基于PXI平臺(tái)的傳感器測量系統(tǒng)

傳統(tǒng)的傳感器測量系統(tǒng)通常是預(yù)定義且不靈活的。隨著應(yīng)用需求不斷變化，傳統(tǒng)的傳感器測量系統(tǒng)對通道數(shù)的擴(kuò)展和最新計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用的限制性愈加突出。NI SC Express系列產(chǎn)品引進(jìn)了新的傳感器測量技術(shù)，為基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PXI平臺(tái)可擴(kuò)展傳感器測量系統(tǒng)提供了簡化的可調(diào)整體系架構(gòu)。除了降低復(fù)雜性之外，NI SC Express系列產(chǎn)品還有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：更高的測量精度、更靈活的同步和更高的數(shù)據(jù)吞吐量。

　　1、內(nèi)置信號調(diào)理，提高測量精度

　　許多傳感器在將輸出精確數(shù)字化之前需要對其進(jìn)行信號調(diào)理，如放大、激勵(lì)、隔離和濾波等。通常，我們通過連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的獨(dú)立前端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理，將調(diào)理后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。而如今，全新技術(shù)和微型化能夠幫助公司將信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成到同一設(shè)備中，由于沒有了可能引起出錯(cuò)的電纜和接頭，測量精度得到進(jìn)一步提高。同時(shí)，內(nèi)置信號調(diào)理還減少了測量系統(tǒng)中的組件數(shù)量，從而簡化了安裝、維護(hù)和校準(zhǔn)，并降低了高通道數(shù)測量系統(tǒng)的尺寸和成本。

　　SC Express模塊帶有內(nèi)置信號調(diào)理，為PXI平臺(tái)提供高精度傳感器測量。目前有超過70家的PXI廠商提供1500多種模塊，利用這些模塊，PXI平臺(tái)幫助您開發(fā)高度靈活的單一測量系統(tǒng)，滿足大部分測量應(yīng)用的不同需求，同時(shí)避免了使用專用外形尺寸或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)總線的風(fēng)險(xiǎn)。

　　例如，在高級熱處理室使用可擴(kuò)展高精度測量將得益于全新SC Express技術(shù)。熱處理室內(nèi)的儀器必須以很高的精度測量數(shù)百個(gè)熱電偶，以便精確測量并控制熱處理室的溫度分步。使用NI PXIe-4353 SC Express模塊，您只需要單個(gè)PXI機(jī)箱就能測量544個(gè)熱電偶通道。

　　2、靈活、高性能的同步

　　為了有效使用和分析數(shù)據(jù)，您必須知道數(shù)據(jù)的時(shí)間相關(guān)性。在采集來自不同傳感器類型的多個(gè)設(shè)備的通道信號，或者當(dāng)傳感器空間分步較廣時(shí)，相關(guān)同步數(shù)據(jù)的復(fù)雜度大大提高。同步是選擇測量系統(tǒng)需要考慮的最重要的方面。

　　在過去的十多年中，PXI平臺(tái)為測量系統(tǒng)提供了世界頂尖的同步性能。PXI Express相比于PXI，能夠?yàn)闇y量I/O設(shè)備提供更高的同步，并保持向下兼容性。PXI Express背板中的100 MHz差分時(shí)鐘確保多個(gè)儀器將采樣時(shí)鐘基于相同的參考源。背板觸發(fā)線路確保機(jī)箱中所有設(shè)備按照相同的100 MHz時(shí)鐘邊沿進(jìn)行協(xié)同觸發(fā)。和之前的PXI機(jī)箱一樣，定時(shí)和同步模塊可以在單個(gè)PXI Express機(jī)箱中，以更高精度的時(shí)基代替背板時(shí)鐘，該模塊還可以用于同步多個(gè)PXI Express機(jī)箱中的測量設(shè)備。如果應(yīng)用需要對分布在長距離的多個(gè)機(jī)箱進(jìn)行同步，可以利用GPS或IRIG-B模塊，借助共用時(shí)鐘信號進(jìn)行多機(jī)箱同步。

　　SC Express模塊使用PXI Express總線提供單個(gè)機(jī)箱或多個(gè)機(jī)箱的設(shè)備之間的緊密同步。例如，NI PXIe-4330橋式傳感器輸入模塊在一個(gè)機(jī)箱中的單個(gè)模塊或不同模塊之間的通道間偏差小于100 ns。此外，NI在單個(gè)機(jī)箱中配置多個(gè)SC Express模塊進(jìn)行同步，增強(qiáng)了NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序軟件功能。如下圖所示，您可以在NI LabVIEW圖形化編程環(huán)境或基于文本的通用語言(例如.NET)環(huán)境下，使用單個(gè)NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)配置并讀取來自系統(tǒng)中多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而大大簡化所需的代碼。如果您使用這個(gè)編程方法，驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)配置所有定時(shí)和觸發(fā)線路，并保持原有性能。

　　圖1：NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)從NI PXIe-4330橋式傳感器輸入模塊和NI PXIe-4496加速度計(jì)輸入模塊讀取同步的張力和加速度計(jì)數(shù)據(jù)。

　　結(jié)構(gòu)測試應(yīng)用通常需要對應(yīng)變儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)測量進(jìn)行同步，從而對所測量到的壓力數(shù)據(jù)和有限元分析模型中的數(shù)值進(jìn)行精確比較。

　　使用單個(gè)NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)，可輕松讀取利用NI PXIe-4330橋式傳感器輸入模塊和NI PXIe-4496加速度計(jì)輸入模塊測量到的同步應(yīng)力和振動(dòng)，進(jìn)行精確的壓力測量。隨著設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜(如用更強(qiáng)更輕的材料制成的機(jī)翼)，和傳統(tǒng)儀器不同，SC Express更能靈活適應(yīng)結(jié)構(gòu)測試不斷變化的需求。

　　3、高數(shù)據(jù)吞吐量

　　高通道數(shù)測量系統(tǒng)必須將大量數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)控制器上，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析或流盤進(jìn)行后期分析。過去，通信總線帶寬是通道數(shù)或系統(tǒng)中最大采集速度的限制因素。解決這個(gè)限制的唯一方法是為采集設(shè)備增加板載內(nèi)存，從而在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到更高的采集速度。但是這樣做，不僅增加了成本，也使采集軟件更加復(fù)雜，用戶也無法實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)。

　　SC Express模塊基于PXI Express總線，提供了每個(gè)設(shè)備250 MB/s帶寬將數(shù)據(jù)傳送回控制器上。如圖2所示，全新的SC Express模塊可以擴(kuò)展到更高通道數(shù)，而不超過通信總線帶寬。

　　圖2：SC Express模塊的總吞吐量隨著通道數(shù)增加而增加。

　　當(dāng)通信總線不是測量速度或通道數(shù)的限制因素時(shí)，處理速度或?qū)懭氪疟P性能可能會(huì)影響系統(tǒng)性能。使用NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序，可以將數(shù)據(jù)直接傳送到技術(shù)數(shù)據(jù)管理流(TDMS)文件格式中，它提供了高達(dá)400 MB/s的記錄吞吐量，能夠快速處理太字節(jié)數(shù)據(jù)。您可以使用LabVIEW數(shù)據(jù)搜索工具包或NIDIAdem數(shù)據(jù)管理軟件方便地對這些大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行管理、分析、可視化和報(bào)告有用信息。

　　許多軍事和航天測試工程師需要測量數(shù)百個(gè)處于不同電壓或地電平的模擬信號。除了能夠靈活擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)通道外，測量系統(tǒng)必須具備通道間隔離的模擬輸入，以便安全地測量來自這些測試單元的信號。NI PXIe-4300高電壓模擬輸入模塊和帶有TDMS功能的NI DAQmx能夠很好地滿足這些測試單元的挑戰(zhàn)。

　　快速方便地構(gòu)造可擴(kuò)展高通道數(shù)傳感器管理系統(tǒng)

　　SC Express模塊在PXI Express總線上提供了集成信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，其帶有的世界領(lǐng)先的同步和高數(shù)據(jù)吞吐量提供了更高精度的測量。結(jié)合模塊與NI-DAQmx特性(包括TDMS和多設(shè)備任務(wù))，就可以方便地構(gòu)建可擴(kuò)展傳感器測量系統(tǒng)，滿足您高通道數(shù)測量應(yīng)用的獨(dú)特需求。