Виртуальные информационно-измерительные системы.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Понятие «виртуальные приборы» (Virtual Instruments) появилось на стыке измерительной, информационной и компьютерной техники. Виртуальный информационно-измерительный прибор или система — это компьютер, оснащенный набором аппаратных и программных средств, выполняющий функции информационно-измерительного прибора или системы, максимально приближенный к решению задачи. В научных исследованиях, диагностических, статистических и интеллектуальных системах компьютеры используются для решения задач управления измерительными экспериментами, сбора, регистрации, обработки и систематизации данных, представления и хранения результатов наблюдений. При этом часть функций и операций осуществляется не аппаратно, а программно с помощью персонального компьютера. Аппаратная информационно-измерительная часть приборов и систем реализуется в конструктиве стандартной платы и автономного модуля компьютера. Функции, передаваемые компьютеру, обычно связаны с организацией взаимодействия пользователя и компьютера с привычной для пользователя атрибутикой — панели, ручки управления, т.е. в этом случае работа с виртуальными приборами (ВП) оказывается аналогичной работе с традиционными приборами и пультами управления.

Информационные технологии вывели измерительную технику на новый уровень, позволяющий быстрее и с меньшими затратами разрабатывать информационно-измерительные приборы и системы различной сложности: от измерения параметров до ввода и обработки видеоизображений с передачей результатов через внешнюю сеть на любые расстояния. Появление измерительных информационных приборов и систем с применением виртуальных технологий связано:

• с широким распространением персональных компьютеров, имеющих высокое быстродействие, большие объемы памяти, практически неограниченные графические возможности, позволяющие создать функционирующие в реальном масштабе времени виртуальные измерительные устройства, с высокой степенью подобия, воспроизводящие поведение тех или иных физических приборов и систем;

• созданием автоматизированных информационно-измерительных систем различного назначения, таких как автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) и комплексных испытаний (КИ), физические и космические объекты и др.;

• возможностью реализации в весьма компактной форме приборов и модулей;

• появлением измерительного программирования (ИП), под которым понимается программирование для информационно-измерительной техники и систем, позволяющее ей проводить измерение, контроль, диагностирование или распознавание образов, включая функции сбора, передачи, обработки, представления измерительной информации и управления измерительным экспериментом.

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И ТЕСТИРОВАНИЯ

Функциональные возможности хорошо знакомых традиционных измерительных приборов заданы их производителем, и изменить число каналов достаточно проблематично. А так как никакой производитель не в состоянии охватить все многообразие реальных задач, это в значительной степени затрудняет подбор оптимального комплекта оборудования с требуемыми параметрами и его настройку. Виртуальный прибор снимает это ограничение. Основой стали открытые, а значит, доступные всем разработчикам и производителям стандарты на универсальное оборудование, что позволяет выбирать лучшие из существующих на рынке решений и компоновать из них специализированные системы.

Виртуальный прибор (ВП) представляет собой комбинацию компьютера, универсальных аппаратных средств ввода-вывода сигналов и специализированного программного обеспечения (ПО), которое, собственно, и определяет конфигурацию и функционирование законченной системы. По сути, в руках создателя системы — конструктор, из которого даже не искушенный в компьютерных технологиях инженер или исследователь может построить измерительный прибор любой сложности. В этом случае, скорее, требования задачи и соответствующее этому ПО, а не возможности прибора определяют функциональные характеристики законченного прибора.

Специалистами РКК «Энергия» (Е.В. Диденко) созданы и предлагаются к реализации готовые виртуальные приборы: самописец, анализатор спектра, эквалайзер, генератор.

Самописец. Программируемое число дорожек, калибровка по физическим параметрам, т. е. вывод данных на самописец производится в той размерности, которая удобна пользователю, возможность включения-выключения записи на магнитный носитель. Сервис режима позволяет осуществлять просмотр и фрагментацию данных с записью фрагментов в файл или картотеку лаборатории.

Анализатор спектра. Анализатор спектра имеет число гармоник 2... 1024. Он позволяет получить амплитуды и фазы гармоник, а также коэффициенты Фурье разложения входного сигнала. Полученные данные могут быть использованы для гармонической аппроксимации этого сигнала.

Эквалайзер. Число управляемых гармоник спектра 2... 128. Пользователь может произвести подавление или усиление любой гармоники или поддиапазона гармоник спектра исходного сигнала. Результат коррекции немедленно отображается в виде графика результирующего сигнала. Такая обратная связь позволяет легко добиваться необходимого качества обработки входных данных.

Генератор. Программируемая форма, амплитуда и частота выходного сигнала зависят от выбора аппаратных средств. Возможна генерация пакетов непериодических форм, например, запись в картотеку массивов реального сигнала, снятого на объекте, и воспроизведение его на стенде в лабораторных условиях.