基于PXIe和LabVIEW的動(dòng)物運動(dòng)力學(xué)數據采集系統

2．1．2 信號調理與數據采集模塊
信號調理與數據采集模塊是數據采集系統中最重要的部分，其關(guān)鍵硬件是數據采集卡。NI公司的產(chǎn)品擁有高效的軟件、模塊化I／O硬件和用于集成的軟硬件平臺，充分發(fā)揮了虛擬儀器技術(shù)性能高，擴展性強，開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成等優(yōu)勢。因此該系統選用NI公司的PXIe數據采集模塊。
該模塊的數據采集卡集信號調理與模／數轉換于一體，包含8個(gè)獨立的通道，每個(gè)通道配有獨立的模／數轉換器，采樣率達到25．6 kS／s，分辨率為24 b，精度可達0．02％。其橋接輸入模塊能夠進(jìn)行1／4，1／2和全橋的自動(dòng)同步測量，可用于測試高性能應變、載荷、力值與力矩等。8通道橋接輸入模塊可在單個(gè)機箱中擴展到136通道，在多機箱同步時(shí)可擴展到數千條通道。
系統需要以較高的采樣率采集72組通道的數據，該數據采集系統提供足夠高的采樣率和獨立的通道，使72組通道的數據采集快速、精確，而且互不干擾。傳感器陣列的數據通過(guò)前置接線(xiàn)端子傳送到數據采集卡，前置接線(xiàn)端子可以自動(dòng)檢測到信號，支持熱拔插，安裝方便。數據采集卡封裝在18槽3U的機箱中，提高了系統的抗干擾能力。在同步采集時(shí)，單片機發(fā)送觸發(fā)信號給PXIe的時(shí)鐘卡實(shí)現外部觸發(fā)。早期使用的基于PCI總線(xiàn)的數據采集系統，采用單獨的信號調理模塊和采集模塊，只有一個(gè)模／數轉換器，通過(guò)多路復用實(shí)現多通道的數據采集。相比之下，PXIe系統集信號調理與數據采集于一體，不需要外接電腦，實(shí)現了整個(gè)實(shí)驗裝置一體化，可以方便地進(jìn)行360°旋轉(模擬動(dòng)物在空間不同傾斜表面的運動(dòng))；每個(gè)通道配有獨立的模／數轉換器，實(shí)現了多通道數據的同步采集；安裝和調試方便，操作簡(jiǎn)單。從實(shí)際應用情況看，PXIc系統精度高，穩定性好，可以方便地進(jìn)行多通道拓展。
2．2 行為數據采集
2．2．1 高速攝像蟣
高速攝像機型號為Olympus i-SPEED 3，其提供了高分辨率、超低光照靈敏度和高達150 000 f／s的錄制速度。在2000 f／s以下，分辨率為1 280×1024，具有多種觸發(fā)方式(如前觸發(fā)、中間觸發(fā)和后觸發(fā)等)，通過(guò)CF卡可以無(wú)限擴展容量。實(shí)驗時(shí)，單片機發(fā)送觸發(fā)信號給高速攝像機，實(shí)現圖像數據和力學(xué)數據的同步采集。根據圖像資料，可以更加精確地判斷動(dòng)物腳掌和傳感器的接觸情況，并且能夠掌握動(dòng)物不同運動(dòng)姿態(tài)時(shí)腳掌的三維接觸力學(xué)信息。
2．2．2 冷光源
冷光源是繼白熾燈、LCD、LFD等光源產(chǎn)品之后出現的新型光源，發(fā)光原理是在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生電子碰撞激發(fā)熒光材料產(chǎn)生發(fā)光現象，具有十分優(yōu)良的光學(xué)特性。當高速攝像機采用較高的幀數進(jìn)行拍攝時(shí)，調節冷光源的位置和角度，提高光照強度，冷光源的不發(fā)熱特性避免了影響實(shí)驗動(dòng)物和系統。