基于LXI的儀器實(shí)現(xiàn)物理測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)

像溫度、應(yīng)力、壓力和流量等物理測(cè)量廣泛應(yīng)用在工業(yè)和控制等領(lǐng)域中，這些物理測(cè)量的實(shí)現(xiàn)常常需要面對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性、測(cè)量位置分散、測(cè)量的連線等諸多問題?；?SPAN onmouseover=_tipon(this) onmouseout=_tipoff()>LXI標(biāo)準(zhǔn)的新儀器允許測(cè)試設(shè)備放置在測(cè)試點(diǎn)以及提供簡(jiǎn)易的設(shè)置和時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，能有效解決或改善這些問題。

物理測(cè)量經(jīng)常用在設(shè)計(jì)驗(yàn)證、監(jiān)測(cè)和控制應(yīng)用中以確定物理參數(shù)，例如溫度、應(yīng)力、壓力和流量。這些物理測(cè)量采用傳感器將物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成電壓、電阻或者頻率，然后通過某種測(cè)量設(shè)備對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。這些物理測(cè)量相關(guān)的一些挑戰(zhàn)包括：測(cè)量的準(zhǔn)確性、測(cè)量的位置、測(cè)量的物理連線、測(cè)量的設(shè)置與執(zhí)行。

工程師在數(shù)據(jù)采集時(shí)通常需要采集和分析來自多個(gè)位置的數(shù)據(jù)。例如，工程師需要監(jiān)測(cè)和控制大樓中不同位置的溫度，化學(xué)工程師可能需要監(jiān)測(cè)和控制像汽油或者飲料等流體的流動(dòng)。這些類型的測(cè)量一般需要到不同測(cè)量位置的長(zhǎng)連接線，或者安裝在不同位置的測(cè)量設(shè)備。使用長(zhǎng)的連接線通常需要很高的成本，可能因?yàn)橥獠吭肼晫?duì)微弱的電信號(hào)的干擾影響到測(cè)量的精度。

圖1：到網(wǎng)絡(luò)的不同連接方案。

將測(cè)量設(shè)備安裝在測(cè)量位置處是一種較好的辦法。然而，對(duì)于上面所述的應(yīng)用，這要求工程師要么使用很貴的GPIB(通用接口總線延長(zhǎng)器或者在每個(gè)測(cè)量位置使用一臺(tái)電腦?；蛘咴谀承┣闆r下，工程師手動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，將數(shù)據(jù)保存在測(cè)試設(shè)備中，然后再下載到PC中。對(duì)于分布式數(shù)據(jù)采集來說，上面的這些方法都不是理想的方案。

測(cè)量的設(shè)置和執(zhí)行同樣也可能具有挑戰(zhàn)性。在設(shè)計(jì)驗(yàn)證中，工程師通常必須進(jìn)行物理測(cè)試以確保最終的產(chǎn)品將能滿足在不同條件下的規(guī)范。設(shè)計(jì)工程師可能測(cè)量溫度來評(píng)估熱量的上升、冷卻以及在產(chǎn)品外殼內(nèi)的氣流效應(yīng)，以便能設(shè)計(jì)出滿足要求的風(fēng)扇。測(cè)量的各個(gè)方面的定義通?？赡芊浅７爆崳ǔ?huì)難以記得這個(gè)測(cè)量是否已經(jīng)完成。

溫度是最常見的物理測(cè)量。溫度測(cè)量通過使用熱電偶來實(shí)現(xiàn)，電阻溫度檢測(cè)器(RTD)或者熱敏電阻傳感器將溫度轉(zhuǎn)變成電壓或者電阻，然后通過測(cè)試設(shè)備(如萬用表)測(cè)量這個(gè)電壓或者電阻。熱電偶是兩個(gè)不同金屬形成的結(jié)，當(dāng)這個(gè)結(jié)被加熱，熱電偶產(chǎn)生一個(gè)電壓。這個(gè)電壓與參考結(jié)點(diǎn)的電壓相比較，差值用來確定相關(guān)的溫度。RTD和熱敏電阻都是基于阻抗的傳感器。隨著溫度變化，傳感器的輸出電阻相應(yīng)地改變。傳感器的選擇應(yīng)該基于測(cè)量的類型以及精度和線性度。

幾乎任何的萬用表都可以用來測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電壓或電阻。對(duì)于基本的萬用表，萬用表測(cè)量參數(shù)值，需要工程師將電壓值轉(zhuǎn)換成物理測(cè)量值。然而，有一些儀器可以直接支持傳感器，包括內(nèi)部對(duì)傳感器的補(bǔ)償和直接顯示測(cè)試值。

除了使用直接支持傳感器的儀器外，當(dāng)今某些儀器(包括萬用表)中一些額外功能能幫助解決這些挑戰(zhàn)。這些功能包括：幫助儀器設(shè)置與實(shí)現(xiàn)的軟件；支持的方程式，因此設(shè)備不支持的傳感器輸出可以輕易地轉(zhuǎn)換成工程單位；具有復(fù)用器或通用開關(guān)的儀器將很多測(cè)試點(diǎn)或傳感器連接到測(cè)試儀器；幫助確定測(cè)量是否在期望的范圍之內(nèi)的告警功能。

圖2：34980A多功能開關(guān)/測(cè)量設(shè)備的儀器網(wǎng)頁。

安捷倫34970A和34980A開關(guān)/測(cè)試產(chǎn)品支持這些功能，在進(jìn)行物理測(cè)量時(shí)這些功能對(duì)工程師的工作可以起到很大幫助。

基于LXI的新儀器如何幫助測(cè)試

符合LXI的新儀器通過提供允許測(cè)試設(shè)備放置在測(cè)試點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)以及提供簡(jiǎn)易的設(shè)置和時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，能幫助解決這些挑戰(zhàn)。LXI標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵特性包括：

* 用于連接和通信方案的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

* 定義驅(qū)動(dòng)器的編程、發(fā)現(xiàn)與安全的接口標(biāo)準(zhǔn)

* 從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問的儀器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(instrument web server)

* 時(shí)間與事件同步觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)

* 大小、功率、冷卻和LED指示器的物理標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)進(jìn)行物理測(cè)量時(shí)，LXI的以太網(wǎng)需求允許儀器連接到網(wǎng)絡(luò)，這樣儀器將能更靠近被測(cè)試設(shè)備放置，可以在遠(yuǎn)端很容易地收集測(cè)量值和對(duì)測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工程師監(jiān)測(cè)在一棟大樓、多棟大樓或者甚至全球的若干個(gè)位置中的多個(gè)溫度點(diǎn)，可以將LXI儀器放在被測(cè)試設(shè)備的旁邊，很容易地通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)回到中央PC?，F(xiàn)在的物理連接更短，減少了整體成本以及噪聲干擾對(duì)測(cè)試的影響。

以太網(wǎng)需求也提供了一種到網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單連接。它通過以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)來定義如何通過網(wǎng)絡(luò)訪問儀器。以太網(wǎng)的一些關(guān)鍵方面包括動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)和動(dòng)態(tài)或手動(dòng)域名系統(tǒng)(DNS)來分配IP地址，以及可選的Auto-MDIX來自動(dòng)確定和調(diào)整以太網(wǎng)電纜線的極性。使用這些標(biāo)準(zhǔn)使其很容易將儀器連接到網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于不同的銷售商的實(shí)現(xiàn)能保持一致。

可以將儀器連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶訪問或者更快的響應(yīng)時(shí)間，可以使用專用的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于個(gè)人應(yīng)用，可以使用交叉線連接到本地電腦。

圖3：溫度監(jiān)控應(yīng)用的一個(gè)頁面示例。

通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問儀器

儀器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(instrument web server)允許通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對(duì)儀器訪問。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在儀器內(nèi)，而儀器網(wǎng)頁由儀器提供支持，不需要安裝任何特別的軟件，網(wǎng)頁可以通過不同操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看。

采用儀器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，工程師可以打開一個(gè)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，輸入連接到網(wǎng)絡(luò)的儀器的IP地址，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可以直接訪問該儀器。LXI標(biāo)準(zhǔn)定義網(wǎng)頁的最低要求內(nèi)容。某些儀器提供基本的功能，提供儀器的簡(jiǎn)單信息觀察用于監(jiān)控目的，而其他產(chǎn)品提供全功能的圖形網(wǎng)頁界面，通過圖形網(wǎng)絡(luò)界面可以完全訪問和控制儀器。

安捷倫34980A多功能開關(guān)/測(cè)量系統(tǒng)得到了LXI協(xié)會(huì)的認(rèn)證，通過圖形網(wǎng)頁界面提供了對(duì)儀器的完全測(cè)量和控制功能。一旦通過圖形網(wǎng)頁界面建立了對(duì)儀器的接入，可以很容易地對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)量設(shè)置、執(zhí)行并解決問題。以溫度測(cè)量和設(shè)置為例，簡(jiǎn)單地打開DMM配置窗口，選擇期望的測(cè)量功能(見圖3)。

34980A通過允許每個(gè)通道被配置用于某個(gè)特定的測(cè)量，提供了很容易的測(cè)量設(shè)置。34980A支持AC/DC電壓，2線和4線阻抗、頻率、周期和AC/DC電流。34980A還直接支持溫度傳感器，傳感器的變換在儀器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

同樣，因?yàn)?4980A支持通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的儀器訪問和控制，能輕易地實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)之間工程師的協(xié)作：如果測(cè)試上存在問題，在不同地點(diǎn)的工程師可以登錄到儀器的網(wǎng)頁，監(jiān)控或者改變產(chǎn)品的配置；進(jìn)行測(cè)試并且無須一定在儀器旁邊就能解決問題，這種界面可以用登錄密碼來進(jìn)行保護(hù)。34980A網(wǎng)頁界面還支持產(chǎn)生報(bào)告來發(fā)現(xiàn)儀器的狀態(tài)和系統(tǒng)開關(guān)、發(fā)送/接收SCPI命令以及監(jiān)控總線上的流量。

基于時(shí)間或者事件測(cè)量的觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)

通過規(guī)定三類LXI儀器，LXI的觸發(fā)要求允許更靈活的儀器觸發(fā)。C類儀器是基本類產(chǎn)品，包括LAN發(fā)現(xiàn)、配置、網(wǎng)絡(luò)界面和物理標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容。LXI定義了LAN事件包， C類儀器對(duì)這個(gè)事件包的實(shí)現(xiàn)是可選的。這些包可以觸發(fā)儀器，就像任何其他觸發(fā)一樣。儀器發(fā)送這個(gè)包來表明在儀器或者被測(cè)設(shè)備上發(fā)生了一些事件。例如，一個(gè)測(cè)試設(shè)備可以告訴掃描儀通過網(wǎng)絡(luò)快速、高效地進(jìn)入到下一個(gè)通道。

B類儀器要求支持LXI LAN事件和觸發(fā)，并增加了對(duì)IEEE 1588的需求。IEEE 1588提供了在儀器中準(zhǔn)確同步實(shí)時(shí)時(shí)鐘的一種方法。采用IEEE 1588時(shí)鐘，儀器可以對(duì)測(cè)量加入時(shí)戳(time-stamp)，或者可以在將來被配置成對(duì)觸發(fā)進(jìn)行響應(yīng)。這允許對(duì)等的和多播(單對(duì)多)通信，可以讓一個(gè)儀器告訴其他儀器在什么時(shí)候開始或者停止一個(gè)測(cè)量。這對(duì)于分布式數(shù)據(jù)采集來說非常有用，這種應(yīng)用中在多個(gè)位置的測(cè)量需要被同步并加入時(shí)戳。

A類儀器具有C類和B類儀器的所有要求，但是增加了一個(gè)針對(duì)相互鄰近放置的儀器的低等待時(shí)間硬件觸發(fā)總線。這種情況是基于事件的觸發(fā)，為工程師提供對(duì)觸發(fā)的快速響應(yīng)，這對(duì)于那些需要幾乎實(shí)時(shí)響應(yīng)的情況來說是非常重要的。

銷售商正在開發(fā)IEEE 1588解決方案，這種新觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)使得對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行同步成為可能，即使這些設(shè)備位于不同的地方。

本文小結(jié)

采用今天的儀器一些物理測(cè)量挑戰(zhàn)可以很容易地解決，這些儀器能直接支持傳感器，具有相關(guān)的軟件、支持的公式和報(bào)警。使用基于LXI的儀器還具有下面的好處：

* 一種多個(gè)銷售商支持的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試開發(fā)快速而簡(jiǎn)單，能保證兼容性和測(cè)試壽命。

* 很容易將儀器放在網(wǎng)絡(luò)上，靠近被測(cè)設(shè)備。對(duì)于分布式數(shù)據(jù)采集來說非常有用，可以監(jiān)控在多個(gè)地方的測(cè)試。

* 易于連接到網(wǎng)絡(luò)，具有已定義好的標(biāo)準(zhǔn)，不同銷售商之間的實(shí)現(xiàn)具有一致性。

* 通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，方便對(duì)測(cè)量進(jìn)行訪問，這對(duì)于對(duì)遠(yuǎn)端的監(jiān)控測(cè)試來說非常有用。一些儀器支持完全的測(cè)量控制，允許簡(jiǎn)單的測(cè)試設(shè)置，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器與其他的工程師一起解決問題。

* 在觸發(fā)上具有更多的靈活性，允許基于時(shí)間或者基于事件觸發(fā)的測(cè)量同步。利用基于時(shí)間的觸發(fā)可以很容易地實(shí)現(xiàn)在多個(gè)地點(diǎn)的儀器同步。

作者：Sheri DeTomasi

開關(guān)/測(cè)量產(chǎn)品經(jīng)理

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