НОУ ІНТУЇТ | лекція | лабораторний практикум

  1. 5.1 Віртуальні прилади

Анотація: Сім нескладних віртуальних приладів (ВП), створених в програмному середовищі LabVIEW, пропонуються вашій увазі в кінці цієї роботи. Мета роботи вимірювання параметрів якості - навчитися виконувати вимірювання параметрів якості експертним методом і таким чином отримати досвід практичної роботи в одному з найбільш динамічно розвиваються розділів метрології - кваліметрії, а також отримати навички роботи зі стандартами.

5.1 Віртуальні прилади

Додаткові матеріали до цього розділу Ви можете завантажити Додаткові матеріали до цього розділу Ви можете завантажити   тут тут .

Сім нескладних віртуальних приладів (ВП), створених в програмному середовищі LabVIEW, пропонуються вашій увазі в кінці цієї роботи. Як правило, кожен віртуальний прилад являє собою вимірювальний комплекс [ 16 , 17 ].

Завантажте програму LabVIEW, або встановіть додатки, необхідні для роботи віртуальних приладів з операційною системою Windows: Installer і RunTimeEngine7-0 або вище.

Відкрийте файл 1_Function Generator example.vi (Приклад функціонального генератора). Переконайтеся в працездатності функціонального генератора, клацнувши клавішу Відкрийте файл 1_Function Generator example . Визначте на лицьовій панелі віртуального приладу поле елементів, що відносяться до функціонального генератора і поле елементів, що відносяться до осцилографа. Перевірте взаємне відповідність заданих на генераторі і отриманих на осцилографі параметрів сигналу. Зафіксуйте ці дії в звіті, в вигляді двох стовпчиків: зліва - задано (форма, амплітуда і частота, встановлені на генераторі); праворуч - отримано (форма, амплітуда і частота, отримані на осцилографі).

Відкрийте файл 2_Sin.vi. Комплекс яких приладів представлений на лицьовій панелі віртуального кошти вимірів? клацніть клавішу Відкрийте файл 2_Sin . Заповніть таблицю даних, крім останнього рядка.

Прокоментуйте відмінність виміряних значень напруг для сигналів однакової амплітуди, але різної форми.

Які форми сигналів відповідають наступним функціональним залежностям?

Підтвердіть свої висновки відповідними обчисленнями і зафіксуйте ці дії в звіті.

Заповніть останній рядок таблиці. Поясніть причину виникнення похибки моделювання.

Відкрийте файл 3_Formula Waveform example.vi (Приклад призначення форми хвилі через формулу). Запустіть віртуальний прилад клавішею Відкрийте файл 3_Formula Waveform example . При необхідності синхронізації зображення, клацніть тумблер "reset signal". Вибирайте спектр сигналу, перемикаючи поле "formula selection". Прокоментуйте зміна форми сигналу в залежності від числа гармонійних складових (гармонік) в спектрі сигналу, що задаються формулою. Зверніть увагу, що вже при двох гармониках, певним чином підібраних за амплітудою і частотою, сигнал починає набувати прямокутну форму. Можете поекспериментувати з формою сигналу, набираючи формулу у вікні "user formula".

Відкрийте файл 4_Signal Generation and Processing.vi (Генерування і обробка сигналу). Комплекс приладів, представлених на лицьовій панелі віртуального кошти вимірів, можна розділити на два блоки. Зліва - два задають генератора (Input signal 1 і Input signal 2). Справа (зверху вниз) два осцилографа і аналізатор спектру.

Цим комплексом приладів виконаємо моделювання вимірювальних процесів. Простежимо трансформацію сигналу в процесі вимірювання його параметрів. При цьому будемо розглядати сигнал, що впливає фізичну величину зовнішню (перешкода) і внутрішню (смуга пропускання засоби вимірювання).

Нехай Input signal 1 імітує сигнал, Input signal 2 імітує перешкоду; перший осцилограф показує стан сигналу і перешкоди на вході засоби вимірювання; другий осцилограф показує їх стан на виході засобу вимірювання; аналізатор спектру показує смугу пропускання засоби вимірювання (вертикальна червона лінія) і спектри сигналу і перешкоди. Спектральні складові (гармоніки), розташовані лівіше вертикальної червоної лінії, знаходяться в смузі пропускання засоби вимірювання і впливають на результат вимірювання. Гармоніки, розташовані праворуч, виходять за межі смуги пропускання засоби вимірювання (фільтруються), їх вплив на результат вимірювання виявляється незначним.

Аналізуючи картину на другому осцилографі, приходимо до висновку, що результати вимірювань можуть бути недостовірні, тому що разом з сигналом ми вимірюємо перешкоду. Спробуємо рознести сигнал і перешкоду по частоті і по формі, вибрати смугу пропускання засоби вимірювання, щоб виконати суперечливі вимоги: не спотворити сигнал і позбутися від перешкоди.

Частоту сигналу виберемо 50 Гц, частоту перешкоди виберемо 200 Гц. Форму сигналу виберемо синусоїдальної, форму перешкоди - прямокутної. Плавно переміщаючи мишею червону лінію аналізатора спектра, встановимо її між єдиною гармонікою сигналу і першою гармонікою перешкоди. Аналізуючи картину на другому осцилографі, приходимо до висновку, що результати вимірів достовірні, тому що перешкода зникла (осцилограма перешкоди виродилася в пряму), а сигнал залишився без спотворень.

Який сигнал легше виміряти без спотворень, синусоїдальний або прямокутний? Спробуйте виконати моделювання для прямокутного сигналу. Спробуйте залишити від прямокутного сигналу дві гармоніки, схожа картина такого сигналу на сигнал, синтезований за формулою в віртуальному приладі 3_Formula Waveform example.vi? Прокоментуйте зміна спектра в залежності від зміни частоти і форми сигналів.

У лівій нижній частині передньої панелі розташоване вікно вибору фільтра. Тип фільтра визначає ступінь придушення поза смуги пропускання і ступінь спотворення в смузі пропускання. Припустимо, що моделюється засіб вимірювання - вольтметр. Чи буде змінюватися значення напруги, що зчитується з вольтметра, якщо амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) вольтметра буде приймати різні форми (в даному прикладі зміна АЧХ еквівалентно вибору фільтра). Поясніть причину виникнення основної та додаткової інструментальної похибки.

Відкрийте файл 5_Get Waveform Time Array example.vi (Приклад форми хвилі за період часу). Змінюючи значення частоти і амплітуди, спостерігайте на екрані зміна форми сигналу. Чи можна назвати отримані зображення фігурами Ліссажу? Як вимірювати параметри такого сигналу?

Відкрийте файл 6_Pulse Demo (Демонстрація імпульсу). Запустіть віртуальний прилад клавішею Відкрийте файл 6_Pulse Demo (Демонстрація імпульсу) . За допомогою цього віртуального приладу можна моделювати вплив на результат вимірювання зовнішніх чинників (регулятором рівня перешкоди, "Additive Noise") і внутрішніх чинників (вибором порядку фільтра, "Filter Order"). На осцилографі, розташованому в правій частині лицьової панелі, червоним кольором зображено вимірюваний сигнал, а зеленим кольором - той же сигнал, але спотворений перешкодами. Необхідно домогтися максимального збігу цих сигналів і, виходячи з отриманого досвіду, сформулювати вимоги для високоточних вимірювань.

У чому, на ваш погляд, полягає особливість прецизійних вимірювань, які виконуються в процесі перевірки? У процесі перевірки виконують передачу розмірів одиниць фізичних величин від еталонів високого рівня до еталонів нижнього рівня і далі до зразковим і робочим засобам вимірювань. Прокоментуйте метрологічну проблему, яка полягає в тому, що чим з більшою точністю прагнуть виконати вимірювання, тим більший вплив надають на об'єкт вимірювання, і тим з меншою точністю можуть отримати результат вимірювання.

Відкрийте файл 7_Function Generator example (Приклад функціонального генератора). Назвіть тип хвилі в електричному сигналі: поздовжня або поперечна. У чому їхня відмінність? Чи має значення врахування типу хвилі при визначенні основних характеристик сигналу: частота, амплітуда, фаза?

Комплекс яких приладів представлений на лицьовій панелі віртуального кошти вимірів?
Які форми сигналів відповідають наступним функціональним залежностям?
Який сигнал легше виміряти без спотворень, синусоїдальний або прямокутний?
Vi?
Чи можна назвати отримані зображення фігурами Ліссажу?
Як вимірювати параметри такого сигналу?
У чому, на ваш погляд, полягає особливість прецизійних вимірювань, які виконуються в процесі перевірки?
У чому їхня відмінність?
Чи має значення врахування типу хвилі при визначенні основних характеристик сигналу: частота, амплітуда, фаза?