基于LXI的儀器實(shí)現物理測量的優(yōu)點(diǎn)

像溫度、應力、壓力和流量等物理測量廣泛應用在工業(yè)和控制等領(lǐng)域中，這些物理測量的實(shí)現常常需要面對測量準確性、測量位置分散、測量的連線(xiàn)等諸多問(wèn)題?；?SPAN onmouseover=_tipon(this) onmouseout=_tipoff()>LXI標準的新儀器允許測試設備放置在測試點(diǎn)以及提供簡(jiǎn)易的設置和時(shí)間觸發(fā)機制，能有效解決或改善這些問(wèn)題。

物理測量經(jīng)常用在設計驗證、監測和控制應用中以確定物理參數，例如溫度、應力、壓力和流量。這些物理測量采用傳感器將物理現象轉換成電壓、電阻或者頻率，然后通過(guò)某種測量設備對這些電信號進(jìn)行測試。這些物理測量相關(guān)的一些挑戰包括：測量的準確性、測量的位置、測量的物理連線(xiàn)、測量的設置與執行。

工程師在數據采集時(shí)通常需要采集和分析來(lái)自多個(gè)位置的數據。例如，工程師需要監測和控制大樓中不同位置的溫度，化學(xué)工程師可能需要監測和控制像汽油或者飲料等流體的流動(dòng)。這些類(lèi)型的測量一般需要到不同測量位置的長(cháng)連接線(xiàn)，或者安裝在不同位置的測量設備。使用長(cháng)的連接線(xiàn)通常需要很高的成本，可能因為外部噪聲對微弱的電信號的干擾影響到測量的精度。

圖1：到網(wǎng)絡(luò )的不同連接方案。

將測量設備安裝在測量位置處是一種較好的辦法。然而，對于上面所述的應用，這要求工程師要么使用很貴的GPIB(通用接口總線(xiàn)延長(cháng)器或者在每個(gè)測量位置使用一臺電腦?；蛘咴谀承┣闆r下，工程師手動(dòng)進(jìn)行測量，將數據保存在測試設備中，然后再下載到PC中。對于分布式數據采集來(lái)說(shuō)，上面的這些方法都不是理想的方案。

測量的設置和執行同樣也可能具有挑戰性。在設計驗證中，工程師通常必須進(jìn)行物理測試以確保最終的產(chǎn)品將能滿(mǎn)足在不同條件下的規范。設計工程師可能測量溫度來(lái)評估熱量的上升、冷卻以及在產(chǎn)品外殼內的氣流效應，以便能設計出滿(mǎn)足要求的風(fēng)扇。測量的各個(gè)方面的定義通?？赡芊浅７爆?，通常會(huì )難以記得這個(gè)測量是否已經(jīng)完成。

溫度是最常見(jiàn)的物理測量。溫度測量通過(guò)使用熱電偶來(lái)實(shí)現，電阻溫度檢測器(RTD)或者熱敏電阻傳感器將溫度轉變成電壓或者電阻，然后通過(guò)測試設備(如萬(wàn)用表)測量這個(gè)電壓或者電阻。熱電偶是兩個(gè)不同金屬形成的結，當這個(gè)結被加熱，熱電偶產(chǎn)生一個(gè)電壓。這個(gè)電壓與參考結點(diǎn)的電壓相比較，差值用來(lái)確定相關(guān)的溫度。RTD和熱敏電阻都是基于阻抗的傳感器。隨著(zhù)溫度變化，傳感器的輸出電阻相應地改變。傳感器的選擇應該基于測量的類(lèi)型以及精度和線(xiàn)性度。

幾乎任何的萬(wàn)用表都可以用來(lái)測量傳感器產(chǎn)生的電壓或電阻。對于基本的萬(wàn)用表，萬(wàn)用表測量參數值，需要工程師將電壓值轉換成物理測量值。然而，有一些儀器可以直接支持傳感器，包括內部對傳感器的補償和直接顯示測試值。

除了使用直接支持傳感器的儀器外，當今某些儀器(包括萬(wàn)用表)中一些額外功能能幫助解決這些挑戰。這些功能包括：幫助儀器設置與實(shí)現的軟件；支持的方程式，因此設備不支持的傳感器輸出可以輕易地轉換成工程單位；具有復用器或通用開(kāi)關(guān)的儀器將很多測試點(diǎn)或傳感器連接到測試儀器；幫助確定測量是否在期望的范圍之內的告警功能。

圖2：34980A多功能開(kāi)關(guān)/測量設備的儀器網(wǎng)頁(yè)。

安捷倫34970A和34980A開(kāi)關(guān)/測試產(chǎn)品支持這些功能，在進(jìn)行物理測量時(shí)這些功能對工程師的工作可以起到很大幫助。

基于LXI的新儀器如何幫助測試

符合LXI的新儀器通過(guò)提供允許測試設備放置在測試點(diǎn)的標準以及提供簡(jiǎn)易的設置和時(shí)間觸發(fā)機制，能幫助解決這些挑戰。LXI標準的關(guān)鍵特性包括：

* 用于連接和通信方案的以太網(wǎng)標準

* 定義驅動(dòng)器的編程、發(fā)現與安全的接口標準

* 從一個(gè)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器進(jìn)行數據訪(fǎng)問(wèn)的儀器網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器(instrument web server)

* 時(shí)間與事件同步觸發(fā)標準

* 大小、功率、冷卻和LED指示器的物理標準

當進(jìn)行物理測量時(shí)，LXI的以太網(wǎng)需求允許儀器連接到網(wǎng)絡(luò )，這樣儀器將能更靠近被測試設備放置，可以在遠端很容易地收集測量值和對測量進(jìn)行監測。工程師監測在一棟大樓、多棟大樓或者甚至全球的若干個(gè)位置中的多個(gè)溫度點(diǎn)，可以將LXI儀器放在被測試設備的旁邊，很容易地通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據發(fā)回到中央PC?，F在的物理連接更短，減少了整體成本以及噪聲干擾對測試的影響。

以太網(wǎng)需求也提供了一種到網(wǎng)絡(luò )的簡(jiǎn)單連接。它通過(guò)以太網(wǎng)標準來(lái)定義如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)儀器。以太網(wǎng)的一些關(guān)鍵方面包括動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)和動(dòng)態(tài)或手動(dòng)域名系統(DNS)來(lái)分配IP地址，以及可選的Auto-MDIX來(lái)自動(dòng)確定和調整以太網(wǎng)電纜線(xiàn)的極性。使用這些標準使其很容易將儀器連接到網(wǎng)絡(luò )，對于不同的銷(xiāo)售商的實(shí)現能保持一致。

可以將儀器連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現寬帶訪(fǎng)問(wèn)或者更快的響應時(shí)間，可以使用專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )。對于個(gè)人應用，可以使用交叉線(xiàn)連接到本地電腦。

圖3：溫度監控應用的一個(gè)頁(yè)面示例。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)儀器

儀器網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器(instrument web server)允許通過(guò)一個(gè)標準的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器對儀器訪(fǎng)問(wèn)。網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器在儀器內，而儀器網(wǎng)頁(yè)由儀器提供支持，不需要安裝任何特別的軟件，網(wǎng)頁(yè)可以通過(guò)不同操作系統中的標準網(wǎng)絡(luò )瀏覽器查看。

采用儀器網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，工程師可以打開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器，輸入連接到網(wǎng)絡(luò )的儀器的IP地址，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器可以直接訪(fǎng)問(wèn)該儀器。LXI標準定義網(wǎng)頁(yè)的最低要求內容。某些儀器提供基本的功能，提供儀器的簡(jiǎn)單信息觀(guān)察用于監控目的，而其他產(chǎn)品提供全功能的圖形網(wǎng)頁(yè)界面，通過(guò)圖形網(wǎng)絡(luò )界面可以完全訪(fǎng)問(wèn)和控制儀器。

安捷倫34980A多功能開(kāi)關(guān)/測量系統得到了LXI協(xié)會(huì )的認證，通過(guò)圖形網(wǎng)頁(yè)界面提供了對儀器的完全測量和控制功能。一旦通過(guò)圖形網(wǎng)頁(yè)界面建立了對儀器的接入，可以很容易地對儀器進(jìn)行測量設置、執行并解決問(wèn)題。以溫度測量和設置為例，簡(jiǎn)單地打開(kāi)DMM配置窗口，選擇期望的測量功能(見(jiàn)圖3)。

34980A通過(guò)允許每個(gè)通道被配置用于某個(gè)特定的測量，提供了很容易的測量設置。34980A支持AC/DC電壓，2線(xiàn)和4線(xiàn)阻抗、頻率、周期和AC/DC電流。34980A還直接支持溫度傳感器，傳感器的變換在儀器內部實(shí)現。

同樣，因為34980A支持通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器的儀器訪(fǎng)問(wèn)和控制，能輕易地實(shí)現不同地點(diǎn)之間工程師的協(xié)作：如果測試上存在問(wèn)題，在不同地點(diǎn)的工程師可以登錄到儀器的網(wǎng)頁(yè)，監控或者改變產(chǎn)品的配置；進(jìn)行測試并且無(wú)須一定在儀器旁邊就能解決問(wèn)題，這種界面可以用登錄密碼來(lái)進(jìn)行保護。34980A網(wǎng)頁(yè)界面還支持產(chǎn)生報告來(lái)發(fā)現儀器的狀態(tài)和系統開(kāi)關(guān)、發(fā)送/接收SCPI命令以及監控總線(xiàn)上的流量。

基于時(shí)間或者事件測量的觸發(fā)標準

通過(guò)規定三類(lèi)LXI儀器，LXI的觸發(fā)要求允許更靈活的儀器觸發(fā)。C類(lèi)儀器是基本類(lèi)產(chǎn)品，包括LAN發(fā)現、配置、網(wǎng)絡(luò )界面和物理標準的基本內容。LXI定義了LAN事件包， C類(lèi)儀器對這個(gè)事件包的實(shí)現是可選的。這些包可以觸發(fā)儀器，就像任何其他觸發(fā)一樣。儀器發(fā)送這個(gè)包來(lái)表明在儀器或者被測設備上發(fā)生了一些事件。例如，一個(gè)測試設備可以告訴掃描儀通過(guò)網(wǎng)絡(luò )快速、高效地進(jìn)入到下一個(gè)通道。

B類(lèi)儀器要求支持LXI LAN事件和觸發(fā)，并增加了對IEEE 1588的需求。IEEE 1588提供了在儀器中準確同步實(shí)時(shí)時(shí)鐘的一種方法。采用IEEE 1588時(shí)鐘，儀器可以對測量加入時(shí)戳(time-stamp)，或者可以在將來(lái)被配置成對觸發(fā)進(jìn)行響應。這允許對等的和多播(單對多)通信，可以讓一個(gè)儀器告訴其他儀器在什么時(shí)候開(kāi)始或者停止一個(gè)測量。這對于分布式數據采集來(lái)說(shuō)非常有用，這種應用中在多個(gè)位置的測量需要被同步并加入時(shí)戳。

A類(lèi)儀器具有C類(lèi)和B類(lèi)儀器的所有要求，但是增加了一個(gè)針對相互鄰近放置的儀器的低等待時(shí)間硬件觸發(fā)總線(xiàn)。這種情況是基于事件的觸發(fā)，為工程師提供對觸發(fā)的快速響應，這對于那些需要幾乎實(shí)時(shí)響應的情況來(lái)說(shuō)是非常重要的。

銷(xiāo)售商正在開(kāi)發(fā)IEEE 1588解決方案，這種新觸發(fā)標準使得對多個(gè)設備進(jìn)行同步成為可能，即使這些設備位于不同的地方。

本文小結

采用今天的儀器一些物理測量挑戰可以很容易地解決，這些儀器能直接支持傳感器，具有相關(guān)的軟件、支持的公式和報警。使用基于LXI的儀器還具有下面的好處：

* 一種多個(gè)銷(xiāo)售商支持的行業(yè)標準，測試開(kāi)發(fā)快速而簡(jiǎn)單，能保證兼容性和測試壽命。

* 很容易將儀器放在網(wǎng)絡(luò )上，靠近被測設備。對于分布式數據采集來(lái)說(shuō)非常有用，可以監控在多個(gè)地方的測試。

* 易于連接到網(wǎng)絡(luò )，具有已定義好的標準，不同銷(xiāo)售商之間的實(shí)現具有一致性。

* 通過(guò)標準的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，方便對測量進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，這對于對遠端的監控測試來(lái)說(shuō)非常有用。一些儀器支持完全的測量控制，允許簡(jiǎn)單的測試設置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器與其他的工程師一起解決問(wèn)題。

* 在觸發(fā)上具有更多的靈活性，允許基于時(shí)間或者基于事件觸發(fā)的測量同步。利用基于時(shí)間的觸發(fā)可以很容易地實(shí)現在多個(gè)地點(diǎn)的儀器同步。

作者：Sheri DeTomasi

開(kāi)關(guān)/測量產(chǎn)品經(jīng)理

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