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用于高通道数应用的新技术 |
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作者：美国国家仪器有限公司 Andy Deck |
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传统的传感器测量系统通常是预定义且不灵活的。随着应用需求不断变化，传统的传感器测量系统对通道数的扩展和最新计算技术的应用的限制性愈加突出。NI SC Express系列产品引进了新的传感器测量技术，为基于行业标准的PXI平台可扩展传感器测量系统提供了简化的可调整体系架构。除了降低复杂性之外，NI SC Express系列产品还有三个优点：更高的测量精度、更灵活的同步和更高的数据吞吐量。
1、内置信号调理，提高测量精度
许多传感器在将输出精确数字化之前需要对其进行信号调理，如放大、激励、隔离和滤波等。通常，我们通过连接到数据采集系统的独立前端系统实现信号调理，将调理后的模拟信号转换为数字信号。而如今，全新技术和微型化能够帮助公司将信号调理和模数转换器集成到同一设备中，由于没有了可能引起出错的电缆和接头，测量精度得到进一步提高。同时，内置信号调理还减少了测量系统中的组件数量，从而简化了安装、维护和校准，并降低了高通道数测量系统的尺寸和成本。
SC Express模块带有内置信号调理，为PXI平台提供高精度传感器测量。目前有超过70家的PXI厂商提供1500多种模块，利用这些模块，PXI平台帮助您开发高度灵活的单一测量系统，满足大部分测量应用的不同需求，同时避免了使用专用外形尺寸或专用数据总线的风险。
例如，在高级热处理室使用可扩展高精度测量将得益于全新SC Express技术。热处理室内的仪器必须以很高的精度测量数百个热电偶，以便精确测量并控制热处理室的温度分步。使用NI PXIe-4353 SC Express模块，您只需要单个PXI机箱就能测量544个热电偶通道。
2、灵活、高性能的同步
为了有效使用和分析数据，您必须知道数据的时间相关性。在采集来自不同传感器类型的多个设备的通道信号，或者当传感器空间分步较广时，相关同步数据的复杂度大大提高。同步是选择测量系统需要考虑的最重要的方面。
在过去的十多年中，PXI平台为测量系统提供了世界顶尖的同步性能。PXI Express相比于PXI，能够为测量I/O设备提供更高的同步，并保持向下兼容性。PXI Express背板中的100 MHz差分时钟确保多个仪器将采样时钟基于相同的参考源。背板触发线路确保机箱中所有设备按照相同的100 MHz时钟边沿进行协同触发。和之前的PXI机箱一样，定时和同步模块可以在单个PXI Express机箱中，以更高精度的时基代替背板时钟，该模块还可以用于同步多个PXI Express机箱中的测量设备。如果应用需要对分布在长距离的多个机箱进行同步，可以利用GPS或IRIG-B模块，借助共用时钟信号进行多机箱同步。
SC Express模块使用PXI Express总线提供单个机箱或多个机箱的设备之间的紧密同步。例如，NI PXIe-4330桥式传感器输入模块在一个机箱中的单个模块或不同模块之间的通道间偏差小于100 ns。此外，NI在单个机箱中配置多个SC Express模块进行同步，增强了NI-DAQmx驱动程序软件功能。如下图所示，您可以在NI LabVIEW图形化编程环境或基于文本的通用语言（例如.NET）环境下，使用单个NI-DAQmx多设备任务配置并读取来自系统中多个设备的数据，从而大大简化所需的代码。如果您使用这个编程方法，驱动程序自动配置所有定时和触发线路，并保持原有性能。
图1：NI-DAQmx多设备任务从NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块读取同步的张力和加速度计数据。
结构测试应用通常需要对应变仪和加速度计的数据测量进行同步，从而对所测量到的压力数据和有限元分析模型中的数值进行精确比较。
使用单个NI-DAQmx多设备任务，可轻松读取利用NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块测量到的同步应力和振动，进行精确的压力测量。随着设计越来越复杂（如用更强更轻的材料制成的机翼），和传统仪器不同，SC Express更能灵活适应结构测试不断变化的需求。
3、高数据吞吐量
高通道数测量系统必须将大量数据传送到主机控制器上，以便对数据进行实时分析或流盘进行后期分析。过去，通信总线带宽是通道数或系统中最大采集速度的限制因素。解决这个限制的唯一方法是为采集设备增加板载内存，从而在有限时间内达到更高的采集速度。但是这样做，不仅增加了成本，也使采集软件更加复杂，用户也无法实时查看数据。
SC Express模块基于PXI Express总线，提供了每个设备250 MB/s带宽将数据传送回控制器上。如图2所示，全新的SC Express模块可以扩展到更高通道数，而不超过通信总线带宽。
图2：SC Express模块的总吞吐量随着通道数增加而增加
当通信总线不是测量速度或通道数的限制因素时，处理速度或写入磁盘性能可能会影响系统性能。使用NI-DAQmx驱动程序，可以将数据直接传送到技术数据管理流（TDMS）文件格式中，它提供了高达400 MB/s的记录吞吐量，能够快速处理太字节数据。您可以使用LabVIEW数据搜索工具包或NIDIAdem数据管理软件方便地对这些大型数据集进行管理、分析、可视化和报告有用信息。
许多军事和航天测试工程师需要测量数百个处于不同电压或地电平的模拟信号。除了能够灵活扩展到数百个通道外，测量系统必须具备通道间隔离的模拟输入，以便安全地测量来自这些测试单元的信号。NI PXIe-4300高电压模拟输入模块和带有TDMS功能的NI DAQmx能够很好地满足这些测试单元的挑战。
快速方便地构造可扩展高通道数传感器管理系统
SC Express模块在PXI Express总线上提供了集成信号调理和数据采集，其带有的世界领先的同步和高数据吞吐量提供了更高精度的测量。结合模块与NI-DAQmx特性（包括TDMS和多设备任务），就可以方便地构建可扩展传感器测量系统，满足您高通道数测量应用的独特需求。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/24/2011) |
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