Компьютерно-измерительные системы

В настоящее время сформировалось новое направление в ме­трологии и измерительной технике — компьютерно-измерительные системы (КИС) и их разновидность, или направление развития — виртуальные (виртуальный — кажу­щийся) измерительные приборы (виртуальные приборы). В компьютерно­-измерительную систему обязательно входит ком­пьютер, работающий в режиме реального масштаба времени или, как теперь принято говорить, в режиме on­line.

В последние годы персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, но и в качестве универсальных измерительных приборов. Компьютерно-­измерительная система на базе персонального компьютера позволяет заменить стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы спектра, генераторы и др.) системой виртуальных приборов. При этом ряд приборов могут быть активизированы (воспроизведены) на одном персональном компьютере одновременно.

К отличитель­ным особенностям и преимуществам КИС по сравнению с микро­процессорными приборами относятся:

• обширный фонд стандартных прикладных компьютерных программ, доступных для оператора, позволяющих решать широкий круг прикладных задач измерения (исследование и обработка сигналов, сбор данных с датчиков, управление раз­личными промышленными установками и т. д.);
• возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным и глобальным (например, Интер­нет) компьютерным сетям;
• высокоразвитый графический интерфейс пользователя, обе­спечивающий быстрое освоение взаимодействия с систе­мой;
• возможность использования внутренней и внешней памяти большой емкости;
• возможность составления компьютерных программ для ре­шения конкретных измерительных задач;
• возможность оперативного использования различных устройств документирования результатов измерений.

В самом общем случае КИС может быть построена с последова­тельной или параллельной архитектурой. В компьютерно-­измерительную систему с последовательной архитектурой (ее иногда называют централизованной системой) входят части системы, преобразующие анализируемые сигналы, которые обрабатывают в последовательном режиме. Поэтому вся соответствующая электроника размещается на слотах компьютера. Достоинства такой архитектуры построения КИС очевидны — бла­годаря использованию принципа разделения обработки по времени стоимость системы невелика.

Посред­ством такого принципа построения КИС могут производить опти­мизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. В этой системе преобразование сигналов выполняется локально в месте расположения источника исследуемого сигнала, что позволяет пере­давать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме.

На рис. 11.2 представлена обобщенная структурная схема КИС, отражающая как последовательную, так и параллельную архитектуру построения. Взаимодействие между отдельными элементами КИС осуществляется с помощью внутренней шины персонального компьютера, к которой подключены как его внешние устройства (дисплей, внешняя память, принтер), так и измерительная схема, состоящая из коммутатора, АЦП и блока образцовых программно управляемых мер напряжения и частоты.

С помощью ЦАП можно вырабатывать управляющие аналоговые сигналы. Интерфейсный модуль ИМ подключает измерительный прибор к магистрали приборного интерфейса. Коммутатор обе­спечивает подачу аналоговых напряжений с внешних датчиков на узлы системы.

Достаточно простые КИХ могут быть размещены на одной пла­те персонального компьютера. Существуют и более сложные струк­туры КИС, в которых в соответствии с решаемой измерительной задачей по установленной программе коммутируются необходимые измерительные элементы, т. е. меняется архитектура построения системы.
Одним из элементов КИС является блокобразцовых про­граммно управляемых мер напряжения и частоты.