基于PXI平臺的傳感器測量系統

傳統的傳感器測量系統通常是預定義且不靈活的。隨著(zhù)應用需求不斷變化，傳統的傳感器測量系統對通道數的擴展和最新計算技術(shù)的應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)標準的PXI平臺可擴展傳感器測量系統提供了簡(jiǎn)化的可調整體系架構。除了降低復雜性之外，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據吞吐量。

　　1、內置信號調理，提高測量精度

　　許多傳感器在將輸出精確數字化之前需要對其進(jìn)行信號調理，如放大、激勵、隔離和濾波等。通常，我們通過(guò)連接到數據采集系統的獨立前端系統實(shí)現信號調理，將調理后的模擬信號轉換為數字信號。而如今，全新技術(shù)和微型化能夠幫助公司將信號調理和模數轉換器集成到同一設備中，由于沒(méi)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(shí)，內置信號調理還減少了測量系統中的組件數量，從而簡(jiǎn)化了安裝、維護和校準，并降低了高通道數測量系統的尺寸和成本。

　　SC Express模塊帶有內置信號調理，為PXI平臺提供高精度傳感器測量。目前有超過(guò)70家的PXI廠(chǎng)商提供1500多種模塊，利用這些模塊，PXI平臺幫助您開(kāi)發(fā)高度靈活的單一測量系統，滿(mǎn)足大部分測量應用的不同需求，同時(shí)避免了使用專(zhuān)用外形尺寸或專(zhuān)用數據總線(xiàn)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)。熱處理室內的儀器必須以很高的精度測量數百個(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據，您必須知道數據的時(shí)間相關(guān)性。在采集來(lái)自不同傳感器類(lèi)型的多個(gè)設備的通道信號，或者當傳感器空間分步較廣時(shí)，相關(guān)同步數據的復雜度大大提高。同步是選擇測量系統需要考慮的最重要的方面。

　　在過(guò)去的十多年中，PXI平臺為測量系統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(xiàn)路確保機箱中所有設備按照相同的100 MHz時(shí)鐘邊沿進(jìn)行協(xié)同觸發(fā)。和之前的PXI機箱一樣，定時(shí)和同步模塊可以在單個(gè)PXI Express機箱中，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機箱中的測量設備。如果應用需要對分布在長(cháng)距離的多個(gè)機箱進(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)行多機箱同步。

　　SC Express模塊使用PXI Express總線(xiàn)提供單個(gè)機箱或多個(gè)機箱的設備之間的緊密同步。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)機箱中配置多個(gè)SC Express模塊進(jìn)行同步，增強了NI-DAQmx驅動(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(yǔ)言(例如.NET)環(huán)境下，使用單個(gè)NI-DAQmx多設備任務(wù)配置并讀取來(lái)自系統中多個(gè)設備的數據，從而大大簡(jiǎn)化所需的代碼。如果您使用這個(gè)編程方法，驅動(dòng)程序自動(dòng)配置所有定時(shí)和觸發(fā)線(xiàn)路，并保持原有性能。

　　圖1：NI-DAQmx多設備任務(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據。

　　結構測試應用通常需要對應變儀和加速度計的數據測量進(jìn)行同步，從而對所測量到的壓力數據和有限元分析模型中的數值進(jìn)行精確比較。

　　使用單個(gè)NI-DAQmx多設備任務(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力和振動(dòng)，進(jìn)行精確的壓力測量。隨著(zhù)設計越來(lái)越復雜(如用更強更輕的材料制成的機翼)，和傳統儀器不同，SC Express更能靈活適應結構測試不斷變化的需求。

　　3、高數據吞吐量

　　高通道數測量系統必須將大量數據傳送到主機控制器上，以便對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)分析或流盤(pán)進(jìn)行后期分析。過(guò)去，通信總線(xiàn)帶寬是通道數或系統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備增加板載內存，從而在有限時(shí)間內達到更高的采集速度。但是這樣做，不僅增加了成本，也使采集軟件更加復雜，用戶(hù)也無(wú)法實(shí)時(shí)查看數據。

　　SC Express模塊基于PXI Express總線(xiàn)，提供了每個(gè)設備250 MB/s帶寬將數據傳送回控制器上。如圖2所示，全新的SC Express模塊可以擴展到更高通道數，而不超過(guò)通信總線(xiàn)帶寬。

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

　　當通信總線(xiàn)不是測量速度或通道數的限制因素時(shí)，處理速度或寫(xiě)入磁盤(pán)性能可能會(huì )影響系統性能。使用NI-DAQmx驅動(dòng)程序，可以將數據直接傳送到技術(shù)數據管理流(TDMS)文件格式中，它提供了高達400 MB/s的記錄吞吐量，能夠快速處理太字節數據。您可以使用LabVIEW數據搜索工具包或NIDIAdem數據管理軟件方便地對這些大型數據集進(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。除了能夠靈活擴展到數百個(gè)通道外，測量系統必須具備通道間隔離的模擬輸入，以便安全地測量來(lái)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(mǎn)足這些測試單元的挑戰。

　　快速方便地構造可擴展高通道數傳感器管理系統

　　SC Express模塊在PXI Express總線(xiàn)上提供了集成信號調理和數據采集，其帶有的世界領(lǐng)先的同步和高數據吞吐量提供了更高精度的測量。結合模塊與NI-DAQmx特性(包括TDMS和多設備任務(wù))，就可以方便地構建可擴展傳感器測量系統，滿(mǎn)足您高通道數測量應用的獨特需求。