2. Віртуальні вимірювальні прилади

Експериментальна частина досліджень у науковій, технічній та навчальній діяльності пов’язана з вимірювальними приладами. Бурхливий розвиток науки ХХ століття спирався на значну кількість лабораторних експериментів, які, в свою чергу, підштовхнули розвиток якісного лабораторного обладнання. Окрім чистоти експерименту все більше ставала потрібною висока точність вимірювань, від якої залежала інтерпретація результатів. Роботи на вістрі переднього краю науки часто вимагали обробки величезної кількості експериментальних досліджень, накопичування баз даних за значний період часу. Виникала гостра потреба у автоматизації лабораторних досліджень, створенні придатних до цього вимірювальних приладів. Високий рівень автоматизації у технічних галузях, проведення одночасних вимірювань на багатьох віддалених об’єктах, освоєння космосу, тощо висували аналогічні вимоги.

Суттєвим прогресом у експериментальних дослідженнях, а також у лабораторному практикумі, стала поява віртуальних вимірювальних приладів, в яких комп’ютер використується для відображення та обробки результатів, а сигнал від реального об’єкта потрапляє в комп’ютер через аналого-цифровий перетворювач (світовий лідер – програмно-апаратний комплекс LabVIEW корпорації National Instruments). У середовищі LabVIEW (NI Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) користувач має можливості не тільки робити вимірювання, але й конструювати вимірювальні комплекси та алгоритми їх роботи за допомогою мови візуального (графічного) програмування «G» (Джей). Вимірювання можна автоматизувати, забезпечити збереження результатів в базах даних.

Вимогою часу є поєднання процесу імітаційного моделювання та віртуальних вимірювань в одному програмному середовищі. В професійних розробках це дозволяє створити замкнений цикл розробки електронних приладів, де моделювання та дослідження реального прототипу виконуються у тісному зв’язку. Безпосереднє спостереження впливу вхідних параметрів на вихідні для моделі та прототипу, дослідження розбіжностей між імітаційною моделлю та прототипом, дозволяє провести значну кількість ітерацій у виборі параметрів розробки для досягнення бажаного результату, заощаджуючи при цьому кошти та час.

В навчальному процесі «імітаційне моделювання – моделювання – віртуальні вимірювання» дозволяє за короткий період часу творчо перевірити, обміркувати та засвоїти важливі для розуміння предмета закономірності, асоціативно зв’язати реальний прилад та його модельні уявлення. Побудова такого навчального процесу передбачає проведення лабораторного практикуму у комп’ютер-ному класі, де є можливість здійснювати як імітаційне моделювання об’єкта, який вивчається, так і вимірювання віртуальними приладами.

Моделювання можливе як для цифрової, так і для аналогової електроніки (наприклад, логічні пристрої або підсилювач низької частоти). Експериментальна частина роботи – дослідження параметрів зібраних на макетному конекторі реальних моделей – може бути здійснена за допомогою віртуальних вимірювальних приладів. Важливо, що графічне керування створенням моделей та вимірювальних комплексів не потребує від користувача-початківця навичок у традиційному програмуванні або спеціальних знань з математичного моделювання фізичних процесів. Знайомство з середовищем графічного програмування у вдало побудованому навчальному процесі може сприяти заохоченню до вивчення дисципліни.