4. 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.

5. 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.

6. 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.