Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СТРУКТУРА УСТРОЙСТВА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ МОНИТОРИНГА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОБСТАНОВКИ

Соловьев А.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК»
Предложена структура устройства оценки качества функционирования усилителя низкой частоты (УНЧ), основанная на алгоритмическом методе обработки и цифровом представ-лении сигналов, отличающаяся приспособлением к структурным особенностям УНЧ. Про-граммная часть устройства оценки качества функционирования УНЧ обеспечивает изме-рение целевой функции преобразования усилителя и сравнение с заданной математиче-ской моделью усилителя, а аппаратная составляющая, подключенная в режиме согласова-ния с усилителем, позволяет получать экспериментальными данные о параметрах усилите-ля в процессе его функционирования. Предложенный вариант реализации устройства оценки качества УНЧ на основе программы LABVIEW и платы оцифровки сигналов позво-ляет разрабатывать средства контроля различных параметров усилителей и сокращает на два порядка время фиксирования отклонений оцениваемых параметров.
усилитель.
контроль
моделирование
математическая модель
1. Евдокимов Ю.К. LabVIEW для радиоинженеров: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 400 с.
2. Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2002. – 86 с.
3. Ишков А. С. Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлек-тронных средств. – Пенза, 2010. – 62 с.
4. Краус М. Измерительные информационные системы. – М.: Мир, 1975. – 172 с.
5. Соловьев А. М. Математическая модель структурного контроля аппаратуры кана-лообразования // Информационные системы и технологии. 2012. – № 5 (73). – С. 35-41.
6. Соловьев А. М. Моделирование структурного контроля усилителя переменного тока // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2013. – № 3 (29). – С. 145-150.
7. Соловьев А. М. Обоснование выбора системы моделирования структурного контроля усилителей низкой частоты // Научная дискуссия: вопросы технических наук: тезисы докл. XIV Международной заочной научно-практической конференции (Москва, 19 сентября 2013. – М.: Международный центр науки и образования, 2013 г. – С. 85-90.

Построение математической модели УНЧ для оперативной оценки качества функционирования типового усилителя низкой частоты (УНЧ) в технологическом процессе мониторинга радиоэлектронной обстановки, основано на представлении принципиальных усилительных схем эквивалентными схемами (рис. 1), описании их законами Кирхгоффа с последующим расчетом основных параметров (рис. 2) [5,6].

Проведенный анализ [2-4] и результаты исследований [7] показывают, что предъявленное требование может быть выполнено при разработке устройства оценки качества функционирования УНЧ на основе аппаратно-программной платформы. Программная часть устройства оценки качества функционирования УНЧ должна обеспечивать измерение целевой функции преобразования усилителя и сравнение с заданной математической моделью усилителя, а аппаратная составляющая, подключенная в режиме согласования с усилителем, позволить получить экспериментальными данные о параметрах усилителя в процессе его функционирования.

Сравнительный анализ существующих аппаратно-программных платформ построения измерительных систем [2], используемых для построения устройства оценки качества функционирования УНЧ показывает, что с точки зрения требуемой функциональности для измерения параметров усилителей и приемлемой стоимости, наиболее подходящим вариантом реализации устройства является использование аппаратно-программной платформы на основе программного обеспечения LabVIEW и платы DAQ, типовая функциональная схема которого представлена на рисунке 3.

От исследуемого усилителя измерительные сигналы поступают на блок сбора данных, в котором производится их аналого-цифровое преобразование и предварительная обработка.

Выход блок сбора данных связан стандартным интерфейсом с персональным компьютером, на котором установлено программное обеспечение. Персональный компьютер посылая команды управляет блоком сбора данных (БСД), принимает массивы измерительной информации и обрабатывает их по определенным алгоритмам.

Программное обеспечение устройства оценки качества функционирования УНЧ состоит их модуля настройки, модуля управления и среды программирования. Модуль настройки предназначен для настройки БСД. Модуль управления измерительными устройствами позволяет настраивать каналы и измерительные задачи устройства, например, считывать и записывать показания напряжения.

Приложения, разработанные с использованием программного обеспечения, анализируют собранные данные и отображают результаты анализа на дисплее компьютера. Использование языков высокого уровня решает задачи быстродействия и оптимизации вычислительных ресурсов при решении задач измерений, но требует хорошего владения навыками программирования.

В отличие от использования программного кода, применение среды графического программирования LabVIEW облегчает построение функциональной схемы (блок-схемы, диаграммы) устройства оценки качества функционирования УНЧ. Кроме того, за счет наличия в LabVIEW специализированных функций и элементов управлении время разработки программ до 10 раз меньше, чем в универсальных системах программирования.

Использование базы моделей позволяет проводить сравнение результатов измерений с теоретическими расчетами функций преобразования, что и лежит в основе оценки качества функционирования усилительных устройств.

Реализация устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты на основе программного обеспечения LABVIEW и плат DAQ представлена на рисунке 4.

Платы DAQ и терминальный узел входят в состав аппаратной части устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты.

Для функционирования устройства оценки качества программные средства включают необходимое системное обеспечение, реализованное на основе операционной системы Windows и прикладного программного обеспечения, состоящего из драйвера NI-DAQmx, приложения Measurement & Automation Explorer и среды программирования LABVIEW.

Драйвер NI-DAQmx представляет собой набор виртуальных приборов, функций и инструментов для управления измерительными устройствами.

Measurement & Automation Explorer – это высокоуровневое приложение, которое используется для тестирования и настройки DAQ-устройств. Его отличительными особенностями являются простота создаваемых графических конструкций, легкость редактирования поля программы, наглядность и читаемость уже созданных программ, адаптация созданных на ее основе приложений к быстро изменяющимся требованиям.

В LabVIEW интегрированы драйверы средств измерений различных производителей, а использование многочисленных встроенных функций обработки и отображения измерительной информации снижает трудоемкость создания прикладного программного обеспечения.

К преимуществам использования среды программирования LabVIEW для разработки устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты относятся [1]:

1.Гибкость создаваемых приложений при построении измерительных систем. Она обеспечивается в зависимости от требований решаемой задачи, используемой компьютерной платформы, необходимости насыщения системы дополнительными средствами анализа и отображения данных.

2. Высокие эргономические показатели создаваемых виртуальных приборов для разрабатываемого человеко-машинного интерфейса измерительных систем.

3. Отсутствие требований по знанию языков программирования и владению сложными методиками программирования. Применение средств графического программирования позволяет разрабатывать приложения на уровне простых блок-схем и диаграмм.

4. Широкий набор инструментов для разработки интерфейса пользователя, работающего с измерительным и управляющим оборудованием.

5. Возможность включения разрабатываемых приложений в программ-ные модули, написанные на других языках (Pascal, C, C++).

6. Согласно ОСТ 9.2-98, программная продукция компании National Instruments (LabVIEW, LabWindows, LabWindows/CVI и др.) является сертифицированным инструментальным средством разработки программного обеспечения для универсальных систем общего назначения, а ее аппаратура полностью соответствует международным стандартам на организацию измерительно-управляющих устройств и систем.

Созданную в среде LabVIEW прикладную программу называют виртуальным прибором, в состав которого входят две составляющие (рис. 5):

  • лицевая панель виртуального прибора (Front Panel);
  • функциональная панель или диаграмма (Diagram).

Лицевая панель определяет внешний вид виртуального прибора и интерфейс взаимодействия пользователя с прибором. Она содержит различные элементы ввода и управления (выключатели, переключатели, поля ввода и т. д.) и элементы вывода (цифровые индикаторы, графические экраны и т. п.). При создании программ стремятся к тому, чтобы все эти элементы соответствовали аналогичным по назначению элементам, расположенным на лицевой панели традиционных измерительных приборов.

Сочетание программного и аппаратного обеспечения при построении устройства оценки качества функционирования УНЧ дает возможность исследовать математическую модель усилителя, снабдить его экспериментальными данными и оценить степень паразитных влияний при проведении измерений. При таком построении функциональность устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты определяется большей частью программным обеспечением, которое может создаваться пользователем в отличие от традиционных средств измерений, у которых функциональность определяется производителем. Кроме того, устройство оценки качества функционирования усилителей низкой частоты, реализованная на технологии виртуальных приборов, отличается от традиционных средств измерений рядом существенных признаков:

  • создается на платформе персонального компьютера;
  • для создания устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты используется плата сбора данных, которая подключается к компьютеру в качестве внутреннего устройства, и без компьютера функционировать не может;
  • для функционирования устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты используется специализированное программное обеспечение, включающее в свой состав драйверы устройств и средства, формирующие и поддерживающие графический интерфейс пользователя;
  • программное обеспечение придает устройству оценки новые качества и позволяет реализовать новые метрологические функции, причем компьютер, аппаратная и программная части не могут функционировать раздельно, без нарушения целостности виртуального прибора.

Таким образом, предложенный вариант реализации устройства оценки качества усилительных устройств позволяет разрабатывать на ее основе средства контроля различных параметров усилителей. Простота модернизации устройства оценки качества позволяет обеспечить ее применение для измерения параметров усилителей, имеющих различную структуру.

Для измерения времени фиксирования отклонений от требуемого функционирования в среде LabVIEW реализован программный модуль, представленный на рисунке 6.

Сравнительный анализ времени фиксирования отклонений от требуемого функционирования tф, проводимый с использованием осциллографа TektronixDPO-4034 и разработанного устройства оценки качества функционирования УНЧ приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительный анализ времени фиксации отклонений

Показатель

Приборы

Осциллограф TektronixDPO-4034

30 с

Разработанный прибор оценки качества функционирования УНЧ

10 мс

Анализ таблицы 1, показывает, что разработанное устройство позволяет сократить время фиксирования отклонений оцениваемого параметра от требуемого примерно в 300 раз, а, значит, повысить качество функционирования УНЧ в технологическом процессе мониторинга радиоэлектронной обстановки.

Рецензенты:

Еременко В.Т., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Электроника, вычислительная техника и информационная безопасность» (ЭВТИБ) ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК», г.Орёл.

Подмастерьев К.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Приборостроение, метрология и сертификация» ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК», г. Орёл.


Библиографическая ссылка

Соловьев А.М. СТРУКТУРА УСТРОЙСТВА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ МОНИТОРИНГА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОБСТАНОВКИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=11786 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074