Тестирование и диагностика в радиоэлектронных системах передачи

Исходя из предположения Гауссова распределения состояний логической «1» и

логического «0», оцениваются характеристики распределений состояний - математическое ожидание E1 и E0:

Q-фактор рассчитывается по следующей формуле

При этом сам коэффициент ошибок BER определяется по следующей формуле:

где erfc - вспомогательная функция интеграла ошибок:

Необходимо отметить, что приближенная формула расчета BER, справедлива при значениях аргумента erfc больше 3, иными словами, только при выполнении условия:

211

ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЯ В NI LabVIEW

Компания National Instruments является разработчиком и лидером технологии виртуальных приборов – революционной концепции, изменившей подходы и методику проведения измерений и разработки систем автоматизации. Максимально используя возможности компьютеров и современных информационных технологий, виртуальные приборы позволили повысить производительность и снизить стоимость решений за счет применения гибкого и простого в освоении программного обеспечения, такого как среда графического программирования LabVIEW, а также модульного оборудования, такого как,

например, модули стандарта PXI, предназначенного для сбора данных и управления приборами. Заказчиками компании являются инженеры, ученые и технические специалисты,

работающие в самом широком спектре отраслей и технологий. Штаб-квартира компании

National Instruments расположена в г. Остин (Техас, США), число её сотрудников превышает

3100; компания имеет представительства в 41 стране. В течение года компания поставляет свою продукцию более чем в 25 тысяч компаний, расположенных в 90 странах мира.

Последние 5 лет журнал FORTUNE называет NI одним из 100 лучших работодателей США.

В 2006 году журнал BusinessWeek включил National Instruments под номером 14 в рейтинг компаний, где лучше всего начинать свою карьеру [10].

Программное обеспечение LabVIEW

National Instruments LabVIEW представляет собой высокоэффективную среду графического программирования, в которой можно создавать гибкие и масштабируемые приложения измерений, управления и тестирования с минимальными временными и денежными затратами. LabVIEW сочетает в себе гибкость традиционного языка программирования с интерактивной технологией Экспресс Виртуальных Приборов (ВП),

которая включает в себя автоматическое создание кода, использование помощников при конфигурировании измерений, шаблоны приложений и настраиваемые Экспресс ВП.

Интерфейс программы LabVIEW

Написание программы в LabVIEW начинается с создания интерфейса пользователя (или,

по-другому, лицевой панели), содержащего элементы управления и индикаторы. Примерами элементов управления являются ручки управления, кнопки, круговые шкалы и другие элементы ввода. Индикаторами являются графики, светодиодные индикаторы и другие элементы вывода. После создания интерфейса пользователя, вы можете создать на блок-

212

диаграмме код, используя другие виртуальные приборы (ВП) и структуры для управления объектами лицевой панели.

Опишем структуру и работу программы LabVIEW:

Диалоговое окно New и Шаблоны ВП.

Диалоговое окно New (Рисунок 1.1.1) содержит множество шаблонов ВП. Шаблоны помогают создавать ВП для наиболее распространенных измерительных и других приложений. Они содержат экспресс ВП, функции и объекты лицевой панели, которые могут потребоваться при создании указанных приложений.

Чтобы открыть диалоговое окно New, используйте один из следующих методов:

• После запуска LabVIEW щелкните по ссылкам New, VI from Template или More в окне

Getting Started.

• Выберите меню File » New (Файл » Новый) в окне Getting Started, на лицевой панели или блок-диаграмме.

Рис. 5.1. Диалоговое окно Getting Started (New) – начало работы программы LabVIEW

213

Лицевая панель.

Лицевая панель (Рис. 5.2) представляет собой интерфейс пользователя ВП. При создании лицевой панели используются элементы управления и индикаторы, которые являются,

соответственно, интерактивными терминалами ввода/вывода этих ВП.

Элементы управления и индикаторы расположены в палитре элементов управления.

Примерами элементов управления являются ручки управления, кнопки,

круговые шкалы и другие элементы ввода. Они моделируют реальные устройства ввода значений и поставляют данные на блок-диаграмму ВП.

Индикаторами являются графики, светодиодные, числовые индикаторы и др.

Индикаторы моделируют устройства вывода значений и отображают данные, которые были получены или сгенерированы на блок-диаграмме.

Рис. 5.2. Лицевая панель LabVIEW

Блок-диаграмма.

Блок диаграмма (Рис. 5.3) содержит исходный графический код, также известный как код на языке G, который определяет работу ВП. Для управления объектами лицевой панели на блок-диаграмме используется графическое представление функций.

Объекты лицевой панели имеют на блок-диаграмме вид иконок терминалов.

Проводники (Wire) соединяют терминалы элементов управления и индикаторов с

214

Экспресс ВП, ВП и функциями. Данные перемещаются по проводникам от элементов управления к ВП и функциям, от ВП и функций к другим ВП и функциям, и от ВП и функций к индикаторам. Перемещение данных через узлы на блок-диаграмме определяет порядок выполнения ВП и функций.

Рис. 5.3. Блок-диаграмма

Запуск и остановка ВП.

Выполнение кода происходит при запуске ВП. Нажмите на кнопку Run или комбинацию клавиш <Ctrl R> для запуска ВП. Кнопка Run примет вид затемненной

стрелки, чтобы показать, что данный ВП выполняется. Вы можете остановить ВП немедленно, нажав на кнопку Abort Execution. Однако подобное прерывание ВП, особенно если он использует внешние ресурсы, может оставить аппаратные средства в неизвестном состоянии.

Поэтому, во избежание данной проблемы, предусмотрите в создаваемом ВП кнопку остановки. Кнопка Стоп останавливает ВП после окончания исполнения текущей итерации ВП.

215

Экспресс ВП

Экспресс ВП, расположенные в палитре Функций, используются для выполнения наиболее распространенных измерительных задач. При размещении экспресс ВП на блок-

диаграмме по умолчанию появляется диалоговое окно для настройки данного экспресс ВП. В

этом диалоговом окне можно настроить опции, задавая, таким образом, поведение ВП. Для вызова диалогового окна настройки, можно

дважды щелкнуть по экспресс ВП или щелкнуть правой кнопкой мыши по экспресс ВП и выбрать опцию Properties (Свойства) из контекстного меню. Если подключить

данные к экспресс ВП и запустите его, экспресс ВП покажет реальные данные в диалоговом окне конфигурации. Если закрыть и повторно откроете экспресс ВП, на графике в диалоговом окне настройки будет показан образец данных безотносительно подаваемых значений, пока вы не запустите его снова. На блок диаграмме экспресс ВП имеют вид голубых иконок с расширяемыми границами. Изменяя размеры экспресс ВП, можно отобразить все его вводы и выводы, количество которых зависит от настройки ВП.

Документация LabVIEW

Справка LabVIEW Help содержит информацию о концепциях программирования в среде LabVIEW, пошаговые инструкции по использованию LabVIEW и ссылки

на дополнительную информацию о ВП, функциях, палитрах, меню, инструментальных средствах, свойствах, методах, событиях, диалоговых окнах и так далее.

В справке LabVIEW также перечислены ресурсы, предоставляемые компанией

National Instruments. Чтобы получить справочную информацию для конкретного Экспресс ВП, в диалоговом окне настройки этого ВП нажмите на кнопку Help

(Справка). Вы также можете обратиться к справке LabVIEW Help из контекстного меню объекта, щелкнув по нему правой кнопкой мыши на блок-диаграмме

или прикрепленной палитре или выбрав справку Help » Search the LabVIEW Help.

Лабораторный стенд «Основы измерительной технологии»

На данном стенде студенты могут реализовать многочисленные лабораторные работы по различным дисциплинам, в том числе фундаментальным.

Стенд включает многофункциональную карту сбора данных PCI или PCI Express с

различной производительностью (по выбору), экранированный кабель,

многофункциональный генератор 100Гц -1 МГц, встроенный термистор, гнездо для

216

подключения термопары, BNC разъемы для подключения сигналов, светодиоды,

квадратурный декодер и вводный курс по системам сбора данных в LabVIEW.

Основой практикума является комплекс прикладных программ, созданный в инструментальной среде разработки приложений LabVIEW. Эти программы эмитируют работу электронных вольтметров, омметров, компенсаторов тока, частотомеров, фазометров,

генераторов и т.д.

Описание прикладных программ (имитаторов) лабораторного стенда

Магнитоэлектрический вольтамперметр

Модель магнитоэлектрического вольтамперметра используется при выполнении работ «Прямые и косвенные однократные измерения», «Обработка и представление

результатов однократных измерений при наличии систематической погрешности», «Измерение силы постоянного электрического тока» и «Измерение мощности постоянного электрического тока» и служит для измерения постоянного напряжения и силы постоянного тока.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

•в режиме измерения постоянного напряжения пределы измерения могут выбираться в диапазоне от 0,075 В до 600 В;

•в режиме измерения постоянного тока пределы измерения могут выбираться в диапазоне от 0,075 мА до 3 А;

•класс точности нормирован для приведенной погрешности и равен 0,5;

•входное сопротивление в режиме измерения напряжения равно 30 кОм;

•внутреннее сопротивление в режиме измерения тока составляет 0,1 Ом.

На лицевой панели модели расположены (Рисунок 5.4):

•шкала (1) отсчетного устройства со стрелочным указателем;

•ручка (2) переключателя пределов измерения и выбора рода работ (ток или напряжение);

•ручка (3) переключателя множителя пределов измерения;

•клеммы (4) для подключения к электрической цепи.

217

Рис. 5.4. Внешний вид модели магнитоэлектрического вольтамперметра

Электромагнитный вольтметр

Модель электромагнитного вольтметра используется при выполнении работ

«Определение погрешности электронного вольтметра методом сличения» и «Измерение переменного электрического напряжения» и служит для измерения переменного электрического напряжения синусоидальной формы.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

•шкала отсчетного устройства проградуирована в действующих значениях;

•пределы измерения могут быть выбраны равными 0,3, 1, 3 или 15 В;

•класс точности нормирован для приведенной погрешности и равен 0,5;

•диапазон рабочих частот от 20 Гц до 1 кГц.

На лицевой панели модели расположены (Рисунок 2.1.2):

•шкала (1) отсчетного устройства со стрелочным указателем;

•клеммы (2) для выбора пределов измерения и подключения к электрической цепи.

Рис. 5.5. Внешний вид модели электромагнитного вольтметра

218

Электродинамический вольтметр

Модель электродинамического вольтметра используется при выполнении работы

«Измерение переменного электрического напряжения» и служит для измерения переменного электрического напряжения синусоидальной формы.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

•шкала (1) отсчетного устройства проградуирована в действующих значениях;

•пределы измерения составляют 3 В или 30 В;

•класс точности нормирован для приведенной погрешности и равен 0,2;

•диапазон рабочих частот от 20 Гц до 5 кГц.

На лицевой панели модели расположены (Рисунок 2.1.3):

•шкала отсчетного устройства со световым указателем;

•клеммы (2) для подключения к электрической цепи.

Рис. 5.6. Внешний вид модели электродинамического вольтметра

Электромеханический омметр

Модель электромеханического омметра используется при выполнении работы

«Прямые измерения активного электрического сопротивления» и служит для измерения активного электрического сопротивления.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

•основная приведенная погрешность не превышает ±2,5% во всем диапазоне измеряемых значений.

•диапазон измеряемых сопротивлений может быть изменен выбором множителя пределов измерения (Ω,×1 kΩ, ×10 kΩ, ×100 kΩ, ×1000 kΩ).

На лицевой панели расположены (Рисунок 5.7):

• шкала (1) отсчетного устройства со стрелочным указателем;

219

•кнопка (2) «ВКЛ.» для включения питания;

•кнопочный переключатель (3) множителя пределов измерения;

•ручки регуляторов установки пределов шкалы;

•клеммы (6) для подключения измеряемого сопротивления.

Рис. 5.7. Внешний вид модели электромеханического омметра

Компенсатор (потенциометр) постоянного тока

Модель компенсатора (потенциометра) постоянного тока используется при выполнении работы № 3.3 и служит для измерения постоянного электрического напряжения методом компенсации.

Ниже приведены некоторые характеристики модели:

• диапазон измерения постоянной ЭДС и постоянного напряжения от 0 до

111,10 мВ;

• регулировка компенсирующего напряжения осуществляется ступенчато четырьмя декадными переключателями с минимальным шагом дискретности 0,01 мВ

(контур I – 10 ступеней по 10 мВ и 10 ступеней по 1 мВ; контур II – 10 ступеней по 0,1 мВ и

10 ступеней по 0,01 мВ);

• предел допускаемой основной погрешности, выраженный в вольтах, определяется по формуле: ΔUпот = ±5 · 10–4 × (0,01 + Uпот) В, где Uпот – показания потенциометра,

выраженные в вольтах.

На лицевой панели потенциометра (Рисунок 2.1.5) расположены:

•кнопка (1) «СЕТЬ» для включения питания;

•гальванометр (2);

•ручки (3) пятидекадного магазина сопротивлений;

•кнопки (4) включения чувствительности прибора (грубо) и (точно);

•ручки (5) (грубо), (точно) регуляторов «Рабочий ток» потенциометра первого и второго контуров;

220