NI正在開發(fā)目標(biāo)工業(yè)和需要能夠擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)通道的可擴(kuò)展傳感器測量系統(tǒng)應(yīng)用的全新技術(shù)。
傳統(tǒng)的傳感器測量系統(tǒng)通常是預(yù)定制且不靈活的，隨著應(yīng)用需求不斷變化，擴(kuò)展通道數(shù)和升級(jí)新型計(jì)算技術(shù)的能力有限。全新的NI SC Express產(chǎn)品家族引進(jìn)了傳感器測量技術(shù)，為基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PXI平臺(tái)的可擴(kuò)展傳感器測量系統(tǒng)提供了可調(diào)整的簡化體系結(jié)構(gòu)。除了降低復(fù)雜度之外，這些全新的產(chǎn)品具備三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：更好的測量精度、更靈活的同步和更高的數(shù)據(jù)吞吐量。
1) 使用集成信號(hào)調(diào)理提供更好的測量精度
許多傳感器在對(duì)輸出進(jìn)行精確數(shù)字化前需要信號(hào)調(diào)理。信號(hào)調(diào)理的一些例子包括放大器、激勵(lì)、隔離和濾波。通常，您可能通過其他連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理，將調(diào)理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。全新的技術(shù)和微型化幫助公司將信號(hào)調(diào)理和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器集成到同一設(shè)備中，通過去除可能引起出錯(cuò)的電纜和接頭，提供了更高的測量精度。集成信號(hào)調(diào)理還減少了測量系統(tǒng)中的組件數(shù)量，簡化了安裝、維護(hù)和標(biāo)定，并且還降低了尺寸和高通道數(shù)測量系統(tǒng)的成本。
全新的SC Express模塊使用集成信號(hào)調(diào)理體系結(jié)構(gòu)為PXI平臺(tái)提供高精度傳感器測量。PXI平臺(tái)具有來自70多家廠商的超過1500個(gè)可用模塊，幫助您開發(fā)高度靈活的單一測量系統(tǒng)，滿足大部分測量應(yīng)用的不同需要，同時(shí)避免了使用專用外形尺寸或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)總線的風(fēng)險(xiǎn)。
舉例而言，高級(jí)溫度室的可擴(kuò)展高精度測量是可以從全新SC Express技術(shù)中獲益的應(yīng)用。溫度室的儀器必須以很高的精度測量數(shù)百個(gè)熱電偶，因此您可以精確測量并控制溫度室的溫度分步。使用NI PXIe-4353 SC Express模塊，您可以使用單個(gè)PXI機(jī)箱測量高達(dá)544個(gè)熱電偶通道。
表1：全新NI SC Express產(chǎn)品家族模塊比較
2) 靈活、高性能的同步
為了有效使用和分析數(shù)據(jù)，您必須知道數(shù)據(jù)的時(shí)間相關(guān)性。在采集來自不同傳感器類型的多個(gè)設(shè)備或傳感器在空間上分步在較大區(qū)域時(shí)，相關(guān)同步數(shù)據(jù)的復(fù)雜度大大提高。同步需求是在選擇測量系統(tǒng)時(shí)最重要的方面。
在過去的十多年中，PXI平臺(tái)為測量系統(tǒng)提供了世界頂尖的同步性能。PXI Express是PXI平臺(tái)的最新發(fā)展，設(shè)計(jì)用于為測量I/O設(shè)備提供高度同步，同時(shí)維護(hù)向下兼容性。使用PXI Express背板中的100 MHz差分時(shí)鐘，多個(gè)儀器可以將采樣時(shí)鐘基于相同的參考源。背板觸發(fā)線路允許將機(jī)箱中所有設(shè)備按照相同的100 MHz時(shí)鐘邊沿進(jìn)行協(xié)同觸發(fā)。和之前的PXI機(jī)箱一樣，定時(shí)和同步模塊可以替換背板時(shí)鐘，在同一PXI Express機(jī)箱中提供更高精度的時(shí)鐘，您還可以用于同步多個(gè)PXI Express機(jī)箱中的測量設(shè)備。如果應(yīng)用需要對(duì)分布在長距離的多個(gè)機(jī)箱進(jìn)行同步，可以使用GPS或IRIG-B模塊使用共用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行多機(jī)箱同步。
SC Express模塊使用PXI Express總線提供一個(gè)機(jī)箱或多個(gè)機(jī)箱設(shè)備之間的緊密同步。舉例而言，NI PXIe-4330橋式傳感器輸入模塊在單一機(jī)箱中單個(gè)模塊或不同模塊之間具有小于100 ns的通道間偏差。此外，NI用全新的方法增強(qiáng)了NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序軟件，在單個(gè)機(jī)箱中配置多個(gè)SC Express模塊進(jìn)行同步。如下圖所示，您可以在NI LabVIEW圖形化編程環(huán)境或基于文本的通用語言（例如.NET）使用單個(gè)NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)配置并讀取來自系統(tǒng)中多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而大大簡化了所需的代碼。如果您使用這個(gè)編程方法，在無需犧牲性能的情況下，驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)配置所有定時(shí)和觸發(fā)線路。
結(jié)構(gòu)化測試應(yīng)用通常需要從應(yīng)變儀和加速度計(jì)進(jìn)行同步測量，從而精確比較測量到的壓力和有限元分析模型中得到的數(shù)值。您可以簡單地使用單個(gè)NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)讀取用全新的NI PXIe-4330橋式傳感器輸入模塊和NI PXIe-4496加速度計(jì)輸入模塊得到的同步應(yīng)力測量和振動(dòng)測量，對(duì)壓力進(jìn)行精確測量。和傳統(tǒng)儀器不同，對(duì)于隨著時(shí)間發(fā)展越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)（例如用更強(qiáng)更輕材料造成的機(jī)翼）等結(jié)構(gòu)化測試，SC Express模塊具有適應(yīng)不斷變化需求的靈活性。
3) 高數(shù)據(jù)吞吐量
高通道數(shù)測量系統(tǒng)必須將大量數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)控制器上，因此您可以實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)或是流盤進(jìn)行后期分析。過去，通信總線帶寬是通道數(shù)或系統(tǒng)中最大采集速度的限制因素。回避這個(gè)限制的唯一方法是為采集設(shè)備增加板載內(nèi)存，從而允許在有限時(shí)間內(nèi)更高的采集速度。除了成本更高之外，這個(gè)方法還為采集軟件增加了復(fù)雜性，用戶也無法實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)。
SC Express模塊基于PXI Express總線，提供了每通道250 MB/s帶寬將數(shù)據(jù)傳送到控制器上。如圖2所示，在不超過通信總線帶寬的情況下，全新的SC Express模塊可以擴(kuò)展到更高通道數(shù)。
在通信總線不是測量速度或通道數(shù)的限制因素時(shí)，處理速度或?qū)懭氪疟P性能可能會(huì)影響系統(tǒng)性能。使用NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序，您可以將數(shù)據(jù)直接傳送到技術(shù)數(shù)據(jù)管理流（TDMS）文件格式中，它提供了高達(dá)400 MB/s的記錄吞吐量，能夠快速處理太字節(jié)數(shù)據(jù)。您可以使用LabVIEW數(shù)據(jù)搜索工具包或NI DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件方便地對(duì)這些大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行管理、分析、可視化和報(bào)告有用信息。
圖1：NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)從NI PXIe-4330橋式傳感器輸入模塊和NI PXIe-4496加速度計(jì)輸入模塊讀取同步的張力和加速度計(jì)數(shù)據(jù)。
許多軍事和航天測試工程師需要測量數(shù)百個(gè)處于不同電壓或地電平的模擬信號(hào)。除了能夠擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)通道的靈活性之外，測量系統(tǒng)必須具備通道間隔離的模擬輸入，以便安全地測量來自這些測試單元的信號(hào)。全新的NI PXIe-4300高電壓模擬輸入模塊和帶有TDMS功能的NI DAQmx能夠很好地滿足這些測試單元的挑戰(zhàn)。
快速方便地構(gòu)造可擴(kuò)展高通道數(shù)傳感器管理系統(tǒng)
SC Express模塊在PXI Express總線上提供了集成信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，提供了帶有世界級(jí)同步和高數(shù)據(jù)吞吐量的更高精度測量。如果您將測量模塊結(jié)合NI-DAQmx特性（包括TDMS和多設(shè)備任務(wù)），就可以方便地構(gòu)建可擴(kuò)展傳感器測量系統(tǒng)，滿足您高通道數(shù)測量應(yīng)用的獨(dú)特需求。
圖2：SC Express模塊的總吞吐量隨著通道數(shù)增加而增加。
– Andy Deck
Andy Deck是NI調(diào)理測量的部門經(jīng)理。他獲得了美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位。
全新自帶信號(hào)調(diào)理的PXI Express數(shù)據(jù)采集模塊
全新推出的自帶信號(hào)調(diào)理的高性能PXI Express數(shù)據(jù)采集（DAQ）模塊是實(shí)現(xiàn)應(yīng)變、全橋、熱電偶以及高電壓測量的理想平臺(tái)。這些SC Express模塊提供了更高的測量精度、更高的數(shù)據(jù)吞吐以及與高通道數(shù)測量應(yīng)用更緊密的同步性能。NI PXIe-4330 橋路輸入模塊為每個(gè)通道配備了24位 ADC 以及高達(dá)每通道25kS/s的采樣率。NI PXIe-4353熱電偶輸入模塊則具備24位的分辨率，精度達(dá)到0.3攝氏度以及300V板級(jí)隔離。NI PXIe-4300高電壓模擬輸入模塊提供了通道間隔離以及每通道可測量高達(dá)300V的同步ADC芯片。作為PXI平臺(tái)的一部分，SC Express模塊可方便地與其他PXI模塊進(jìn)行同步，例如NI X系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備、NI DSA模塊以及其他模塊化儀器。
