PXI多通道瞬態(tài)信號測試系統

摘 要： 采用National Instruments(NI)公司高速示波器和定時(shí)模塊，對石油行業(yè)中的電起爆/點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗研究，開(kāi)發(fā)出一套火工品器件的瞬態(tài)時(shí)間特性測試系統?；贚abVIEW 高效的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和強大功能以及LabVIEW Signal Processing Toolset豐富的信號處理函數，結合PXI-5112和PXI-6602硬件模塊，成功有效地完成了電起爆/點(diǎn)火器件信號的瞬態(tài)時(shí)間特性的實(shí)驗測試。

系統硬件構成及實(shí)現

系統主要由主控計算機、PXI采集系統和中間適配器三部分組成（如圖1所示）。主控計算機和PXI數據采集系統通過(guò)PXI-MXI-3連接。中間適配器主要用于現場(chǎng)試驗儀器的啟動(dòng)控制以及提供12路引爆外觸發(fā)數字信號。

系統中12 路點(diǎn)火/引爆信號由6 塊PXI-5112 數字示波器模塊采集完成。PXI-5112 具有兩路8位垂直分辨率的模擬輸入通道，最高實(shí)時(shí)采樣率為100MS/s；具有CH0、CH1、TRIG 三路硬件觸發(fā)通道，觸發(fā)方式包括數字觸發(fā)和模擬觸發(fā)。試驗時(shí)系統需實(shí)時(shí)記錄采集信號并進(jìn)行事后處理以檢測各通道的信號前延、峰值時(shí)間等參數，因此要求12 路起爆信號必須同步進(jìn)行采樣。系統設計中將PXI背板時(shí)鐘總線(xiàn)和RTSI同步觸發(fā)總線(xiàn)結合，實(shí)現6塊PXI-5112工作的時(shí)鐘同步和觸發(fā)同步，工作方式為Master-Slave方式。同時(shí)，系統要求用于觸發(fā)外部?jì)x器的同步觸發(fā)脈沖，系統設計采用定時(shí)計數模塊PXI-6602的8路定時(shí)計數器輸出作為同步觸發(fā)輸出，保證整個(gè)系統儀器觸發(fā)和采集觸發(fā)的同步工作。

系統同步觸發(fā)、采集設計

測試系統的重點(diǎn)是實(shí)現外部?jì)x器設備和PXI系統中采集模塊及定時(shí)計數模塊的同步觸發(fā)和同步采集。PXI總線(xiàn)為每一個(gè)插槽提供誤差小于1ns的10MHz參考時(shí)鐘，示波器模塊PXI-5112通過(guò)Phase-Locked Loop(鎖相環(huán))技術(shù)可以使100MHz的采樣時(shí)鐘與10MHz的參考時(shí)鐘保持同步。軟件設計時(shí)，將PXI背板總線(xiàn)上的10MHz參考時(shí)鐘路由到RTSI總線(xiàn)上作為6塊PXI-5112的工作時(shí)鐘，保證時(shí)鐘同步；將Master PXI-5112的Stop Trigger通過(guò)RTSI總線(xiàn)，作為觸發(fā)信號觸發(fā)其余五塊Slave PXI-5112，保證采集同步。定時(shí)計數模塊PXI-6602具有8個(gè)32位定時(shí)/計數器和32位5V TTL數字I/O，100kHz、20MHz、80MHz三個(gè)內部時(shí)基，多種靈活的工作模式保證了進(jìn)行高精度的計數和定時(shí)。軟件設計中仍通過(guò)配置各路定時(shí)計數器共用一個(gè)Gate門(mén)限信號，用一路數字I/O輸出啟動(dòng)所有定時(shí)計數通道同步輸出。同步觸發(fā)及同步采集軟件設計流程如圖2所示。

測試軟件設計

系統測試軟件采用虛擬儀器的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)圖形化軟件開(kāi)發(fā)平臺，它包含豐富的用于數據采集、分析、表達及存儲的庫函數，提供了巨大的編程靈活性和完善的性能，提供了實(shí)現儀器編程與數據采集系統的便捷途徑，以及在大量熟練用戶(hù)基礎上定型的功能強大的輔助工具，具有很高的可靠性，能夠充分實(shí)現操作靈活、功能強大和用戶(hù)界面友好的軟件設計要求。軟件是測試系統的重要組成部分，它將系統中各部分的功能有機結合，并在其相互協(xié)作和數據傳遞的過(guò)程中起決定性的作用，使整個(gè)系統有效、穩定地運行。根據測試系統要求，系統測試軟件的功能結構如圖3所示。系統管理軟件實(shí)現人機信息交互、設備管理、信號采集、數據的存儲和分析處理以及信息的顯示和表達等功能調度。

實(shí)驗測試

該系統經(jīng)設計、調試完成后，完成了電起爆/點(diǎn)火實(shí)驗。參數配置：采樣率100MS/s，采集時(shí)間10ms，CH0觸發(fā)，觸發(fā)方式Edge，觸發(fā)電平1V，預觸發(fā)10%。利用控件Graph的Graph Plaette屬性中圖形縮放和光標測量功能測量觸發(fā)信號前沿到點(diǎn)火、起爆信號前沿的作用時(shí)間t。計算出點(diǎn)火、起爆瞬態(tài)信號最大峰值A(max)，以及作用時(shí)間的均方根?滓值。點(diǎn)火、起爆測試結果如圖4、圖5所示。

系統完成后，多次對火工品器件進(jìn)行起爆、點(diǎn)火比對試驗。實(shí)驗結果表明：該測試系統穩定，測試精度高，能滿(mǎn)足石油行業(yè)中火工品器件出廠(chǎng)參數測試要求。