Au côté des instruments traditionnels, se présentant dans un boîtier avec une interface homme machine (IHM) et un écran, s’est développée une offre conséquente d’instruments modulaires se pilotant par un PC via leur liaison USB. Emmanuel Roset, ingénieur produits acquisition de données chez National Instruments, répond aux questions que peuvent se poser certains utilisateurs. Il présente les applications, les limites et les évolutions attendues par ce type d’instrumentation auquel appartient NI VirtualBench, un instrument tout en un sans face-avant intégrant cinq fonctions de mesures les plus couramment utilisées : oscilloscope, générateur, alimentations, multimètre, et E/S numériques.
1- Certains constructeurs d’instruments modulaires parlent d’instrumentation virtuelle ou de virtualisation. Pourtant ces instruments n’ont rien de virtuels. Où se situe la virtualisation ?
Emmanuel Roset : La virtualisation se situe au niveau du logiciel, elle indique que l’interface n’est plus physique mais programmable. Depuis 40 ans, National instruments a utilisé son savoir-faire et basé sa stratégie sur cette façon de réaliser des systèmes de mesures adaptables aux différents besoins. Ils s’utilisent de la même façon qu’un instrument avec une interface physique, mais peuvent être évolutifs sans avoir besoin de changer tout l’appareil. En extension de cette idée, NI propose que les utilisateurs créent les instruments eux mêmes pour extraire les données de mesures pour faire des tests, la validation dans la mise au point d’un produit ou la maintenance. Pour cela, un logiciel de programmation graphique simplifié permet de réaliser les interfaces virtuelles pour les mesures. Le matériel quant à lui est le plus générique possible basé sur des Entrées/Sorties analogiques et numériques afin de recréer la plupart des instruments classiques avec un seul matériel. L’ensemble permet de réduire les coûts et c’est ce qui fait sa popularité.
Dernièrement NI a lancé VirtualBench un instrument tout en un sans face-avant intégrant les cinq fonctions de mesures les plus couramment utilisées : oscilloscope, générateur, alimentations, multimètre, et E/S numériques. L’idée est de disposer d’un appareil pratique qui s’utilise sur table et qui ne nécessite l’apprentissage d’un langage ou d’une interface complexe. Tout doit être sous la main et interagir en même temps. On augmente la tension d’alimentation et on observe les modifications sur l’oscilloscope de manière naturelle. Les logiciels sont parfaits pour modifier l’interface virtuelle dynamiquement et ne présenter que les fonctions minimales et nécessaires sans ajouter de perturbations visuelles.
2- Ces modules instruments, qui se connectent via une liaison USB se pilotent par PC via un logiciel. Est-ce qu’il est toujours nécessaire de télécharger une application spécifique ? Leur contrôle par un smartphone ou une tablette est-il possible ?
Emmanuel Roset : Dans le cas des instruments à fonctions spécifiques comme des oscilloscopes ou multimètres ou VirtualBench, ceux-ci sont fournis pour la plupart avec un logiciel dont les fonctions sont définies. Avec VirtualBench, le chargement de l’application s’effectue automatiquement comme une clé USB. Ces logiciels sont parfois disponibles sur différents supports autres que les PC comme des smartphones ou tablettes. Quand il faut automatiser les mesures, pas besoin d’interface sophistiquée, juste un indicateur « validé » suffit. Mais quand il faut se déplacer et surveiller à distance le système de mesure, une tablette ou un smartphone est plus adaptée. Ce dernier permet par exemple de recevoir des alarmes et de piloter à distance le procédé par une face-avant réalisée sur mesure par le client. Pour le contrôle, sur VirtualBench et la tablette associée, il est même possible de taper du coude sur la table pour prendre une mesure lorsqu’on a les mains occupées ! Les capteurs de vibrations de la tablette servent au déclenchement ou à la capture d’image de la face-avant.
3- Ces modules USB sont souvent dédiés à une fonction de mesure. Certains modules combinent-ils plusieurs fonctionnalités?
Emmanuel Roset : Quand il faut combiner des instruments entre eux, la question du choix des instruments s’impose. NI a choisi d’être le plus générique possible et ainsi toucher un maximum d’utilisateurs. Ajouter un analyseur de réseau à un instrument combiné présente le risque de ne pas être souvent utilisé et augmente fortement le prix de l’appareil. Tous les instruments de mesures reposent sur une même base, la conversion numérique d’une tension à une certaine vitesse et avec une certaine résolution. Ce qui les différencie c’est le conditionnement qui permet l’amplification, l’isolation ou l’adaptation à d’autres grandeurs physiques. Un instrument universel est donc la combinaison de fonctions particulières.
4- Quelles sont les applications typiques visées par de tels instruments ?
Emmanuel Roset : Les instruments modulaires sont en général dédiés à des systèmes de test automatisés qui doivent être configurables et évolutifs. On combine des cartes pour créer de nouveaux systèmes. Dans le cas des applications de maintenance ou de validation en laboratoire, des instruments plus compacts et pratiques sont alors nécessaires. Intervient alors le choix de recourir à des instruments multifonction. Côté multimètres par exemple, il existe depuis longtemps des appareils de table mixant des mesures de résistances, fréquences, capacités… toujours plus de fonctions y sont intégrées ! Le besoin de combinaison s’impose.
5- Quel est l’avantage pour l’utilisateur des modules USB ?
Emmanuel Roset : Les instruments qui proposent des fonctions tout en un tel que VirtualBench, commercialisé à partir de 1980 euros, sont attractifs par leur prix, leur praticité et le gain de place qu’il procure. L’interface virtuelle rend l’outil évolutif et permet la prise en compte des retours des utilisateurs pour introduire de nouvelles fonctionnalités.
6- Est-ce que tous ces modules peuvent être alimentés par la liaison USB du PC ? Est ce que la vitesse de transfert de l’USB ou la compacité du boîtier affectent leurs performances ?
Emmanuel Roset : Les instruments qui comportent beaucoup de fonctions sont en général trop gourmands en énergie pour être alimentés uniquement par USB ou sur une batterie. Une alimentation externe est utilisée. Ainsi les liaisons physiques ou non tels que l’USB ou le WiFi servent de communication pour transférer le résultat des mesures et non pas toutes les données. C’est la différence avec des systèmes d’acquisition de données qui transfèrent la totalité des mesures et pourraient présenter une limite due à la communication. Dans la catégorie instrument, les données sont analysées et stockées en partie localement. La vitesse des liaisons n’affectent donc pas les performances.
7- Quelles sont les principales avancées qu’ont récemment connu ces instruments ?
Emmanuel Roset : Les instruments virtuels dit « tout-en-un » révolutionnent la prise de mesures qui devient possible avec une tablette sans fil ou uniquement avec un PC comme interface. Ils offrent une interface matérielle uniquement dédiées aux connexions sans aucun bouton de réglage.
8- Quelle sont les évolutions envisageables ?
Emmanuel Roset : Les instruments historiquement séparés ont d’abord été intégrés sur des cartes pour être regroupés dans des plates-formes PC. L’étape suivant a été leur regroupement dans un seul boîtier communicant à distance vers des plates-formes mobiles ou en réseau. L’avenir est dicté par les technologies adjacentes qui font évoluer les interfaces homme-machine. Qui sait si pointer la caméra de la tablette sur le système à mesurer ne permettra pas de visualiser directement les mesures en surimpression dans l’image ? Et pourquoi ne pas s’appuyer sur l’assistant vocal du smartphone pour paramétrer les mesures.
9- Pour quels types de mesures, de niveaux de performances et d’applications les instruments traditionnels restent incontournables ?
Emmanuel Roset : On peut envisager toutes les performances possibles avec des instruments virtuels, seuls les coûts dirigent les choix des clients et des constructeurs. Les instruments traditionnels qui possèdent les fonctions les plus spécifiques et pour des applications très particulières sont alors incontournables. Simplement pour des raisons de rentabilité. Les appareils plus génériques et souvent utilisés sont progressivement privilégiés par l’instrumentation virtuelle. Mais l’évolution naturelle est de virtualiser toutes les interfaces et de mélanger les fonctionnalités.
