Podręcznik

3.4. Przykłady realizacji przyrządów wirtualnych

W Zakładzie Systemów Informacyjno-Pomiarowych Politechniki Warszawskiej (SIP) opracowano cały szereg przyrządów wirtualnych zarówno na potrzeby dydaktyki, jak i badań naukowych. Poniżej opisane są wybrane realizacje.

 

Przyrząd do badania parametrów filtrów aktywnych

Opracowane zostały dwa wariantowe rozwiązania przyrządu wirtualnego do badania charakterystyk wzmacniaczy i filtrów aktywnych. Obydwa umożliwiają automatyczny pomiar i rejestrację charakterystyk: amplitudowo-częstotliwościowych, amplitudowo-fazowych, statycznych i dynamicznych charakterystyk przejściowych, odpowiedzi na skok jednostkowy, odpowiedzi impulsowej, odpowiedzi na napięcie liniowo narastające. Do realizacji pierwszego wariantu (rys.3.11) wykorzystano autonomiczne przyrządy pomiarowe: generator funkcyjny (AFG5101 Tektronix) i oscyloskop cyfrowy (2224 Tektronix). Wymienione przyrządy współpracują z kontrolerem systemu (komputer osobisty wyposażony w kartę GPIB, National Instruments) za pośrednictwem interfejsu IEC-625. Algorytm pracy systemu jest funkcją rodzaju dokonywanego pomiaru.

Rys.3.11  Struktura przyrządu wirtualnego do badania charakterystyk filtrów aktywnych

W drugim wariancie podobne funkcje pomiarowe zrealizowano stosując uniwersalną kartę zbierania danych – LAB PC+ (National Instruments), która współpracuje bezpośrednio z magistralą komputera (PC). Pojęcie „przyrząd wirtualny” nie podlega tutaj dyskusji. W obydwu przypadkach oprogramowanie systemowe (z grafiką), w postaci "przyjaznej dla użytkownika" opracowane zostało w zintegrowanym środowisku LabWindows firmy National Instruments. Zasada działania układu jest bardzo prosta i wynika wprost ze schematu funkcjonalnego zamieszczonego na rysunku 3.12. Płyta czołowa wirtualnego analizatora (dla obydwu wariantów) przedstawiona jest na rys.3.13.

 

Rys.3.12  Schemat blokowy analizatora charakterystyk filtrów aktywnych: DAQ

 

Rys.3.13  Płyta czołowa analizatora charakterystyk filtrów aktywnych: IEC, DAQ Dwukanałowy analizator widma

 

 

Zestaw przyrządów wirtualnych

Na rysunkach 3.14 (w sposób poglądowy) i 3.15 (w sposób wierny) przedstawiono panel płyty czołowej zestawu wirtualnych przyrządów pomiarowych: oscyloskop, generator, multimetr, komutator. Zestaw ten opracowano stosując przyrządy autonomiczne, odpowiednio:

• Oscyloskop cyfrowy TEK 2224, Tektronix
• Programowany generator funkcyjny AFG 5101, Tektronix
• Multimetr cyfrowy DM5120, Tektronix,

Skaner I201, Meratronik.

Rys.3.14  Poglądowy obraz płyty czołowej zestawu przyrządów wirtualnych

 

Rys.3.15  Panel płyty czołowej zestawu przyrządów wirtualnych

 

Cyfrowy analizator widma

Inny przykład wirtualnego przyrządu pomiarowego, stanowi dwukanałowy analizator widma (rys.3.16)[1]. Wykorzystuje on również kartę LAB 1200 i powstał z użyciem oprogramowania narzędziowego LabWindows/CVI.

Rys.3.16  Schemat blokowy wirtualnego analizatora widma

Płytę czołową przyrządu do pracy w trybie „on-line”, gdzie jednocześnie obserwuje się przebieg sygnału oraz jego widmo, przedstawia rysunki 3.17.

 

Rys.3.17  Płyta czołowa wirtualnego analizatora widma - tryb „on-line”

 

Płyty czołowe dla trybu „off-line” przedstawione są na rysunkach 3.18 i 3.19. W pierwszym wariancie na ekranie płyty zobrazowany jest fragment przebiegu czasowego sygnału wybrany do dalszych analiz ze znacznie dłuższej realizacji czasowej. W wariancie drugim na ekranie zobrazowane jest widmo wybranego fragmentu sygnału. Obserwacja płyt czołowych w każdym przypadku umożliwia zapoznanie się z funkcjami przyrządu, jakie są aktualnie dostępne. Występowanie kilku „płyt czołowych” (do wyboru), jest dowodem na szeroki zakresu funkcjonalności przyrządu. Szczególnego znaczenia ten fakt nabiera w przypadku zastosowań dydaktycznych.

 

Rys.3.18 Płyta czołowa wirtualnego analizatora widma - tryb „off-line”, zobrazowanie sygnału

 

Rys. 3.19 Płyta czołowa wirtualnego analizatora widma - tryb „off-line”,  zobrazowanie widma