Измерения в LabVIEV (200,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Д. БАРАН, Ю.В. МОРОЗОВ ИЗМЕРЕНИЯ В LabVIEW Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия НОВОСИБИРСК 2010 1

Стр.1

УДК 681.518.3(075.8) Б 241 Рецензенты: В.П. Разинкин, д-р техн. наук, профессор Д.Н. Голышев, канд. техн. наук, доц. Работа подготовлена на кафедрах систем сбора и обработки данных и теоретических основ радиотехники и в авторизованном региональном учебном центре «Центр технологий National Instruments» Баран Е.Д. Измерения в LabVIEW : учеб. пособие / Е.Д. Баран, Ю.В. Морозов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 162 с. ISBN 978-5-7782-1428-6 Изложены базовые принципы проектирования автоматизированных измерительных систем с использованием системы графического программирования LabVIEW, технических и программных средств корпорации National Instruments. Рассмотрены физические принципы восприятия и предварительной обработки измеряемых величин, схемы подключения датчиков и согласования их с измерительной аппаратурой, реализация типовых процедур измерения с помощью встраиваемых в компьютер устройств сбора данных. Ориентировано на студентов технических специальностей, связанных с автоматизацией экспериментальных исследований, испытаниями радиоэлектронной, электромеханической и другой промышленной продукции, автоматизацией технологических процессов и производств. Будет полезно студентам АВТФ, РЭФ, ФТФ, ФЛА и ряда других факультетов при выполнении лабораторных практикумов, курсовых проектов и выпускных работ. УДК 681.518.3(075.8) ISBN 978-5-7782-1428-6 © Е.Д. Баран, Ю.В. Морозов, 2010 © Hовосибиpский государственный технический университет, 2010 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Условные обозначения ............................................................................................ 8 Предисловие ............................................................................................................. 9 Глава 1. ИЗМЕРЕНИЯ И ВИРТУАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ..................................... 13 Контрольные вопросы ........................................................................................... 16 Глава 2. СРАВНЕНИЕ ВСТРАИВАЕМЫХ УСТРОЙСТВ И АВТОНОМНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СБОРА ДАННЫХ ................................................................................................. 17 2.1. Системы сбора данных на основе встраиваемых устройств общего назначения .................................................................................................... 17 2.1.1. Взаимодействие компьютера с устройствами сбора данных ............. 19 2.1.2. Роль программного обеспечения .......................................................... 19 2.1.3. NI-DAQ ................................................................................................... 20 2.2. Автономные приборы .................................................................................. 20 Контрольные вопросы ........................................................................................... 22 Глава 3. КОНФИГУРИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ........ 23 3.1. Установка и конфигурирование технических средств ............................. 23 3.2. Конфигурирование аппаратуры в среде Windows .................................... 24 3.2.1. Measurement & Automation Explorer ..................................................... 24 3.2.2. DAQ Assistant ......................................................................................... 25 3.2.3. Псевдонимы VISA и логические имена IVI ........................................ 25 3.2.4. Аппаратура FieldPoint ............................................................................ 25 3.3. Конфигурирование аппаратных средств в операционной системе Mac OS ............................................................................................. 26 3.3.1. Утилита NI-DAQ Configuration ............................................................. 26 3.3.2. Утилита NI-488.2 Configuration ............................................................ 26 3.3.3. Конфигурирование последовательных портов на компьютерах Macintosh .................................................................................................. 26 Контрольные вопросы ........................................................................................... 27 Глава 4. ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ ........................................................................ 28 4.1. Сбор данных о сигналах .............................................................................. 28 4.2. Источники сигналов .................................................................................... 29 4.2.1. Заземленные источники сигнала .......................................................... 29 4.2.2. Плавающие источники сигнала ............................................................ 30 4.3. Кондиционирование сигналов .................................................................... 31 4.3.1. Усиление ................................................................................................. 31 4.3.2. Линеаризация ......................................................................................... 32 4.3.3. Возбуждение датчика ............................................................................ 33 4.3.4. Развязка ................................................................................................... 33 4.4. Измерительные системы ............................................................................. 33 3

Стр.3

4.4.1. Измерительные системы с дифференциальными входами ................ 34 4.4.2. Использование заземления в измерительных системах с несимметричным входом .................................................................... 37 4.4.3. Выводы по способам подключения источников сигналов к измерительным системам ................................................................... 38 4.5. Аппаратная, или программная, синхронизация ........................................ 40 4.6. Частота дискретизации ................................................................................ 40 4.6.1. Наложение спектра ................................................................................ 40 4.6.2. Частота отчета сигнала .......................................................................... 42 4.7. Цифровой ввод-вывод ................................................................................. 43 4.7.1. Цифровые линии и порты ..................................................................... 45 4.7.2. Квитирование ......................................................................................... 45 4.8. Запуск ............................................................................................................ 46 4.8.1. Запуск по фронту аналогового сигнала ............................................... 46 4.8.2. Аналоговый запуск в зоне ..................................................................... 47 4.8.3. Цифровой запуск по фронту ................................................................. 48 4.9. Обработка сигнала ....................................................................................... 49 4.9.1. Фильтрация ............................................................................................. 49 4.9.2. Взвешивание ........................................................................................... 49 4.10. Калибровка устройства .............................................................................. 51 4.10.1. Внешняя калибровка ............................................................................ 52 4.10.2. Внутренняя калибровка ....................................................................... 52 Контрольные вопросы ........................................................................................... 52 Глава 5. СОЗДАНИЕ ТИПОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ .... 54 5.1. Элементы управления вводом-выводом .................................................... 54 5.1.1. Имя устройства DAQmx (DAQmx Name Control) ............................... 54 5.1.2. Логическое имя IVI (IVI Logical Name Control) .................................. 55 5.1.3. Имя VISA-ресурса (VISA Resource Name) .......................................... 55 5.1.4. Точки ввода-вывода FieldPoint (FieldPoint I/O Point Control) ............ 55 5.1.5. Имя ресурса Motion (Motion Resource Name Control) ......................... 55 5.2. Полиморфные VI .......................................................................................... 55 5.3. СвойстваAPI-функций ................................................................................. 56 5.4. Создание типового DAQ-приложения ....................................................... 56 5.4.1. Физические и виртуальные каналы ...................................................... 57 5.4.2. Использование задачи в NIDAQmx ...................................................... 58 5.4.3. Элементы управления и отображения аналоговых и цифровых сигналов (Waveform Control и Digital Waveform Control) .................. 58 5.5. Создание типового VISA-приложения ....................................................... 63 5.6. Создание типового приложения на базе FieldPoint ................................... 63 5.6.1. Каналы и элементы ................................................................................ 64 5.6.2. Использование органа управления FieldPoint IO Point ....................... 64 Контрольные вопросы ........................................................................................... 64 4

Стр.4

Глава 6. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ................... 65 6.1. Измерения с помощью NI-DAQmx ............................................................ 66 6.2. Измерение постоянного напряжения с помощью автономных измерительных приборов ............................................................................ 68 Контрольные вопросы ........................................................................................... 69 Глава 7. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА .................... 70 7.1. Измерение напряжения переменного тока с помощью встраиваемых устройств сбора данных .............................................................................. 70 7.1.1. Измерение действующего значения ..................................................... 71 7.1.2. Измерение значений максимума, минимума и размаха напряжения ............................................................................................. 72 7.2. Использование автономных измерительных приборов для измерения переменного напряжения ............................................................................ 73 7.2.1. Измерение размаха напряжения с помощью автономного измерительного прибора ....................................................................... 74 7.3. Измерение напряжения переменного тока с помощью FieldPoint ........... 75 Контрольные вопросы ........................................................................................... 76 Глава 8. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ............................................................ 77 8.1. Измерение температуры с помощью NI-DAQmx ..................................... 77 8.2. Измерение температуры с помощью VI FieldPoint ................................... 79 Контрольные вопросы ........................................................................................... 79 Глава 9. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА................................................................... 80 9.1. Измерение тока с помощью NI-DAQmx .................................................... 82 9.2. Измерение тока с помощью автономного измерительного прибора ....... 83 9.3. Измерение тока с помощью VI FieldPoint.................................................. 84 Контрольные вопросы ........................................................................................... 85 Глава 10. ИЗМЕРЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ............................................................ 86 10.1. Измерение деформации с помощью VI NI-DAQmx ............................... 88 10.2. Измерение деформации с помощью VI FieldPoint .................................. 89 Контрольные вопросы ........................................................................................... 89 Глава 11. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ..................................................... 90 11.1. Схемы подключения сопротивления ........................................................ 90 11.1.1. Двухпроводная схема измерения сопротивления ............................. 90 11.1.2. Четырехпроводная схема измерения сопротивления ....................... 91 11.2. Измерение сопротивления с помощью цифровых мультиметров (DMM) ......................................................................................................... 92 Контрольные вопросы ........................................................................................... 93 Глава 12. ГЕНЕРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ............................................................ 94 12.1. Обзор методов генерации напряжения .................................................... 94 12.1.1. Поточечный аналоговый вывод .......................................................... 94 12.1.2. Буферизированный аналоговый вывод .............................................. 94 5

Стр.5

12.1.3. Подключение сигналов аналогового вывода ..................................... 95 12.2. Генерация напряжения с помощью NI-DAQmx ...................................... 96 12.3. Генерация напряжения с помощью автономных приборов ................... 98 Контрольные вопросы ........................................................................................... 99 Глава 13. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА ................ 100 13.1. Измерение частоты аналогового сигнала с использованием NI-DAQmx ................................................................................................ 100 13.2. Измерение частоты с помощью автономных измерительных приборов ................................................................................................... 101 13.3. Измерение частоты с фильтрацией ........................................................ 102 Контрольные вопросы ......................................................................................... 104 Глава 14. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ, ПЕРИОДА И ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА ............................................................. 105 14.1. Общие сведения о счетчиках .................................................................. 105 14.1. Устройство счетчика ............................................................................... 106 14.2. Измерение временных характеристик сигналов ................................... 106 14.3. Погрешность квантования....................................................................... 108 14.4. Измерение временных характеристик с помощью двух счетчиков .... 110 14.4.1. Погрешность квантования при измерении характеристик высокочастотных сигналов методом двух счетчиков ..................... 111 14.4.2. Реализация метода двух счетчиков с использованием VI NI-DAQmx ...................................................................................... 112 14.4.3. Применение метода двух счетчиков для расширения диапазона измерения ............................................................................................ 112 14.4.4. Погрешность квантования при использовании двух счетчиков для расширения диапазона измерения ............................................. 114 Контрольные вопросы ......................................................................................... 115 Глава 15. ГЕНЕРАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ ........... 116 15.1. Общие сведения о генерации цифровых импульсных сигналов ......... 116 15.2. Генерация цифровых импульсных сигналов с использованием VI NI-DAQmx ........................................................................................... 120 15.3. Генерация цифровых импульсных сигналов с помощью FieldPoint VI .............................................................................................. 121 Контрольные вопросы ......................................................................................... 122 Глава 16. УПРАВЛЕНИЕ АВТОНОМНЫМИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ С ПОМОЩЬЮ LabVIEW ......................................... 123 16.1. Общие сведения о драйверах автономных измерительных приборов ................................................................................................... 123 16.1.1. Установка драйверов приборов ........................................................ 124 16.1.2. Организация драйверов приборов .................................................... 124 16.1.3. Типы драйверов приборов ................................................................. 126 6

Стр.6

16.2. VISA в LabVIEW ...................................................................................... 127 16.2.1. Коммуникации с использованием ASCII сообщений и коммуникации на регистровом уровне .......................................... 127 16.3. Проверка связи с прибором ..................................................................... 128 16.3.1. Проверка связи с помощью Instrument I/O Assistant ....................... 129 16.3.2. Проверка связи с помощью функций VISA ..................................... 129 16.3.3. Проверка связи с помощью Getting Started VI ................................. 130 16.4. Общие входы и выходы VI драйверов приборов .................................. 130 16.5. Разработка VISA-приложений ................................................................ 131 16.5.1. Использование свойств VISA ........................................................... 132 16.5.2. Использование VISA-событий .......................................................... 132 16.5.3. Использование VISA VI с расширенными возможностями ........... 133 16.6. Приемы работы с данными и строками ................................................. 133 16.6.1. Манипулирование данными с помощью Instrument I/O Assistant ...................................................................... 134 16.6.2. Команды форматирования строк ...................................................... 134 16.6.3. Форматирование данных, полученных от прибора ........................ 135 Контрольные вопросы ......................................................................................... 139 Заключение ........................................................................................................... 140 Приложение. Типы приборов ............................................................................. 142 П. 1. Приборы с интерфейсом GPIB ................................................................ 142 П. 1.1. Контроллеры, передатчики и приемники ........................................ 142 П. 1.2. Характеристики аппаратных средств ............................................... 143 П. 2. Связь с использованием последовательного порта ............................... 143 П. 2.1. Скорость передачи данных ............................................................... 144 П. 2.2. Общая характеристика аппаратных средств последовательного интерфейса ........................................................................................... 145 П. 2.3. Подключение прибора с последовательным интерфейсом ........... 145 П. 3. Модульные измерительные системы стандарта PXI ............................ 146 П. 4. Модульные измерительные приборы ..................................................... 146 Использованная литература National Instruments ............................................. 147 Дополнительная литература ............................................................................... 147 Глоссарий ............................................................................................................. 149 7

Стр.7