NI Compact RIO在海洋環(huán)境多物理場(chǎng)測量中的應用

作者：時(shí)間：2012-07-21 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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　　一、引言

　　近些年來(lái)，隨著(zhù)人類(lèi)對于海洋開(kāi)發(fā)力度的增加，關(guān)于海洋方面的研究越來(lái)越廣泛深入。相應地，海洋中各種環(huán)境物理場(chǎng)也成為了研究關(guān)注的焦點(diǎn)。因為對于海洋環(huán)境物理場(chǎng)的了解，意味著(zhù)人們可以更加熟悉海洋，利用其環(huán)境物理場(chǎng)的變化規律，使我們在海洋地質(zhì)勘測、地震預警、海洋捕撈、石油勘探等領(lǐng)域，更加的方便、有效。

　　而隨著(zhù)海洋物理場(chǎng)水下物理場(chǎng)測量測試需求的增加，傳統的測試手段已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現在的測量需要，繁多的各物理場(chǎng)采集系統硬件設備測量靈活性差，系統的安全性和可靠性低的缺點(diǎn)，已嚴重限制了在需要多個(gè)環(huán)境物理場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行測量中的應用。因此，對于一個(gè)小型化、智能化、布放便捷的海洋環(huán)境物理場(chǎng)測量系統的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為必需。

　　二、硬件系統介紹：

　　1．系統總體設計思想：

　　本系統是基于海洋中多個(gè)環(huán)境物理場(chǎng)的綜合測量方法。海洋環(huán)境物理場(chǎng)包括多種物理環(huán)境，有傳統的聲、以及近些年來(lái)逐漸引入的磁、電、水壓，甚至于剛剛引起關(guān)注的光、熒光、地震波，各個(gè)物理場(chǎng)均有其特有的特性，這讓現有的水下物理場(chǎng)采集系統越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足測量的需要；對于海洋的環(huán)境物理場(chǎng)，單點(diǎn)的測量系統所獲取的數據已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)

足對于海洋環(huán)境物理場(chǎng)測量與分析的需求，而通過(guò)水下測量陣的多點(diǎn)探測，可以搜集到測量海域內大量的海洋環(huán)境物理場(chǎng)數據，為研究人員準確的確定物理場(chǎng)的參數提供了方便。

　　同時(shí)，為了預測海洋環(huán)境物理場(chǎng)的變化趨勢，一個(gè)能夠長(cháng)期在水下工作的測量系統也是必須的。對于本系統的設計，需要一個(gè)多點(diǎn)采集陣列，通過(guò)岸上的PC機，對水下的各個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行控制，各個(gè)采集點(diǎn)將采集到的數據通過(guò)光纖傳送到岸上，進(jìn)行顯示和處理，基于以上幾點(diǎn)考慮以及根據海上作業(yè)的特殊需要，我們對于本套系統提出的要求是：

　?。?）智能化：靈活多樣的測量方式，因為水下的多種物理場(chǎng)，其對采樣率、采樣精度的要求不同；快捷、方便的采集軟件，利于程序員調試、測量人員操作；
　?。?）小型化：為了方便海上實(shí)測、布放的需要，以及對于水密艙的設計需要，小型的采集系統將是我們的首選。

　?。?）系統的安全、穩定性：系統可以長(cháng)期、穩定的進(jìn)行數據采集工作，這就要求系統水密性高，在海上要適應不同的溫度條件，耐水流沖擊以及布放時(shí)的沖撞，同時(shí)，長(cháng)期工作時(shí)的功耗低，散熱性好，能夠保證系統的穩定工作。

　　綜上考慮，在對多個(gè)采集系統進(jìn)行綜合比較分析之后，我們選擇了NI公司的NI CompactRIO控制和采集系統。該系統是一種小巧而堅固的工業(yè)化控制和采集系統，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，縮寫(xiě)為RIO) FPGA技術(shù)實(shí)現超高性能和可自定義功能。NI CompactRIO包含一個(gè)實(shí)時(shí)控制器與可重新配置的FPGA芯片，適用于可靠的獨立嵌入式或分布式應用系統；其多樣的熱插拔工業(yè)I/O模塊，內置可直接和傳感器/調節器連接的信號調理，均符合大多數海洋環(huán)境物理場(chǎng)測量的需要；優(yōu)良的抗震耐溫性能超越了老式的采集系統，保證了測試的可靠性與安全性；小巧的外形，使得系統的體積大大減少，方便了研究人員的海上布放與測量工作；較低的功耗，也使得系統工作的穩定性增強；同時(shí)，NI公司的LabVIEW和LabVIEW RT 模塊、LabVIEW FPGA模塊提供了良好的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用LabVIEW軟件，可以快捷的設置NI cRIO采集模塊的采集屬性；對于整個(gè)水下測量系統，可以利用NI cRIO系統集成的接口設備以及便捷的軟件設置，將水下各個(gè)測量點(diǎn)方便的集成在一起，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，和岸上工作站相連。