使用LabVIEW、PXI、DAQ和DIAdem搭建聲納導流罩監測系統

　　“我們使用NI LabVIEW軟件和NI PXI數據采集硬件開(kāi)發(fā)聲納導流罩監測系統來(lái)采集、處理所有的相關(guān)板載數據，并使用NI DIAdem搭建了一個(gè)后處理系統。”

　　挑戰：

　　對意大利海軍多功能護衛艦(FREMM)聲納導流罩內部不同部件的設計和集成進(jìn)行驗證。

　　解決方案：

　　基于LabVIEW和NI PXI數據采集(DAQ)硬件開(kāi)發(fā)一個(gè)聲納導流罩監測系統(SDMS)，來(lái)采集處理所有的相關(guān)板載數據，并基于NI DIAdem搭建一個(gè)后處理系統。

• 我們需要一個(gè)可以完成以下功能的SDMS：
• 采集數據以分析聲納整流罩的結構和振動(dòng)行為，以及在船只正常運作時(shí)由于流體力學(xué)部件所產(chǎn)生的彈性反應。系統必須能夠提供初步的實(shí)時(shí)細節(DIAdem通過(guò)已記錄的數據集做進(jìn)一步的細節和互相關(guān)分析)
• 計算平臺自身的噪音
• 通過(guò)記錄的數據和分析，對導流罩上機械噪音的傳播及其影響進(jìn)行評估。

　　NI軟件和硬件系統構架的一個(gè)主要優(yōu)勢是技術(shù)數據管理流(TDMS)文件格式，能在實(shí)時(shí)和后處理的狀態(tài)下，將原始數據或處理好的數據與船舶的姿態(tài)和速度，以及推進(jìn)姿態(tài)，RPM和螺旋槳距自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

　　SDMS應用

　　SDMS是按照Orizzonte Sistemi Navali(OSN)公司的規范標準進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，他們是多功能護衛艦主要的承包商。CETENA搭建集成整個(gè)系統，SITEM開(kāi)發(fā)LabVIEW應用程序。

　　DAQ系統是基于PXI/SCXI的平臺，包括了一個(gè)NI PXI-8110控制器，一個(gè)NI PXI-1050機箱，一個(gè)NI PXI-6251多功能數據采集模塊，四個(gè)NI PXI-4462 IEPE加速度計DAQ模塊，和兩個(gè)NI SCXI-1520應變計輸入模塊。

　　即使非專(zhuān)業(yè)的操作員也能使用SDMS記錄所有聲納整流罩相關(guān)的結構和聲音參數。在船舶運轉過(guò)程中，可以使用SDMS記錄所有聲納整流罩相關(guān)的結構和聲音參數，無(wú)需產(chǎn)生過(guò)多數據即可對導流罩內部部件的集成進(jìn)行驗證。

　　SDMS包含兩個(gè)操作模式，在非輔助模式下，SDMS軟件會(huì )檢查重要的傳入信號，根據設定的閾值來(lái)檢測開(kāi)始/停止記錄觸發(fā)。在輔助模式下，觸發(fā)實(shí)時(shí)閾值估算不可使用。用戶(hù)可以選擇是否需要手動(dòng)開(kāi)始或停止一段記錄，并對記錄的數據進(jìn)行管理。操作模式可在窗口主界面的操作選項中進(jìn)行控制。

　　SDMS主要以三種方式對數據采集進(jìn)行管理。在DAQ模擬輸入數據采集中，從DAQ模塊中輸出的信號將直接由應用程序進(jìn)行采集、分析和儲存。在OPC數據采集中，OPC信號通過(guò)TCP/IP連接和以太網(wǎng)連接到船舶管理系統(SMS)進(jìn)行采集。這些信號與一些船舶機械相關(guān)，例如DGs RPM、螺旋槳距，或其他設備狀態(tài)。在UDP數據采集中，信號采集可以通過(guò)導航系統的以太網(wǎng)絡(luò )完成。

　　所有被記錄的數據都以TDMS文件格式儲存。因為它是一個(gè)開(kāi)放的構架，用戶(hù)可以選擇數據分析軟件(比如DIAdem)查看數據。TDMS文件可以包含原始數據，OPC，UDP，加速度計快速傅里葉轉換(FFT)波形，和信道計算(也被稱(chēng)為綜合信道)。

　　SDMS軟件HMI

　　SDMS人機界面(HMI)提供了一個(gè)易于使用的圖形化界面來(lái)管理采集和處理那些根據預見(jiàn)需求所產(chǎn)生的任務(wù)。HMI由一系列已給定任務(wù)的視圖組成并根據功能的同一性進(jìn)行分組。操作員開(kāi)啟SDMS項目即可進(jìn)入主頁(yè)(主界面)。由此可以進(jìn)入SDMS并使用不同的功能，比如連續數據采集、綜合計算、或光譜分析、數據記錄、數據獲取，都由不同的軟件模塊進(jìn)行管理。

　　SDMS HMI在屏幕頂端有固定的標題，用于顯示導航系統(NAVS)和船舶機械中某個(gè)固定OPC和UDP信號的實(shí)時(shí)數值。在屏幕中央顯示用戶(hù)調用的動(dòng)態(tài)子面板。默認的主頁(yè)子面板，也被稱(chēng)為主界面，可以使用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)其他的子面板。SDMS還能計算一些其他的綜合信道。這些信道可能包括應變計、壓力、水聽(tīng)器或加速度計的信號輸入。

　　SDMS通道分組

　　所有通過(guò)NI采集系統進(jìn)行采集的通道都會(huì )被分組。通過(guò)分組，系統在組中通道的一個(gè)綜合信號超出閾值時(shí)，依然能在選定的組中記錄通道的原始數據。

　　數據儲存規格，記錄開(kāi)始事件

　　當船舶速度(UDP信號)超過(guò)了閾值，主記錄事件便會(huì )被檢測到。當主觸發(fā)事件開(kāi)始后，系統會(huì )儲存所有的OPC、UDP和綜合計算信道。之后，主記錄事件會(huì )被檢測，其他分組的閾值會(huì )繼續被評估。系統還具有預觸發(fā)緩沖的特性。整個(gè)記錄過(guò)程會(huì )在觸發(fā)事件檢測前儲存所有與時(shí)間窗口相關(guān)的的數據。SDMS軟件還提供了自動(dòng)硬盤(pán)飽和控制工具。

　　停止記錄，觸發(fā)滯后

　　當以下情況發(fā)生，系統會(huì )停止所有的記錄過(guò)程：

　　1. 主速度返回值低于閾值。這個(gè)事件還會(huì )停止其他組的原始數據記錄。當相關(guān)綜合信道返回值低于閾值，分組原始數據停止記錄。
　　2. 用戶(hù)按下停止記錄按鈕(主界面子面板)

　　SDMS處理

　　SDMS可以對水聽(tīng)器和加速度計原始數據進(jìn)行FFT分析。對于水聽(tīng)器信號，原始數據將根據應用頻譜分析來(lái)完成實(shí)時(shí)自身噪音計算、一個(gè)瀑布圖，以及1/3倍頻程圖形顯示的時(shí)頻頻譜關(guān)系。同樣的，系統會(huì )持續對每一個(gè)傳感器進(jìn)行加速度計FFT計算。