基于PXI平臺的傳感器測量系統(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)的擴展和最新計算技術(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平臺可擴展傳感器測量系統(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)品還有三個優(yōu)點：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、隔離和濾波等。通常，我們通過連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的獨立前端系統(tǒng)實現(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的電纜和接頭，測量精度得到進(jìn)一步提高。同時，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，同時避免了使用專用外形尺寸或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)總線的風(fēng)險。

　　例如，在高級熱處理室使用可擴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PXI機箱就能測量544個熱電偶通道。

　　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)的時間相關(guān)性。在采集來自不同傳感器類型的多個設(shè)備的通道信號，或者當(dāng)傳感器空間分步較廣時，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，能夠為測量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差分時鐘確保多個儀器將采樣時鐘基于相同的參考源。背板觸發(fā)線路確保機箱中所有設(shè)備按照相同的100 MHz時鐘邊沿進(jìn)行協(xié)同觸發(fā)。和之前的PXI機箱一樣，定時和同步模塊可以在單個PXI Express機箱中，以更高精度的時基代替背板時鐘，該模塊還可以用于同步多個PXI Express機箱中的測量設(shè)備。如果應(yīng)用需要對分布在長距離的多個機箱進(jìn)行同步，可以利用GPS或IRIG-B模塊，借助共用時鐘信號進(jìn)行多機箱同步。

　　SC Express模塊使用PXI Express總線提供單個機箱或多個機箱的設(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機箱中的單個模塊或不同模塊之間的通道間偏差小于100 ns。此外，NI在單個機箱中配置多個SC Express模塊進(jìn)行同步，增強了NI-DAQmx驅(qū)動程序軟件功能。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NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)配置并讀取來自系統(tǒng)中多個設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而大大簡化所需的代碼。如果您使用這個編程方法，驅(qū)動程序自動配置所有定時和觸發(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加速度計輸入模塊讀取同步的張力和加速度計數(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加速度計輸入模塊測量到的同步應(yīng)力和振動，進(jìn)行精確的壓力測量。隨著設(shè)計越來越復(fù)雜(如用更強更輕的材料制成的機翼)，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)傳送到主機控制器上，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析或流盤進(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，用戶也無法實時查看數(shù)據(jù)。

　　SC Express模塊基于PXI Express總線，提供了每個設(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，處理速度或?qū)懭氪疟P性能可能會影響系統(tǒng)性能。使用NI-DAQmx驅(qū)動程序，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)百個處于不同電壓或地電平的模擬信號。除了能夠靈活擴展到數(shù)百個通道外，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)建可擴展傳感器測量系統(tǒng)，滿足您高通道數(shù)測量應(yīng)用的獨特需求。