Avtomatizirani in virtualni merilni sistemi

Visokošolski učitelji: Bojkovski Jovan, Drnovšek Janko

Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

Vpis v prvi letnik podiplomskega študija

Vsebina:

• zgradba avtomatiziranih in virtualnih merilnih sistemov
• kvantizacija in analogno-digitalne pretvorbe
• komunikacijski vmesniki
• programska in razvojna orodja za avtomatizacijo merjenj
• strojna oprema
• kakovost merilne programske opreme

Cilji in kompetence:

• razšititi in poglobiti znanje o programski opremi in elementih za avtomatizacijo merilnih sistemov
• spoznati se z komunikacijskimi vmesniki (serijski, paralelni), ki so najbolj zastopljeni v industrijskih procesih
• proučiti bistvene zahteve digitalne obdelave signalov z metrološkega stališča
• spoznati razvojna okolja za avtomatizacijo merjenj v industrijskih in raziskovalnih okoljih
• podrobno spoznati sodobne "vizualne jezike" in virtualne merilne instrumente ter njihovo uporabno vrednost
• ugotoviti ključne paramtere pri zagotavljanju kakovosti merilne programske opreme

Predvideni študijski rezultati:

Znanje in razumevanje: napredni pojmi iz področja avtomatizacije merilnih sistemov, razumevanje ustroja virtualnih merilnih sistemov zgrajenih s pomočjo "vizualnih" jezikov in drugih sodobnih programskih orodij, osnovni pojmi iz kakovosti merilne programske opreme

Metode poučevanja in učenja:

• predavanja,
• seminarji,
• laboratorijske vaje

Zakaj predmet "AVTOMATIZIRANI IN VIRTUALNI MERILNI SISTEMI" ?

Predmet na celovit način obravnava avtomatizacije merjenj in spoznavanje ustrezne tehnologije merilne instrumentacije. Pridobi se znanje o ustrezni programski opremi in elementih za avtomatizacijo merilnih sistemov, vključujoč povezavo z bazami podatkov.

VAJE

Virtualni osciloskop

S pomočjo programskega paketa LabView je treba izdelati virtualni osciloskop.
Sistem vsebuje računalnik z ustrezno programsko (LabVIEW) in strojno (kartica za zajemanje in generiranje napetosti, ter signalni generator) opremo. Programska podpora naj vsebuje osnovne funkcije “normalnega” osciloskopa (prikaz na ekranu, zajemanje več različnih signalov, proženje, avtomatsko nastavitev parametrov v odvisnosti od vhodnega signala, izračun efektivnih vrednosti napetosti, amplitude napetosti ter peak to peak vrednosti napetosti, frekvence, periode).

Umerjanje digitalnega multimetra

S pomočjo programskega paketa LabView je treba izdelati programsko podporo kalibratorju Fluke 5101 B ter merilniku HP 34401A. Sistem vsebuje računalnik z ustrezno programsko (LabView) in strojno (IEEE 488 kartica) opremo, kalibrator Fluke 5101B ter DVM HP 34401A.

Merjenje efektivne (RMS) napetosti

Merilni sistem vsebuje računalnik z ustrezno programsko opremo (LabVIEW) in strojno opremo (kartica za zajemanje podatkov AT MIO 16E ali kompatibilna, komunikacijski vmesnik RS 232 in GPIB, referenčni multimeter HP 34401A, funkcijski generator HP 33120A). Merilnik na osnovi metode analognega računanja izdelajte s pomočjo integriranih vezij AD737JN in AD636JH. Merilnik na osnovi neposrednega vzorčenja izdelajte na osnovi kartice za zajemanje podatkov in programske opreme LabVIEW.

Invazivno merjenje krvnega tlaka

Merilni sistem naj vsebuje tlačni pretvornik, cevke in T-člene za povezavo pretvornika z referenčnim manometrom (aneroidni ali živosrebrni sfigmomanometer), usmernik za napajanje pretvornika, voltmeter za merjenje napetostnega izhoda pretvornika in osebni računalnik, ki preko GPIB vodila kontrolira meritev in shranjuje merilne rezultate. Program v okolju LabVIEW omogoča vnos poljubnega števila (i) referenčnih tlakov (p0) in avtomatično shranjevanje poljubnega števila zaporednih meritev (n) izhodne napetosti invazivnega pretvornika krvnega tlaka (U).

Avtomatizacija merilne tehtnice

S pomočjo programskega paketa LabVIEW je treba izdelati programsko podporo analitski tehtnici Mettler PB602, območje uporabe od 0,01 g do 610 g, set uteži F1. Sistem vsebuje računalnik z ustrezno programsko (LabVIEW) in strojno (ena serijska vrata) opremo, tehtnico Mettler AB z RS232 konektorjem, ter uzstrezne uteži potrebne za proces kalibracije in merjenja mase.

Umerjanje kontaktnih termometrov

S pomočjo programskega paketa LabVIEW je treba izdelati programsko podporo za suhi kalibrator ter digitalni indikacijski termometer. Sistem vsebuje računalnik z ustrezno programsko (LabVIEW) in strojno opremo (serijska vrata, IEEE-488 kartica), suhi kalibrator Jupiter 650 (območje uporabe 35 °C do 650 °C) z ustreznim RS 232 priključkom, ter digitalni indikacijski termometer Omega DP 95 z ustreznim IEEE-488 priključkom.

Brezkontaktno merjenje temperature

S pomočjo programskega paketa LabView je treba izdelati programsko podporo za pirometer Minolta Land Cyclops 300AF. Sistem vsebuje računalnik z ustrezno programsko (LabView) in strojno opremo (serijska vrata), pirometer Minolta Land Cyclops 300AF (območje uporabe –50 °C do 1000 °C) z ustreznim RS 232 priključkom.

Realno izvedljivi predlogi študentov

Glede na to, da vaje pri predmetu niso striktno omejene, z vajo 8 dopuščamo možnost, znotraj seveda določenih mej, izvedbo vaje, ki je rezultat študentskega predloga. Vaja mora biti zasnovana kot zgoraj 7 navedenih primerov, ter mora soditi v sklop merilnih sistemov. Zaželjeno bi bilo, da je tudi teoretično ozadje vaje merilno naravnano, rezultat same vaje pa povezan z komunikacijskimi vodili, oziroma avtomatizacijo meritev ter obdelavo podatkov.

npr. Pametni lonček

Skupaj s kolegi iz drugih fakultet smo se odločili za izdelavo tako imenovanih pametnih lončkov za rože, zelenjavo in zelišča. Lonček sam bo meril parametre, ki so potrebni za uspešno vzgajanje rastlin prav tako bo pa v končnem produktu vseboval rezervoar za vodo in črpalko. Ideja je da bi bili vsi lončki povezani v oblak in uporabnik bi mu lahko v realnem času nastavljal pogoje za zalivanje. Prav tako bo uporabniku lonček sporočal kaj se dogaja z rastlino in ali potrebuje kakšno posebno pozornost, za to bo skrbela spletna aplikacija in aplikacija na mobilnem telefonu, uporabnik si bo pa lahko sam določil kdaj in pri katerih pogojih naj se lonček naprimer zalije.

Gradiva

Temeljni literatura in viri:

1. Drnovšek, J.; Bojkovski, J,: Avtomatizirani in virtualni merilni sistemi, Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko 2012
2. Lang, T.T: Computerized Instrumentation. New York: John Wiley & Sons Inc. 1991
3. Carr, J.J.: Elements of Electronic Instrumentation and Measurement. 3. izdaja. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall. 1996
4. Morris, A.S.: The essence of measurement. London, New York: Prentice-Hall. 1996
5. Lang, T.T: Electronics of measuring systems. Chichester, New York: John Wiley & Sons Inc. 1994
6. Bentley, J.P.: Principles of Measurement Systems. 3. izdaja. New York: John Wiley & Sons Inc. 1995
7. Morris, A.S.: Measurement and Instrumentation Principles. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2001
8. Regtien, P.P.L.: Measurement Science for Engineers. London, Sterling: Kogan Page Science. 2004