Виртуальные приборы на основе индуктивных датчиков

В этом разделе рассмотрен подход к построению виртуальных приборов, заключающийся во включении в конструкцию платы сбора данных преобразователя для индуктивных датчиков, а также описан один из виртуальных приборов - многоканальный мультиметр.

Под «виртуальным прибором» в широком смысле понимают совокупность программных и аппаратных средств, включающих в себя наряду с компьютером плату интерфейса IEEE-488 и внешний по отношению к компьютеру измерительный прибор. На экране монитора формируется панель управления, обычно схожая с лицевой панелью реального прибора. Управление прибором (переключение режимов работы, диапазонов измерения и т.д.) осуществляется посредством клавиатуры или мыши, при этом результаты измерений «не теряются», как в обычном приборе, а могут быть сохранены в памяти компьютера.

Вся электронная часть измерительного прибора сконструирована на одной печатной плате, размещённой внутри компьютера, для неё разработано программное обеспечение сбора данных, их обработка, представление результатов выводится на экран монитора и хранятся в памяти. На основе таких печатных плат разработаны приборы нового поколения - осцилографы и самописцы, спектроанализаторы и логические анализаторы, мультиметры и широкодиапазонные радиоприёмники, частотометры и генераторы сигналов специальной формы и др.

В функциональном отношении такие приборы ничем не уступают «обычным» измерительным приборам с микропроцессором и каналом связи с компьютером, а по стоимости в несколько раз ниже.

Одно из основных направлений применения виртуальных приборов - мониторинг технологических процессов и отдельных устройств, что предполагает измерение физических величин, многие из которых имеют неэлектрическую природу (перемещение, давление, температура, влажность и т.д.).

Но учитывая, что потребителями плат сбора данных являются специалисты разной квалификации, разного уровня подготовки и не всегда адаптацию виртуального прибора к решению конкретной измерительной задачи, то выход видится во включении в виртуальный прибор первичного преобразователя и разработке соответствующего программного обеспечения, в максимальной степени адаптированного к решению типовых задач, присущих данному преобразователю. Тогда задача пользователя будет заключаться лишь в подключении датчиков к виртуальному прибору, размещению их в зоне контроля и инициализации соответствующей прикладной программы.

Для реализации данного подхода к построению виртуальных приборов была разработана специализированная плата сбора данных, включающая в себя первичный преобразователь для индуктивных датчиков. Причин по которым были выбраны именно эти датчики, несколько:

· на их основе можно решать достаточно широкий круг задач, начиная от измерения геометрических размеров и заканчивая измерением электрических токов и магнитных полей.

· с их помощью можно бесконтактно измерять перемещения металлических объектов, например вибраций, ударных воздействий и т.д.

· на их показания слабо влияют неблагоприятные внешние условия (влага, пыль, грязь), что является важным фактором при работе в производственных условиях.

С помощью коммутации импульсов тока, возбуждающих в датчиках переходные процессы, реализован многоканальный режим работы, что позволяет одновременно работать с несколькими датчиками, причём по функциональному назначению датчики могут отличаться друг от друга.

Для современных многоканальных измерительно-вычислительных комплексов, используемых для диагностики сложных объектов, важным показателем является производительность, определяемая главным образом быстродействием датчиков и числом измерительных каналов. У датчиков индуктивного типа, для преобразования параметров используют мостовую схему или

LC - колебательный контур. Длительность однократного измерения у них обычно находится на уровне одной миллисекунды, а коммутация измерительных каналов вызывает переходные процессы, не позволяющие существенно повысить быстродействие датчиков.

В связи с этим целесообразно использовать для преобразования параметров непосредственно сам переходный процесс, возбуждаемый в индуктивных датчиках кратковременными электрическими импульсами.

Индуктивный датчик

Технические данные:

1. Рабочий диапазон перемещения……………0,6 мм

2. Мах диапазон……………………………….…3 мм

3. Измерительное усилие…………………….…150 г.

4. Число катушек……………………………….……2

5. Число витков в катушке…………………….….260

6. Питание

- напряжение…………………………5 В

- частота…………………………..500 Гц

7. Чувствительность……………….не менее 5 мВ/мк

8. Точность…………………………………0,001 мкм

Многоканальный мультиметр, основное назначение которого - измерение физических величин, не изменяющихся со временем, например таких, как геометрических размеров объекта. Преобразование выходного сигнала с датчиков в соответствующую физическую величину осуществляется на основе сплайн-интерполяции. Программа производит статическую обработку исходных данных, предоставляет возможность оперативной оценки погрешности и коррекции результатов измерений.

Описание активного интерфейса пользователя (графическая оболочка программы), разработанного с использованием программы «С++», для работы с многоканальным мультиметром.

При нажатии на значок «Код измерений» в нижнем окошке устанавливается курсор. В нём можно задать любые числа в диапазоне от 0 до 1000. Установленное число, программно может наращиваться по единице до конечного значения.

В окне «Размер» появляется одна из трёх фраз, зависящая от измеренных показаний:

9. Результаты измерений соответствуют технологическим параметрам.

10.Результаты измерений не соответствуют технологическим параметрам. Возможна доработка.

3. Результаты измерений не соответствуют технологическим параметрам доработка невозможна.