廣州智維汽車線束插接器實驗臺-瞬態(tài)信號監(jiān)控系統(tǒng)

分類：解決方案日期：2010-07-16 10:29:49

1.1系統(tǒng)概述

如圖1.1所示，該系統(tǒng)由恒流源、被測插接器、隔離差分探頭、基于PXIe的現(xiàn)場數據采集系統(tǒng)、基于MXIEpress技術的高速傳輸鏈路和高性能機架式服務器組成。

圖1.1

該系統(tǒng)具有如下主要特點：

1). 現(xiàn)場數據采集，利用工業(yè)標準的PXIe架構提供的抗干擾性能和14位精度的高速采集卡PXIe-5122，實現(xiàn)4通道，每通道最高100 MSamples/sec的連續(xù)數據采集，每通道最高達256 Mbytes的獨立緩存可極大限度的保證數據的完整性。

2). 利用NI獨有的MXI Express高速傳輸鏈路，可保證在較高的采樣率和多通道同時采樣的時候現(xiàn)場數據采集點無間斷地傳輸到服務器。（以每個Sample占兩個Bytes，單通道采樣率100MS/s為例，所需傳輸帶寬為200 MBytes/sec）

3). 機架式服務器提供的4核CPU處理器，和存儲深度達1000GB的RAID0陣列SATA II硬盤，數據寫入速率最高可達300 MBytes/s，使得硬盤讀寫不再成為系統(tǒng)的帶寬瓶頸。

4). 高速脈沖采集與低速振動信號采集通道可分別設置不同的采樣率與采樣程度，可實現(xiàn)高速脈沖采集（最高100MS/s）與低速振動信號的耦合。

5). 利用LabVIEW圖形化開發(fā)平臺對多核處理器的支持，可實現(xiàn)多線程（數據采集、數據存盤、數據分析）并行操作，提高運行效率。軟件可在線或離線計算采集的原始數據中超過某一閥值電壓（可編程）的脈沖寬度，并給出出現(xiàn)不合格（脈沖寬度大于1us）的次數，誤差最小為0.01us（以100MS/s采樣）。

1.2 系統(tǒng)功能介紹

1.2.1 總體功能

1. 動態(tài)阻抗監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）實時監(jiān)控線束端子振動試驗期間的接觸電阻變化并能完整記錄\打印；目前配置可同時記錄4組數瞬態(tài)數據，通過板卡擴展（PXIe-5122）可實現(xiàn)同一平臺同時記錄6組瞬態(tài)數據。

2. 系統(tǒng)監(jiān)控電阻單通道連續(xù)采樣速率10M次/秒，也就是采樣時間為0.1 us；最高采樣速率為100M 次/秒。

3. 系統(tǒng)能夠存儲試驗過程中所有的電阻采樣數據，并且能夠在試驗結束后重新將所有采集數據形成電阻隨時間變換的波形曲線。連續(xù)采集與記錄時間不小于3小時。

4. 系統(tǒng)設備支持采用觸發(fā)模式存儲試驗過程中所有不合格情況（超過7Ω時間大于1 us）前后1ms的數據，觸發(fā)模式下采樣率最低10M 次/秒。

5. 系統(tǒng)軟件能夠判定試驗期間超過7Ω的時間達到1μs的情況。

6. 系統(tǒng)以不同的采樣率同步采集振動臺的振動頻率，實現(xiàn)所采集的動態(tài)瞬態(tài)信號和振動信號耦合，即從采集的數據中應能用表格等方式來顯示測試樣品出現(xiàn)不合格情況時對應的振動頻率值（見參考圖例），曲線圖上鼠標移動時能夠實時顯示對應的頻率以及時間。

1.2.2 前端數據采集部分功能與指標

1）通道數：8個，其中高速采集通道4個，低速采集通道4個。低速采集通道能同時記錄振動試驗臺的頻率；各個通道記錄的信息有曲線圖顯示（可以在曲線中看到不同頻率下的瞬態(tài)信號）

2）垂直分辨率

a. 高速采集模塊：14-bit

b. 低速采集模塊：24-bit

3）輸入耦合方式：AC/DC/GND

4）輸入阻抗

a. 高速采集模塊：1MΩ with 25 pF（電壓范圍>± 1 V），1MΩ with 21 pF（電壓范圍≤± 1 V）

b. 低速采集模塊：1 MΩ // 100 pF

5）電壓輸入范圍：+/- 20 mV to +/- 100 V

6）精度 0.1% of Full Scale

7）噪聲 0.05% of Full Scale

8）過壓保護不低于250V

9）采樣率：測量瞬態(tài)信號的高速采樣頻率為單通道100 MS/s最高，10 MS/s連續(xù)；測量振動頻率信號連續(xù)采樣率頻率為204.8 kS/s，振動臺激振振動頻率為2Hz ~3000Hz) ；測量瞬態(tài)信號的通道和測量振動頻率信號的通道同步進行，采樣頻率可分開設置。

10）動態(tài)范圍

a.高速采集模塊：不小于80dB；

b.低速采集模塊：不小于115dB；

11）帶寬

a.高速采集模塊：80MHz @ -3dB；

b.低速采集模塊：80kHz@ -3dB；

12）硬件抗混疊濾波器

a.高速采集模塊：6th order Bessel LP@35MHz

b.低速采集模塊：6th order Bessel LP@40Hz - 80kHz

13）硬件抗噪濾波器

高速采集模塊：6th order Bessel LP@5MHz 或者 2th order Bessel LP@20MHz

14）高速采集模塊板載內存

256 MB每通道（高配置方案，低配置方案時為64 MB 每通道）

1.2.3 數據傳輸部分指標

1）傳輸介質：MXI Express

2）傳輸速率：大于400 MBytes/s

1.2.4 數據分析、處理與存儲部分指標

1）CPU：Intel Core 2 Quad 4核

2）內存：4GB

3）硬盤：1000GB SATA II支持RAID0/RAID10/RAID5

4）流盤（寫數據文件）速率：大于200MBytes/sec

1.2.5 系統(tǒng)擴展能力

1）高速采集通道可最多擴充至8個；

2）低速采集通道可最多擴充至16個；

3）配備傳感器與相應信號調理模塊后，可進行振動、噪聲、壓力、動靜態(tài)應變等測量。
1.3 系統(tǒng)模塊介紹

NI PXIe-5122 高速數據采集卡
· 14位分辨率的雙同步采樣通道 · 100 MS/s的實時采樣, 2.0 GS/s的等效時段采樣或外部時鐘控制 · 板載硬件去噪和抗混疊濾波器的100 MHz模擬帶寬 · 全速讀寫硬盤時可達400 MB/s · 使用100 ps時間戳進行邊緣、視窗、滯環(huán)、視頻和數字觸發(fā) · 每通道高達256 Mb的高容量板載內存
NI PXIe-5122高分辨率數字化儀是一款x4 PXI Express模塊，能夠以最大400 MB/s的數據速率，讀寫PC內存、硬盤或RAID 0磁盤陣列。這款數字化儀非常適用于信號情報、雷達、IF/RF數據讀取等應用。具有各種功能的NI PXIe-5122數字化儀還適用于汽車、通信、科研、軍事/航天及消費電子產品。 NI PXIe-5122具有軟件可選的動態(tài)范圍，50Ω或1MΩ電阻輸入，200 mV 到20V電壓輸入，并可在板載內存中采集超過100萬個波形，是時域和頻域分析的理想選擇。有50多個內置測量與分析函數直接在驅動軟件中編程生成，在NI LabVIEW和中可進一步擴展到400多個。
主要指標：
NI PXI-4462 低速高精度采集模塊
· 4路同步采樣模擬輸入通道 · 118dB動態(tài)范圍，24位分辨率 · IEPE調理－可通過軟件配置 · 最高采樣速率達204.8kS/s · ±316 mV到42.4 V 輸入范圍
NI PXI-4462是一款專為聲音和振動應用而設計的高精度數據采集模塊。本模塊包含了用于麥克風、加速度傳感器及其它具有大動態(tài)范圍的傳感器的硬件和軟件以實現(xiàn)精密測量。常見的應用包括聲音測試、汽車NVH和機器狀態(tài)監(jiān)控。
NI PXIe-1062Q機箱與MXIExpress高速傳輸接口

NI PXIe-1062Q 8槽機箱是為各種測試和測量應用程序設計，其高帶寬背板可提供每插槽高達1 GB/s的專用帶寬以滿足高效運轉需要。NI PXIe-1062Q具有4個PXI外圍插槽、1個具有系統(tǒng)定時功能的PXI Express插槽、2個既可接受PXI外圍模塊又可接受PXI Express外圍模塊的PXI Express混合插槽。NI PXIe-1062Q機箱運行的溫度可擴展到55 ºC，在溫度低于30 ºC時其噪聲發(fā)射可低至43.6 dBA。NI PXIe-1062Q機箱具備最新PXI規(guī)范的所有特性，包括支持PXI和PXI Express模塊。該機箱配有用于PXI模塊的內置10 MHz參考時鐘、PXI觸發(fā)總線和PXI星形觸發(fā)和用于PXI Express模塊的內置100 MHz參考時鐘、SYNC 100和PXI星形差分觸發(fā)。該機箱的總計系統(tǒng)帶寬超過3 GB/s，可滿足各種高處理能力應用軟件的需求。通過臺式計算機或服務器上的x4或更高級別的PCI Express插槽，可將其與配有高帶寬電纜的PCI Express完全透明連接。借助NI PXIe-PCIe837x套件，通過該臺式計算機或服務器就可控制PXI Express和CompactPCI Express系統(tǒng)。NI PXIe-PCIe837x 套件由PC中的一塊PCI Express板卡構成，通過x4 MXI-Express電纜連接至PXI Express機箱1號插槽中的PXI Express模塊。NI PXIe-PCIe8362套件的PCI Express板卡有2個x4 PCI Express鏈接，每個連接都可連至PXI Express機箱，提供總計達798 MB/s的持續(xù)處理能力。
NI 8353 2.4 GHz四核1U機架固定配件控制器
· Intel Core 2 Quad Q6600 (2.4 GHz四核) · 4GB 667 MHz DDR2 RAM · RAID 0配置用于高速硬盤數據讀寫 · 4組250 GB SATA II HDD RAID 0 (標準) · 2組千兆以太網, 4組高速USB, 2個PS/2端口; 1個串口和1個VGA端口
NI 8353是一款1U機架固定配件控制器，面向基于PXI或PXI Express的系統(tǒng)。您能夠將這款機架經過優(yōu)化的19英寸服務器級四核控制器與完整的x4 NI MXI-Express套件相互結合，從而遠程控制具有798 MB/s持續(xù)數據處理能力的PXI Express系統(tǒng)。NI 8353具有Intel Core 2 Quad處理器（2.4 GHz四核）、高達4 GB的雙通道DDR2 RAM、雙板載千兆以太網、4組標準型250 GB SATA II (RAID 0)配置，可實現(xiàn)高速硬盤讀寫。安裝MXI-Express或MXI-4遠程控制套件（不含套件），用于PXI或PXI Express系統(tǒng)控制。獨立磁盤冗余陣列(RAID) 的配置 NI 8353通過4個SATA II硬盤，提供RAID 0（分條）和RAID 1（鏡像）配置。RAID 0配置通過在多個硬盤之間均勻分布數據，提高計算機向硬盤讀寫數據的速率，從而有助于需要高速硬盤讀寫的應用。NI 8353提供4組250 GB SATA II硬盤的原廠RAID 0配置。
帶隔離的差分探頭
· 最高輸入電壓700V · 帶寬50MHz · x1，x100，2種檔位 · 精度 +/- 1% · 輸入阻抗 4MOhm // 7pF

附錄：

· PXI / PXIe平臺簡介

PXI是PCI eXtension for Instruments，基于儀器擴展的PCI總線的簡稱。PXI標準由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟 (PXISA, http://www.pxisa.org/) 進行管理，這是一個由世界各地超過70家公司共同簽約的聯(lián)盟，其宗旨是為了推動PXI標準的應用，保證標準的交互操作性，并維護PXI的規(guī)范。隨著PXI逐漸成為一個標準的平臺，一些世界領先的測試系統(tǒng)供應商也將他們的測試解決方案轉向PXI平臺。

通過全球各個PXISA成員企業(yè)的共同努力，70余家PXISA成員現(xiàn)在能夠提供超過1200種PXI外圍模塊，包括模擬和數字I/O、高速儀器、視覺系統(tǒng)、運動系統(tǒng)和各類的總線接口。根據Frost & Sullivan公司在2005年4月進行的“全球VXI & PXI測試設備市場調查”顯示，相比較于整個業(yè)界4%的增長率，PXI的綜合增長速率(CAGR)高達25.1%，成為繼上世紀70年代中期的GPIB之后增長最快的儀器標準。

National Instruments (美國國家儀器有限公司，簡稱NI) 創(chuàng)立于1976年，總部設于Texas州首府Austin，是一家測量行業(yè)的上市公司 (納斯達克掛牌代號 NATI) ，在世界各地設有50多個分公司和辦事處，和眾多系統(tǒng)聯(lián)盟成員。

作為技術創(chuàng)新的引領者，NI在上世紀90年代初將PCI技術帶入基于PC的測量和測試應用，現(xiàn)在NI繼續(xù)發(fā)揚著這種創(chuàng)新的精神，在確保對所有平臺提供長期支持的同時，正努力將PCI Express技術整合到PXI中。

通過在背板上利用PCI Express技術，PXI Express使得PXI帶寬從132 MB/s 增加到 6 GB/s，提升幅度超過45倍，且與PXI模塊保持軟件和硬件上的兼容性。除了PXI現(xiàn)有的定時和同步功能，PXI Express還提供了附加的定時和同步功能，包括100 MHz差分系統(tǒng)時鐘、差分信號、以及差分星形觸發(fā)。通過使用差分時鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)增加了對儀器時鐘的抗噪聲能力，并能傳輸更高頻率的時鐘信號。

現(xiàn)在，PXI / PXIe已經在多個領域得到了廣泛的應用，從消費電子、軍事和航空，到醫(yī)療設備測試等等，成為一系列測試測量應用的理想平臺。無論您是應用于設計驗證，還是生產線測試的機架式應用，或是為車載數據記錄開發(fā)便攜式或嵌入式系統(tǒng)，PXI / PXIe都有適合您需要的解決方案。

· 實驗臺現(xiàn)場圖片