Instrumentos Virtuales.-Muchas veces la realizacin de una medida requiere la intervencin de varios instrumentos, unos generan estmulos sobre el dispositivo que se pretende medir y otros recogen la respuesta a estos estmulos. Este conjunto de instrumentos que hace posible la realizacin de la medida recibe el nombre desistemade instrumentacin. Todo sistema de instrumentacin consta de unos instrumentos, un sistema de interconexin de estos instrumentos y un controlador inteligente que gestiona el funcionamiento de todo el sistema y da las rdenes para que una medida se realice correctamente.Elconceptode instrumentacin virtual nace a partir del uso dela computadorapersonal, como forma de reemplazar equipos fsicos por software, permite a los usuarios interactuar con lacomputadoracomo si estuviesen utilizando un instrumento real. El usuario manipula un instrumento que no es real, se ejecuta en una computadora, tiene sus caractersticas definidas por software pero realiza las mismas funcionesque un equipo real,La idea es sustituir y ampliar elementos "hardware" por otros "software", para ello se emplea unprocesadorque ejecute unprogramaespecfico, este programa se comunica con los dispositivos para configurarlos y leer sus medidas. En muchas ocasiones el usuario final del sistema de instrumentacin slo ve la representacin grfica de losindicadoresy botones de control virtuales en la pantalla del ordenador.El concepto de instrumentacin virtual implica adquisicin de seales, el procesamiento,anlisis,almacenamiento,distribuciny despliegue de los datos einformacinrelacionados con lamedicinde una o varias seales, interfazhombre-mquina, visualizacin, monitoreo y supervisin remota delproceso, la comunicacin con otros equipos, etc.Un sistema de instrumentacin virtual est enfocado a los instrumentos encargados de medir seales, registrar datos y decidir lasaccionesde control, evidentemente, se requiere de una etapa de actuacin, que conforma la interfaz entre la computadora y el sistema a controlar, por tanto esta etapa implicar drivers depotenciao transductores de seal especiales. Adems, existen otras etapas auxiliares que no intervienen en el proceso de medida, como es el caso del subsistema dealimentacin.Los inicios de la instrumentacin controlable desde el ordenador, y de hecho de los sistemas de instrumentacin, se sitan a mediados de los aos 60 cuando Hewlett Packard, desarroll subuspara instrumentacin HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus) que permita conectar su gama de instrumentos programables a un ordenador. Esta interface gan rpidamente gran popularidad y en 1975 fue aceptada como un estndar: el IEEE-488. Desde aquellos das hasta ahora el estndar ha sufrido varias modificaciones y el bus GPIB (acrnimo de General Purpose Interface Bus, por el que se le conoce habitualmente) se ha convertido en uno de los ms populares en el campo de la instrumentacin programable. La instrumentacin virtual es un concepto introducido por la compaa Nacional Instruments el ao 2001, los cuales crearon un software que le permita a la computadora realizar mediciones.El trmino "virtual" nace a partir del hecho de que cuando se utiliza el PC como "instrumento" es el usuario mismo quin, a travs del software, define su funcionalidad y "apariencia" y por ello decimos que "vitalizamos" el instrumento, ya que su funcionalidad puede ser definida una y otra vez por el usuario y no por el fabricante.La modelacin de la realidad que tiene lugar como resultado lasimulacin, no constituye un elemento determinante para penetrar en la esencia de la misma y llegar a conocerla, es necesario elempleode procedimientos que la complementen metodolgicamente, y alcanzar entonces losobjetivosy la escenificacin de la misma. La simulacin o virtualizacin consiste por tanto en la representacin de la realidad

DISEODE INSTRUMENTOS VIRTUALESPara construir un instrumento virtual, slo requerimos de una PC, una tarjeta de adquisicin dedatoscon acondicionamiento deseales(PCMCIA, ISA, XT, PCI, etc.) y elsoftwareapropiado.Un instrumento virtual debe realizar como mnimo las tresfuncionesbsicas de un instrumento convencional: adquisicin,anlisisy presentacin de datos.Lainstrumentacinvirtual puede tambin ser implementada en equipos mviles (laptops), equipos distribuidos en campo (RS-485), equipos a distancia (conectados varadio,Internet, etc.), o equipos industriales (NEMA 4X, etc.).Existe una tarjeta de adquisicin de datos para casi cualquierbuso canal decomunicacinen PC (ISA, PCI,USB, serial RS-232, RS-422, paralelo EPP, PCMCIA, CompactPCI, PC/104, VMEbus, CAMAC, PXI, VXI GPIB, etc.), y existe un driver para casi cualquiersistema operativo(WIN /3.1 /95 /2000 /XP /NT, DOS,Unix,Linux, MAC OS, etc.).Algunosprogramasespecializados en este campo son LabVIEW, Agilent-VEE (antes HP-VEE), Cyber Tools, Beta Instruments Manager, Matlab Simulink, etc.

Ruido del sistemaIdealmente, una seal que es digitalizada y entregada por un instrumento virtual es la misma seal que es ingresada al instrumento. Frecuentemente se pueden atribuir las diferencias entre las seales de entrada y salida alruidodelsistema, el cual proviene de un diverso nmero defuentes, incluyendo elmedio ambientey el instrumento mismo.El diseo de un instrumento virtual requiere que se comprenda como el ruido puede afectar la adquisicin de datos, el diseo delhardwarey el medioambiente.Si no se entienden las preocupaciones relativas tales como la interferencia electromagntica (EMI), manejo de la fuente depotencia, puesta atierra, la configuracinelectrnica, etc., entonces no se puede disear un instrumento que sea exacto dentro de un medio ambiente elctricamente ruidoso.Para conseguir determinar el ruido en un sistema con instrumentacin virtual, se debe seguir los siguientes pasos: Primeramente se deben poner a tierra las entradas del instrumento y medir cualquier seal de ruido remanente. Seleccione un canal de entrada del instrumento y conecte las entradas positivas y negativas ala tierradel mismo. Se debern conectar las entradas del conector del instrumento tan cerca del conector como sea posible a fin de reducir cualquier acoplamiento de ruido externo sobre la conexin. Configure el instrumento para adquirir un milln o ms de datos a la deseadavelocidaddemuestreo. Repase slo los cdigos binarios entregados por el instrumento. Ahora cuente cada vez que ocurre uncdigobinario y coloque lainformacinen un histograma. Para un instrumento de 16 bits, su histograma posee 216 intervalos y cada intervalo contiene la cantidad de veces que fue contado el cdigo binario en particular. Luego se deber normalizar los datos adquiridos. Debido a que el instrumento no es ideal, se debern buscar las desviaciones de los datos con respecto al cero. Para normalizar los datos se debe dividir el nmero de ocurrencias en cada intervalo por el nmero total de muestras adquiridas. Esto provee unvalornormalizado que representa laprobabilidadde ocurrencia de un cdigo en particular. Para determinar el peor ruido, se debe encontrar el cdigo que posea la mayor probabilidad y compararlo con el cdigo que se halle ms lejos y posea la menor probabilidad. La diferencia entre los dos en LSBs es el mayor ruido del instrumento.

Inexactitud absolutaLa inexactitud absoluta de un instrumento virtual es la mxima diferencia entre el valor medida entregado por el instrumento y el valor real aplicado en su entrada.Tpicamente, un fabricante provee informacin de la exactitud absoluta para cada rango de entradas y modos que el instrumento puede manejar.Las tablas de exactitud absoluta a menudo incluyen informacin de la exactitud basadas en el perodo transcurrido desde la ltima calibracin del instrumento. Esta variacin de la exactitud con el transcurso deltiempose debe a la desgaste de los componentes electrnicos que constituyen el instrumento.Para tener en cuenta este desgaste, se debe calibrar el instrumento a intervalos de tiempo determinados siguiendo un cronograma de actividades.

Exactitud absolutaLas especificaciones de exactitud absolutas ayudan a determinar la incertidumbre general de las mediciones. La habilidad del instrumento para medir con exactitud una magnitudfsicavara con una serie de factores, tales como: tiempo enservicio,temperatura, humedad,exposicinal medio ambiente y abuso.Para verificar la exactitud absoluta de un instrumento virtual, se deben seguir los siguientes pasos: Utilice la tabla de exactitud absoluta proporcionada por el fabricante y calcule la exactitud para una entrada en particular. En muchos casos, se eligen puntos deensayocerca de los fondos deescalanegativos y positivos del rango de entrada as como tambin el cero. Utilice una fuente de precisin y entre el valor a ensayar al instrumento. Compare las mediciones del instrumento con la exactitud calculada en el primer paso. Un instrumento diseado adecuadamente que se halla calibrado provee resultados de mediciones que cumplen con las especificaciones de exactitud absoluta publicadas por el fabricante.

CALIBRACIN DE INSTRUMENTOS VIRTUALESLa calibracin cuantifica la incertidumbre en lamedicincomparando las mediciones con una norma conocida. Esto verifica que el instrumento se halla operando dentro de especificaciones establecidas.Durante algn tiempo los usuarios comprendieron la necesidad de calibrar instrumentos tradicionales. Los mismosprincipiosse aplican a mediciones realizadas concomputadoras. Se deberan seleccionar instrumentos virtuales que proveanherramientaspara realizar tanto calibraciones internas (conocidas como auto-calibraciones), como calibraciones externas.Las opciones de calibracin externa e interna ofrecen dos beneficios diferentes: con la calibracin externa se puede asegurar que la exactitud de la medicin est sujeta a una norma conocida. Con la calibracin interna, se puede ajustar el instrumento para ser utilizado enmediosambientes diferentes a los cuales se realiz la calibracin externa.Lacalibracin externarequiere el uso de fuentes de alta precisin, tambin conocidas como patrones. Durante una calibracin externa, las constantes de calibracin a bordo y las referencias se ajustan con respecto a las constantes patrn externas. La calibracin externa se reserva a laboratorios demetrologau otrasinstitucionesque mantengannormasverificables. Una vez que se complet la calibracin externa, las nuevas constantes de calibracin se almacenan en un rea protegida dela memoriade los instrumentos y no pueden ser modificadas por el usuario. Esto protege la integridad de la calibracin de la adulteracin.

Debido a que lacalibracin internano se basa en patrones externos, es unmtodomucho ms simple. Con la calibracin interna, las constantes de calibracin del instrumento se ajustan con respecto a referencias precisas existentes en el mismo. Luego de que se calibr externamente el instrumento y colocado en un medio ambiente donde lasvariablesexternas, tales como temperatura, difieren de las del medio ambiente original, se puede utilizar este tipo de calibracin. Finalmente, a diferencia de la calibracin externa, se puede realizar una calibracin interna en cualquier momento utilizando funciones del software que son provistas con el manejador de la placa del instrumento.