航空航天——應力應變ぷ測試
- 多通道信號采集
- 多物理量數據采集
多通道應變】信號采集系統方案
——Concord 9231多通道應變信號采集系統應用
一、系統需求
1、通道數量：1000通道；
2、應變信▲號類型：全橋，半橋或1/4 橋；
3、采樣率：每通道1KS/s；
4、通道間同步增益精度高於0.02%；
5、激勵電源：5V；
6、單一數據顯示控制主機，可分◤布機箱』，能持續采集數據1個月；
二、系統實現
系統結構如圖1所示，系統以8臺PXI Express分系統為核心設備█，組成一個分布式、同步數據采集系統▓。
多機箱同步：NI PXIe-6672是用於PXI Express的系統定時控制器模塊。NI PXIe-6672能夠驅動PXI星形∏觸發線，導入並導出PXI背卐板時鐘和觸發器，生成高精度的直流到105 MHz DDS時鐘，為儀器生成具≡有高穩定性的TCXO 10 MHz參考時鐘（1 ppm穩定性）。由於NI PXIe-6672的這些〓特性，您能◣使多個PXI Express系統同步、使PXI Express系統和外部儀器及設備同步、提高PXI Express系統◥內儀器的精度。
控制器性能：NI NI PXIe-8108是基於Intel Core 2 Duo T9400的高︻性能嵌入式控制器，配有2.53 GHz雙核處理』器、800 MHz DDR2內存和6 M的L2超高速緩▂存。
圖1：系統構成 |
三、系統配置
單臺↑設備由PXIe-8108控制器，PXIe-1075機箱，PXIe-6672同步模塊，PXIe-4330應變采集模塊組√成，如圖 2所示。 支持多臺設備同步采集，集成信號調理功∩能，支持以太網通訊。
本系統方案的配置及主要指標如下：
擴展設備總臺▓數 | 8 |
系統模擬輸＠ 入總通道數 | 1000 |
單臺設備最大模擬輸入☆通道數 | 128（有多機箱▼同步模塊），136（無多機箱同步模塊） |
采集終端◆間同步精度 | 優於0.3μs |
采集方式 | 連續采集；多種觸發方式采集 |
采集終端處理器 | 基於Intel Core 2 Duo T9400的高性能嵌㊣入式控制器，2.53 GHz雙核 |
采集終端儲存容量 | 80G/采集終端 |
接口 | 太網端口（1000BaseT , 100BaseTX , 10BaseT , 100BaseT）; RS232串口；並口；USB端口；ExpressCard/34槽；GPIB (IEEE 488.2)接口 |
工作溫度 | 0~55°C |
工作濕度 | 10~90 %RH，無凝結 |
電源輸入 | 100VAC，220VAC |
體積 | 467.4mm×464.8mm×177.1mm （長×寬×高） |
非工⌒作狀態可承受振動，隨機 | 2.4g rms，5到500Hz（IEC 60086-2-64） |
工】作可承受振動，隨機 | 0.3g rms，5到500Hz（IEC 60086-2-64） |
工作可承受沖擊 | 30g，11ms 半正弦（IEC 60086-2-27） |
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四、系√統技術指標
模擬接口參數
測量類型....................................... 全橋，半橋或1/4 橋(各通道分別配置)
1/4橋路電阻....................................................120?，350?， 1K?
ADC分辨率.....................................................................24位
ADC類型.................................................Delta-Sigma (帶模擬抗混●濾波)
采樣模式.......................................................................同步
觸發方式.................................................................模擬，數字
TED's 傳感器...................................................................支持
數據傳遞方式.........................................................DMA, 可編程I/O
共模電壓輸入★範圍(Vcm) ........................................................ ±2V
傳感器接入∩方式………….................................................. NI TB-4330
每通道最高采樣率……….....................................................25.6kS/s
內部主時々基(fM)
頻率.........................................................................100MHz
精度............................... ........................................±50ppm
測量精度
測量條件 | 範圍：±25 mV/V | 範圍：±100mV/V | ||
增益誤差 （讀數百分比） | 補償誤差 (μV/V） | 增益誤差 （讀數百分比） | 補償誤差 (μV/V） | |
典型(23±5°C) | 0.02% | 19 μV/Vex | 0.02% | 30μV/Vex |
最大值(23±5°C) | 0.05% | 108μV/Vex | 0.05% | 168μV/Vex |
最大值(0~55°C) | 0.1% | 198 μV/Vex | 0.1% | 258μV/Vex |
增益穩☆定度........................................................... 12 ppm/°C ，最大值
補償穩定度................................................... 4.5 μV/Vex per °C ，最大值
相位☉非線性
fin = 0～10 kHz.........................................................±0.02°，最大值
模擬輸入延時................................. .................................. 1.1 μs
通帶
頻率.............................................................................0.4·fs
平坦度.................. ..................................................0.05dB，最大值
阻帶
頻率..............................................................................0.55·fs
抑制................................................................................100dB
無混疊帶寬.........................................................................0.45·fs
共Ψ模抑制比CMRR (fin = DC～1KHz) ....................................................85dB
無雜散動態範圍ㄨSFDR (1 kHz, –60 dBFS)...............................................100dB
總諧波失真THD (1 kHz, –20 dBFS)....................................................–88dB
串擾(fin = 1 kHz) ..................................................................–100dB
激勵
類型..............................................................................差分恒壓（平衡）
選擇方式........................................................................各通道軟件選擇↘
激勵值.......................... 0.625 V, 1 V, 1.5 V, 2 V,2.5 V, 2.75 V, 3.3 V, 5 V,7.5 V, 10 V
穩定度...................................................................±0.5% ±83 mV ，最大值
最小電流....................................................................................29mA
激勵噪聲.....................................................................250 μVrms(50 kHz帶寬)
短路保護......................................................................EX to GND ，各端子間
激勵電壓
橋路電阻 | 橋路配置 | 激勵電壓 (最大值) |
120Ω | 全橋 | 3.3V |
半橋，1/4橋 | 5V | |
350Ω | 全橋 | 10V |
半橋，1/4橋 | 10V | |
1kΩ | 全橋 | 10V |
半橋，1/4橋 | 10V |
分流校準特性
電阻................................................................. 33.333 kΩ, 50 kΩ,100 kΩ
選擇方式........................................................................各通道軟件選擇
位置..............................................................跨1/4橋(內部)，參考激勵負端√(外部)
輸出值.................................................................–599.28μV/V或–873.47μV/V
溫漂..............................................................................10ppm/°C,最大值
五、系統擴展性
本方案中各單臺設備「相互獨立，單臺設備內各通●道相互獨立，便於系統擴展，便於根據系統需要◢調整通道數量、信號類型。多種類的接口方便客戶實現與外圍設備的互聯，以及ξ數據處理、分析或顯示。
各臺設ζ備可以安裝Windows系統，亦可♀以安裝RT系統，可以方便地實現本地數據采集系統，也可以實現嵌入∞式、分布式的數據采集系統，可以實現長時間、可靠的連續數據采『集。
附錄（產品介紹）：
1. NI PXIe-8108
NI PXIe-8108是基於Intel Core 2 Duo T9400的高性能嵌入式控制器，可用於PXI Express和CompactPCI Express系統。NI PXIe-8108配有2.53 GHz雙核¤處理器、800 MHz DDR2內存和6 M的L2超高速緩存，是模塊化儀器和數據采集應用的理想選擇。
雙核處理器有兩個核心或稱計▓算引擎，配置於同一個處理器中。雙核處理器可同時執行兩個計算任務，該優勢可在多任務環境下得到體現，例如：允許多個應用程序同時運行的Windows XP。兩個應用程序可以同時分別進入處理器←的兩個核心，從而提高系統整體性能。此外，雙核㊣ 處理器是NI LabVIEW軟件等多線程應用程序的理想選擇，應用程序能夠將各個任務分為多個線程執行。一個╱雙核處理器可同時執行眾多線程中的兩條。
2. NI PXIe-1075
配△有交流的18槽3U PXI Express機箱 - 高達4 GB/s。
NI PXIe-1075 18槽機箱配有高帶寬♂背板，可滿足各種高性能測試和測量應用的需求。更高槽的NI PXIe-1075可作為更高通道密度系統〓的解決方案。機箱的操作溫度範圍可擴展至55 °C，滿足冷卻性能的需求。它還集成了』最新PXI規範的所有特性，包括：面向PXI和PXI Express模塊的支【持、用於PXI模塊∴的內置10 MHz參考時鐘、PXI觸發總線和PXI星形觸發，以及用於PXI Express模塊的︽內置100 MHz參考時鐘、SYNC 100和PXI星形差分觸發。
3. NI PXIe-6672
NI PXIe-6672是用於PXI Express的系統定時控制器模塊。NI PXIe-6672能夠驅動PXI星形觸發線，導入並導出PXI背板時鐘和觸發器，生成高精度的直流到105 MHz DDS時鐘，為儀器生成具有高穩定性的TCXO 10 MHz參考時鐘（1 ppm穩定性）。由於NI PXIe-6672的這些特性※，您能使多個PXI Express系統同步、使PXI Express系統和外部儀器及設備同步、提高PXI Express系統內儀器的精度╲。
4. NI PXIe-4330
8通道, 24位, 25 kS/s同步電橋▅模塊。
NI PXIe-4330同步電橋模塊可為基於⊙電橋的傳感器提供集成化數據采〓集和信號調理。這些模塊包含更高的精度、強大的數據處理能〖力和同步功能，是高密度測量系統的理想選擇。
NI PXIe-4330的全部8路通道都配有適合同步采樣的24位模數轉換器(ADC)。NI PXIe-4330提供ω 每通道25 kS/s的采樣率，便於用戶根據測量帶寬選擇合適的模塊。
針對◇精確測量，每款模塊的各路通道均具有抗混疊和數字濾波功能○。每條通道還具有一類獨立0.625 V到10 V激勵電壓。此外，NI PXIe-4330為各路通道提供遙感、內橋電阻和分路校準選⌒件。
5. NI TB-4330
NI TB-4330前置式接線盒配有︾適合NI PXIe-4330電橋模塊的螺栓端子連〗接。接線盒能被軟件自動檢測到也可熱插拔，因此您能在帶電狀態下連接或斷開它。
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