Времена, когда измерительные системы состояли из множества приборов и занимали целые лаборатории, уходят в прошлое. Мощность и доступность современных компьютеров позволяют использовать их для реализации алгоритмов, заложенных в традиционных приборах. Таким образом, роль измерительного устройства сводится к оцифровке сигналов, а их обработка и вывод результатов на экран осуществляется программными средствами:
Рис. 1. Cтруктурная схема автономного измерительного устройства
Рис. 2. Cтруктурная схема виртуального прибора
Поскольку функциональные характеристики системы, построенной на базе виртуальных приборов, определяются программным обеспечением, простая плата АЦП/ЦАП может быть одновременно и вольтметром, и осциллографом, и генератором, и тензометром и каким угодно другим прибором, экономя рабочее пространство и средства пользователя.
Рис. 3. Замена реальных приборов виртуальными
Применение модулей АЦП/ЦАП и ноутбуков с программным обеспечением, эквивалентными целой измерительной лаборатории, значительно расширило возможности измерений в полевых условиях.
Использование технологии беспроводной связи между оцифровщиком данных и компьютером позволяет проводить измерения на подвижных элементах конструкции. Например, комплект плата АЦП/ЦАП + модуль Wi-Fi или Bluetooth устанавливается на подвижной части (на крутящемся валу медленно вращающейся турбины, на автомобиле), а ПК устанавливается на расстояние до 500 м (в зависимости от поставляемой антенны) на неподвижный участок.
Оцифровка сигналов может проводиться в автономном режиме с записью на флэш-накопитель, а обработка — после перенесения записанных сигналов на ПК. Помимо собственно значений сигнала могут записываться, например, координаты расположения устройства. При использовании программ картографии можно воссоздать траекторию движения объекта в процессе эксперимента, наблюдая одновременно положение объекта и его параметры в каждый отсчет времени.
Рис. 4. Cтруктурная схема распределенной системы сбора данных
Разделение аппаратных и программных ресурсов позволило строить распределенные измерительные системы. В узлах сбора данных располагаются платы АЦП/ЦАП, которые подключаются к компьютеру по линиям Ethernet. С синхронизацией устройств по GPS и/или ГЛОНАСС, сигналы от всех плат поступают в компьютер единым потоком и обрабатываются одновременно.
Развитие концепции виртуальных приборов открыло новый этап в создании автоматизированных систем. Использование объектно-ориентированных прикладных программных средств позволяет создавать уникальные приложения с системой анализа и сценариями работы не только программистами, а, например, технологами.
Таким образом, можно выделить следующие преимущества виртуальных приборов:
· снижение затрат;
· экономия места в лаборатории;
· параллельный анализ множества параметров;
· расширение областей применения: в полевых условиях, измерения на подвижных элементах конструкций, в автономном режиме;
· построение многоканальных распределенных систем;
· упрощение создания автоматизированных систем.