- •Типовая структура иис. Определение. Задача проектирования ливс.
- •Классификация лиис (компактные, локальные, распределенные).
- •Виртуальные средства измерений (вси). Метрологические характеристики вси. Источники погрешности вси.
- •Применение вси. Реализация измерительного алгоритма вси. Типовые структуры вис.
- •Структура измерительного канала (ик). Виртуальный ик в среде LabView.
- •Анализ погрешностей при реализации ик. Выбор разрядности ацп.
- •Функциональные измерительные преобразователи. Реализация операции:
- •Функциональные измерительные преобразователи. Реализация операции:
- •Функциональный ип. Реализация операции: . Масштабирование.(см. Вопрос 7)
- •Функциональный ип. Реализация операции: . Масштабирование.(см. Вопрос 7)
- •Выполнение операций на основе оу: умножение, деление, интегрирование. Масштабирование.
- •Программируемые си. Типовая структура программируемого ик. Структура пп управления измерительным экспериментом.
-
Применение вси. Реализация измерительного алгоритма вси. Типовые структуры вис.
Виртуальные измерительные системы, построенные в среде LabView используются для контроля параметров микроклимата, метеорологических характеристик атмосферы, сейсмоакустических и акустических измерений, в системах контроля состояния энергетических установок и др.
Типовая структура ВИС
Реализация измерительного алгоритма ВСИ
Время получения значения характеристики измеряемой величины складывается из времени АЦП - ТАЦП, времени передачи данных через интерфейс - ТИФ , времени реализации виртуальной части измерительного канала - ТВИК.
Реализация ВИК может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах.
Синхронный режим может быть реализован при условии:
ТД > ТАЦП и ТД > ТИФ + ТВИК, где ТД - время дискретизации измеряемой величины.
Асинхронный режим может быть реализован в нескольких вариантах:
1) ТАЦП > ТИФ + ТВИК - после завершения АЦП осуществляется передача данных в режиме прерывания или по сигналу “готовность”;
2) ТАЦП < ТИФ + ТВИК - после выполнения всех виртуальных ИП производится ввод результатов АЦП и АЦП запускается на следующее измерение;
Реализация ВИК с ЗУ и таймером
3) ТАЦП << ТИФ + ТВИК - в данном случае возможен вариант размещением на модуле АЦП дополнительного запоминающего устройства (ЗУ) и таймера (Т), которые обеспечат получение массива мгновенных значений измеряемого сигнала. Структура такой системы показана на рисунке:
Реализация ВИК с различными АЦП
Последний вариант обеспечивает возможность измерения характеристик высокочастотных сигналов. Например, восьми разрядный АЦП с быстродействием 100нсек позволит анализировать сигналы с частотой до 1 МГц , а канал передачи данных обеспечивает обмен со скоростью до 1 Мгц. Если предположить, что частота дискретизации 500 Кгц, то уже сигнал с частотными свойствами до 100 Кгц могут быть измерены (восстановлены) достаточно точно, а погрешность измерения сигналов до 50 Кгц будут измеряться единицами процентов и меньше.
После АЦП сигнал представлен в виде числовой выборки (массива) с шагом дискретизации τ. С учетом значения τ реализуются измерительные алгоритмы обработки сигнала во времени, анализа его корреляционных и спектральных характеристик.
-
Структура измерительного канала (ик). Виртуальный ик в среде LabView.
Структурная схема виртуальной ИИС управления измерительным экспериментом:
Возможность переключения виртуальных измерительных каналов с виртуальных датчиков (ВД) на реальные дает возможность сравнить характеристики ВИК и свойства выбранных моделей с характеристиками реального объекта и при необходимости скорректировать (изменить) их.
-
Анализ погрешностей при реализации ик. Выбор разрядности ацп.
Составляющие погрешности результата измерений при реализации измерительного канала Одна из основных задач построения ИК – выбор соотношения погрешностей аналоговых и цифровых величин. В качестве примера рассмотрим задачу выбора числа разрядов АЦП при заданной погрешности входного аналогового сигнала
Пусть на вход АЦП поступает аналоговый сигнал S с некоторой погрешностью δS;
АЦП за счет квантования аналогового сигнала вносит дополнительную погрешность δкв. В результате величина Z на выходе АЦП будет иметь некоторою погрешность δz. При аддитивном характере составляющих погрешности δS и δкв результирующая погрешность будет определяться как δz = δS + δкв.
Выбор разрядности АЦП
Примем для оценки разрешающей способности АЦП соотношение:
m=S/ΔS = 100/ δкв,
где S = Smax - Smin - диапазон входной аналоговой величины, принимаемый за 100%,
а ΔS – шаг квантования, которому соответствует погрешность δкв.
Из приведенного соотношения следует, что уменьшение погрешности δкв равносильно увеличению разрешающей способности ms. Очевидно, что повышение разрешающей способности АЦП связано с увеличением его разрядности n, а следовательно, и с усложнением АЦП. Поэтому возникает задача выбора числа разрядов АЦП при заданной погрешности входного сигнала. Один из вариантов решения задачи состоит в выборе числа разря-дов n в зависимости от заданного допустимого увеличения суммарной погрешности за счет шага квантования.
Суммарная средняя квадратичная погрешность преобразования:
σz = (σs2 + σ кв2)1/2 = (σs2 + (ΔS/2√3 )2)1/2 = ( σs2 + ΔS2/ 12)1/2,
где ΔS/2√3 – среднеквадратичное отклонение равномерного закона распределения, по которому распределена погрешность квантования.
С другой стороны шаг квантования или ΔS=S/Nmax= S/(2n-1),
где n – количество разрядов АЦП.
Подставляем значение ΔS в выражение для σz и получим:
σz = (σs 2+ 1/12•(S/(2n-1)))1/2,
откуда можно определить требуемое количество АЦП или разрядность АЦП
n*= log2 {S•[12•(σz2 - σs2 )] -1 + 1},
поскольку в общем случае n* не является целым числом, для обеспечения
заданной точности необходимо взять в качестве количества разрядов АЦП
ближайшее большое целое
n= Е(n*)+1,
где Е – оператор выделения целой части от числа.