- •«Методы научных исследований»
- •Часть 2
- •Содержание
- •Применение вычислительной техники в научных исследованиях
- •Классификация вычислительных устройств:
- •Применение вычислительных устройств в науке
- •История развития компьютерных технологий
- •Формы представления данных
- •Этапы развития вычислительной техники
- •Принцип работы вычислительных устройств
- •Методы ввода / вывода данных в ву
- •Запись из процессора в устройство
- •Чтение устройством из процессора
- •Построение информационно – вычислительных систем для научных исследований
- •Варианты реализации информационно-вычислительных систем
- •Интерфейсы
- •Типы устройств ввода/вывода
- •Характеристики устройств ввода/вывода
- •Устройство гальванической развязки
- •Оптические гальванические устройства
- •Методы защиты сигналов от помех
- •Способы построения дифференциальных линий.
- •Работа вычислительных устройств
- •Режим работы в реальном времени.
- •Режим отложенной обработки.
- •Устройство аналогового ввода данных
- •Погрешности преобразования.
- •Требования к ацп
- •Методы ацп
- •Параллельное преобразование.
- •Весовой метод.
- •Метод двойного интегрирования.
- •Виртуальные приборы
- •Уникальные пользовательские измерительные приборы.
Виртуальные приборы
Виртуальные приборы представляют собой функционально законченное устройство позволяющее измерять (генерировать) электрические параметры на основе ПК и платы ввода/вывода данных и соответствующего программного обеспечения.
Состав ВП:
Персональный компьютер;
Плата ввода – вывода;
Соответствующее программное обеспечение.
Токовый выход.
Токовая цепь меньше подвержена импульсным помехам. Некоторые преобразователи могут находиться на некотором удалении от прибора, возникает проблема передачи сигнала. Токовый выход позволяет задавать
стабильный ток, пропорциональный измеряемому параметру (в стандартных диапазонах).(0-20 мА, 4-20 мА.).
4мА соответствуют 0 измеряемого параметра. Если выходной ток 0, то линия связи оборвана, если выходной ток меньше 4мА- то прибор неисправен. Таким образом, схема сама себя контролирует на неисправности. Чтобы обеспечить соответствующий ток через цепь, у которой ток может быть 100мА и выше, необходимо создавать соответствующее напряжение. Стабилизация тока осуществляется за счет обратной связи.
Потенциальный выход.
Имеет небольшую длину линии связи (порядка десятков метров)
Приборы:
1.Вольтметр (амперметр).
Для измерительных виртуальных вольтметров предпочтительнее использовать платы АЦП на основе метода двойного интегрирования (большая разрядность, высокая линейность преобразования напряжения, низкая погрешность). Такой прибор можно применять в качестве электронного самописца. Данный класс плат применим для медленных процессов измерения, где период измерения ≈1мс.
2. Самописец. Записывает в файл с определенным периодом значения измеренных параметров.
3.Осциллографы
Полоса пропускания определяется частотой используемых плат. При работе виртуального осциллограф применяется режим псевдореального времени. Информация записывается в буфер памяти, потом выводится на экран. Необходимо применять быстродействующие платы на основе метода прямого сравнения и параллельного преобразования.
Достоинства
- позволяет запоминать картинку и записывать ее в файл для дальнейшей документации;
- яркость «луча» не зависит от величины развертки в отличие от аналогового осциллографа.
Осциллограф также может использоваться для сбора данных в режиме псевдо реального времени.
Быстродействующие платы используют буферизацию.
4.Спектроанализатор.
Позволяет построить зависимость интенсивности амплитуды от частоты.
На основе спектроанализаторов можно сделать цифровой частотомер. Позволяет измерить частоту максимальной интенсивности в любой точке спектра.
Недостаток: ограниченный диапазон входных напряжений. (-10В ÷ +10В).
Этого недостатка лишены спектроанализирующие платы, у которых входной каскад выполнен на основе, аналогичной, обычному аналоговому осциллографу. Этот входной каскад снабжен системой защиты от перенапряжения; усилителем малых сигналов. Недостатком является малое число каналов ввода.
5.Генераторы.
Строятся с использованием плат, в составе которых есть ЦАП, позволяющий генерировать сигналы различной формы формы (sin, прямоугольные, пилообразные, колебания сложной формы – сложение нескольких частот в одном сигнале).
Можно изменять не только частоту, но и скважность сигнала (отношение периода к длительности импульса).
ЦАП строится на основе резистивного делителя опорного напряжения и набора ключей, управляющих цифровым входом. Можно выполнить генератор сигналов.
Генератор качественной частоты- генератор, изменяющий частоту от f1 до 2 с определенным шагом и фиксацией сигнала
Платы цифрового ввода/вывода данных. Применяются для управления процессами вкл/выкл, анализа срабатывания каких-либо датчиков.