L'instrumentation virtuelle comparée à l'instrumentation traditionnelle

Avec plus de six millions de voies de mesures vendues l’année dernière, National Instruments est un leader mondial de l’instrumentation virtuelleLes ingénieurs utilisent l’instrumentation virtuelle depuis plus de 25 ans et tirent parti de la puissance du logiciel et de la technologie du PC pour les applications de test, contrôle/commande et de conception afin de réaliser des mesures analogiques et numériques du continu à 2,7 GHz. Ce document montre les points communs et les différences entre l’instrumentation virtuelle et les instruments traditionnels.

Qu’est-ce qu’un instrument virtuel et comment se différencie-t-il d’un instrument traditionnel ?

Les instruments virtuels sont définis par les utilisateurs alors que les instruments traditionnels ont des fonctionnalités figées, définies par les fabricants.

Figure n°1. Les instruments traditionnels (à gauche) et les instruments virtuels basés sur le logiciel (à droite) partagent la même architecture mais ont des philosophies radicalement différentes.

Chaque instrument virtuel est composé de deux parties : le logiciel et le matériel. En général, pour une mesure courante, un instrument virtuel a un prix comparable, voire inférieur, à celui d’un instrument traditionnel. De plus, le gain financier augmente avec le temps car les instruments virtuels sont beaucoup plus souples pour faire face à vos évolutions de mesures.
En choisissant de ne pas utiliser des logiciels et des matériels définis par les fabricants, les ingénieurs et les scientifiques bénéficient d’une plus grande flexibilité définie par l’utilisateur. Un instrument traditionnel fournit des fonctionnalités logicielles et de mesures regroupées dans un produit avec une liste déterminée de fonctionnalités accessibles via la face-avant de l’instrument. Un instrument virtuel donne accès aux logiciels et matériels nécessaires aux tâches de contrôle et de mesure. De plus, avec un instrument virtuel, les ingénieurs et les scientifiques peuvent personnaliser l’acquisition, l’analyse, le stockage, le partage et la présentation des données à l’aide d’un logiciel puissant.

Voici quelques exemples pratiques de cette flexibilité :
1. Une application, différents matériels

Pour cet exemple particulier, un ingénieur développe une application en utilisant LabVIEW et une carte d’acquisition de la Série M sur un ordinateur équipé d’un bus PCI dans son laboratoire. Il souhaite créer une application de mesure de tension continue et de température. Une fois le développement terminé, il déploiera l’application dans un système PXI sur le site de production pour réaliser le test sur un nouveau produit. Il peut aussi avoir besoin d’une application portable et, dans ce cas, il sélectionne des produits NI USB DAQ pour cette tâche. Dans cet exemple, quel que soit son choix, il peut utiliser l’instrumentation virtuelle dans un programme simple, dans les trois cas de figure, sans changer son code.

Figure n°2. On peut utiliser la même application avec des matériels différents.

2. Plusieurs applications, un matériel

Figure n°3. Réduisez les coûts en réutilisant le même matériel pour plusieurs applications.

Peut-on comparer les capacités de l’instrumentation virtuelle et celles de l’instrumentation traditionnelle ?

La stratégie de National Instruments consiste à adapter ou utiliser les technologies de pointe de sociétés telles que Microsoft, Intel, Analog Devices, Xilinx, et autres. Pour ses logiciels, National Instruments tire parti des investissements très importants réalisés par Microsoft dans ses systèmes d’exploitation et ses outils de développement. Pour le matériel, National Instruments s’appuie sur les investissements réalisés par Analog Devices dans les convertisseurs A/N.

Fondamentalement, comme l’instrumentation virtuelle est basée sur le logiciel, tout ce que vous pouvez numériser, vous pouvez le mesurer. C’est pourquoi le matériel de mesure peut être étudié sous deux angles : la résolution (bits) et la fréquence. En regardant le graphique ci-dessous, vous pourrez comparer les capacités de l’instrumentation virtuelle par rapport à l’instrumentation traditionnelle. Le but de National Instruments est de repousser les limites de la courbe en fréquence et en résolution et d’innover à l’intérieur de la courbe.

Figure n°4. Comparaison du matériel d’instrumentation virtuelle à celui de l’instrumentation traditionnelle

Les instruments virtuels et les instruments traditionnels sont-il compatibles ?

Beaucoup d’ingénieurs et de scientifiques associent les instruments virtuels et traditionnels dans leurs laboratoires. Il faut noter que certains instruments traditionnels permettent aux ingénieurs et aux scientifiques d’effectuer des mesures spécialisées. Il est parfois préférable que ces mesures soient directement définies par le fabricant plutôt que par l’utilisateur final. Se pose alors la question suivante : est-ce que les instruments virtuels sont compatibles avec les instruments traditionnels ?

Les instruments virtuels sont compatibles avec les instruments traditionnels presque sans exception. Les logiciels d’instrumentation virtuelle fournissent en général des bibliothèques pour s’interfacer avec des bus d’instruments tels que GPIB, série ou Ethernet.

Plus de 200 fabricants d’instruments proposent plus de 4000 drivers d’instruments dans les bibliothèques de drivers d’instruments National Instruments (NI Instrument Driver Library). Les drivers d’instruments mettent à disposition des fonctions de haut niveau et aisément compréhensibles afin de s’interfacer avec les instruments. Chaque driver est spécifique à un modèle d’instrument particulier et fournit une interface à ses fonctions.

Pour trouver un driver d’instrument ou pour apprendre comment en créer un, visitez ni.com/idnet.

En quoi les instruments virtuels et les instruments synthétiques sont-ils différents ?

L’une des grandes tendances de l’industrie du test automatique est le passage aux systèmes de test basés sur des logiciels. Par exemple, le Département de la Défense des États-Unis est l’un des plus gros clients en équipement de test automatique. Afin de réduire le coût de propriété des systèmes de test, ce département, à travers le programme NxTest de la Navy, a spécifié que les futurs équipements pour les applications ATE devront utiliser une architecture basée sur des matériels modulaires et sur des logiciels reconfigurables appelés instrumentation synthétique. L’adoption de l’instrumentation synthétique représente un développement significatif dans les spécifications des futurs systèmes ATE militaires et reflète un changement fondamental puisque le logiciel reconfigurable y occupe une place centrale. Pour développer avec succès des systèmes de test basés logiciels, comme l’instrumentation synthétique, il est nécessaire d’avoir une bonne compréhension des plates-formes matérielles et des outils logiciels, ainsi qu’une bonne compréhension de la différence des architectures au niveau système par rapport aux architectures au niveau instrument.

Le groupe travaillant sur les instruments synthétiques (SIWC : Synthetic Instrument Working Group) définit ceux-ci comme "un système reconfigurable qui associe une série d’éléments matériels et de logiciels élémentaires avec des interfaces standardisées pour générer des signaux ou prendre des mesures en utilisant des techniques numériques". Il existe des points communs avec l’instrumentation virtuelle, qui est "un système défini par le logiciel, où le logiciel, basé sur les demandes des utilisateurs, définit les fonctionnalités du matériel de mesure générique". Les deux définitions partagent le fait que l’instrumentation est définie par le logiciel et s’appuie sur du matériel du commerce. En déplaçant les fonctionnalités de mesure vers du matériel reconfigurable accessible à l’utilisateur, ceux qui adoptent ce type d’architecture bénéficient d’une plus grande souplesse et de la reconfiguration des systèmes, ce qui en retour augmente les performances tout en réduisant les coûts.

Annexes sur l’instrumentation virtuelle

Pour en savoir plus sur l’instrumentation virtuelle, cliquez sur les liens suivants :

• Définition de l'instrumentation virtuelle
• À propos de l’instrumentation virtuelle
• Instrumentation virtuelle pour le test, le contrôle et la simulation
• Le rôle du logiciel en instrumentation virtuelle
• Le rôle du matériel en instrumentation virtuelle

Pour en savoir plus sur les produits d’instrumentation virtuelle, utilisez les liens ci-dessous :

• Tester LabVIEW en ligne
• Catalogue des produits en ligne

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