов состоит ВП (виртуального прибора)? Что понимается под интерфейсом пользователя ВП? Какие палитры доступны для лицевой панели? Какие палитры доступны для блок-диаграммы? Что представляет собой лицевая панель? Каково назначение блок-диаграммы?
1			Из каких подпалитр состоит палитра Controls (Элементов)? Из каких подпалитр состоит палитра Functions (Функций)? На каких панелях осуществляется разработка ВП?
2			Назовите назначение управляющих кнопок на блок-диаграмме. Назовите назначение управляющих кнопок на лицевой панели.
3			Как и зачем используются сдвиговые регистры в ВП? Зачем нужны узлы обратной связи в ВП? Как добавить 1 к значению счетчика итераций после завершения выполнения цикла?
4			Из каких подпалитр состоит палитра Controls (Элементов)? Из каких подпалитр состоит палитра Functions (Функций)? Назовите назначение управляющих кнопок на блок-диаграмме. Назовите основные типы данных.
			Каким образом осуществляется вызов контекстной справки? Как можно зафиксировать текущее окно контекстной справки?

Расчетно-графическая работа №2.