Системы сбора данных

2020/2021

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Майнор

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3, 4 модуль

Преподаватели: Красивская Мария Игоревна

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 64

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

В рамках дисциплины рассматриваются основные аспекты построения современных систем сбора данных для выполнения экспериментальных исследований. Дисциплина охватывает вопросы получения сигналов с датчиков, работы с аналоговыми, цифровыми и частотно-временными входными и выходными каналами, организации синхронизации, использования аппаратных и программных механизмов запуска. Также рассматриваются основные источники возникающих погрешностей измерений и возможные меры по их уменьшению. Дисциплина включает в себя лабораторный практикум с использованим многофункционального оборудования сбора данных National Instruments DAQmx и среды разработки National Instruments LabVIEW.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Системы сбора данных» является формирование понимания принципов построения, навыков использования и разработки компонентов систем сбора данных на основе многофункциональных устройств сбора данных National Instruments DAQ и ПК.

Планируемые результаты обучения

ПРО 1 Называть и описывать компоненты систем сбора данных, элементы каналов устройств сбора данных, их параметры, объяснять значение терминов, относящихся к системам сбора данных и их метрологическим характеристикам.
ПРО 2 Объяснять методы, режимы и параметры сбора данных и генерации сигналов, схемы и настройки подключения к системе, способы согласования сигналов, способы синхронизации задач сбора данных, порядок определения погрешностей систем сбора данных.
ПРО 3 Выбирать компоненты и параметры компонентов системы сбора данных, схемы и настройки подключения, способы согласования сигналов, программные инструменты, подходящие для решения конкретной прикладной задачи.
ПРО 4 Использовать программные инструменты для работы с каналами сбора данных, реализовывать многоканальные и синхронизированные измерения, выполнять расчёт метрологических характеристик систем сбора данных.
ПРО 5 Разрабатывать прикладное программное обеспечение для прикладных задач автоматизации измерений и генерации сигналов на основе устройств сбора данных.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Основы сбора данных.
Обзор системы сбора данных DAQ. Структура. Состав, функциональные возможности и особенности применения. Обзор датчиков, типов сигналов, оборудования сбора данных, специального программного обеспечения и средств согласования сигналов. Аппаратное и программное обеспечение сбора данных. Принципы правильного выбора аппаратных компонентов средств сбора данных DAQ. Составляющие и основные параметры DAQ-устройства. Программное обеспечение. Источники погрешностей.
Тема 2. Аналоговый ввод.
Освоение приёмов разработки приложений LabVIEW для осуществления аналогового ввода. Изучение правил заземления системы, определения подходящей частоты дискретизации для предотвращения как явления наложения спектра, так и переполнения буфера. Формирование навыков разработки приложений сбора данных в разных режимах: поточечного сбора данных с программной синхронизацией, конечной выборки данных с буферизацией; непрерывного буферизированного сбора данных.
Тема 3. Аналоговый вывод.
Обзор различных методов генерации уровней напряжения и сигналов через DAQ-устройство. Архитектура аналогового вывода. Поточечная генерация, генерация конечной выборки с буферизацией, непрерывная буферизированная генерация.
Тема 4. Цифровой ввод/вывод.
Изучение цифровых сигналов и приёмов разработки приложений цифрового ввода и вывода с использованием программной и аппаратной синхронизации.
Тема 5. Временной ввод/вывод.
Счетчики. Изучение функциональных возможностей счетчиков DAQ устройства. Знакомство с ключевой терминологией счетчиков. Сигналы счетчиков, составные части счетчиков, настройка контактов для подключения. Освоение приёмов разработки приложений для решения различных измерительных задач с помощью счетчиков.
Тема 6. Согласование сигналов.
Выбор и особенности подходящих способов согласования сигналов, таких как: усиление, ослабление, фильтрация, для требуемой подготовки к дальнейшим измерениям напряжения. Изучение конкретных способов согласования, рекомендованных для различных типов датчиков.
Тема 7. Синхронизация задач сбора данных.
Изучение способов синхронизации задач. Использование счётчиков для синхронизации. Синхронизация измерений на одном или нескольких устройствах.
Тема 8. Метрологическое обеспечение систем сбора данных.
Метрологические характеристики измерительных систем. Измерительные каналы ИС. Структура полной погрешности. Оценка составляющих погрешностей отдельных звеньев. Оценка суммарной погрешности ИС. Методы определения суммарного закона распределения. Оценка доверительного интервала суммарной погрешности ИС.

Элементы контроля

Мини-тест
Практические занятия
Домашнее задание 1
Домашнее задание 2
Экзамен

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.2 * Домашнее задание 1 + 0.2 * Домашнее задание 2 + 0.15 * Мини-тест + 0.2 * Практические занятия + 0.25 * Экзамен

Программа дисциплины