用于高通道数应用的新技术

NI正在开发目标工业和需要能够扩展到数千个通道的可扩展传感器测量系统应用的全新技术。

传统的传感器测量系统通常是预定制且不灵活的，随着应用需求不断变化，扩展通道数和升级新型计算技术的能力有限。全新的NI SC Express产品家族引进了传感器测量技术，为基于行业标准PXI平台的可扩展传感器测量系统提供了可调整的简化体系结构。除了降低复杂度之外，这些全新的产品具备三个主要优点：更好的测量精度、更灵活的同步和更高的数据吞吐量。

1) 使用集成信号调理提供更好的测量精度

许多传感器在对输出进行精确数字化前需要信号调理。信号调理的一些例子包括放大器、激励、隔离和滤波。通常，您可能通过其他连接到数据采集系统的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。全新的技术和微型化帮助公司将信号调理和模拟数字转换器集成到同一设备中，通过去除可能引起出错的电缆和接头，提供了更高的测量精度。集成信号调理还减少了测量系统中的组件数量，简化了安装、维护和标定，并且还降低了尺寸和高通道数测量系统的成本。

全新的SC Express模块使用集成信号调理体系结构为PXI平台提供高精度传感器测量。PXI平台具有来自70多家厂商的超过1500个可用模块，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要，同时避免了使用专用外形尺寸或专用数据总线的风险。

举例而言，高级温度室的可扩展高精度测量是可以从全新SC Express技术中获益的应用。温度室的仪器必须以很高的精度测量数百个热电偶，因此您可以精确测量并控制温度室的温度分步。使用NI PXIe-4353 SC Express模块，您可以使用单个PXI机箱测量高达544个热电偶通道。

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表1：全新NI SC Express产品家族模块比较

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或传感器在空间上分步在较大区域时，相关同步数据的复杂度大大提高。同步需求是在选择测量系统时最重要的方面。

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是PXI平台的最新发展，设计用于为测量I/O设备提供高度同步，同时维护向下兼容性。使用PXI Express背板中的100 MHz差分时钟，多个仪器可以将采样时钟基于相同的参考源。背板触发线路允许将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替换背板时钟，在同一PXI Express机箱中提供更高精度的时钟，您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，可以使用GPS或IRIG-B模块使用共用时钟信号进行多机箱同步。

SC Express模块使用PXI Express总线提供一个机箱或多个机箱设备之间的紧密同步。举例而言，NI PXIe-4330桥式传感器输入模块在单一机箱中单个模块或不同模块之间具有小于100 ns的通道间偏差。此外，NI用全新的方法增强了NI-DAQmx驱动程序软件，在单个机箱中配置多个SC Express模块进行同步。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）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，从而大大简化了所需的代码。如果您使用这个编程方法，在无需牺牲性能的情况下，驱动程序自动配置所有定时和触发线路。

结构化测试应用通常需要从应变仪和加速度计进行同步测量，从而精确比较测量到的压力和有限元分析模型中得到的数值。您可以简单地使用单个NI-DAQmx多设备任务读取用全新的NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块得到的同步应力测量和振动测量，对压力进行精确测量。和传统仪器不同，对于随着时间发展越来越复杂的设计（例如用更强更轻材料造成的机翼）等结构化测试，SC Express模块具有适应不断变化需求的灵活性。
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，因此您可以实时分析数据或是流盘进行后期分析。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。回避这个限制的唯一方法是为采集设备增加板载内存，从而允许在有限时间内更高的采集速度。除了成本更高之外，这个方法还为采集软件增加了复杂性，用户也无法实时查看数据。

SC Express模块基于PXI Express总线，提供了每通道250 MB/s带宽将数据传送到控制器上。如图2所示，在不超过通信总线带宽的情况下，全新的SC Express模块可以扩展到更高通道数。

在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，您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NI DIAdem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。

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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。

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。除了能够扩展到数百个通道的灵活性之外，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。全新的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，提供了带有世界级同步和高数据吞吐量的更高精度测量。如果您将测量模块结合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。

　　
图2：SC Express模块的总吞吐量随着通道数增加而增加。

– Andy Deck

Andy Deck是NI调理测量的部门经理。他获得了美国德克萨斯大学奥斯汀分校的机械工程学士学位。

全新自带信号调理的PXI Express数据采集模块

全新推出的自带信号调理的高性能PXI Express数据采集（DAQ）模块是实现应变、全桥、热电偶以及高电压测量的理想平台。这些SC Express模块提供了更高的测量精度、更高的数据吞吐以及与高通道数测量应用更紧密的同步性能。NI PXIe-4330 桥路输入模块为每个通道配备了24位 ADC 以及高达每通道25kS/s的采样率。NI PXIe-4353热电偶输入模块则具备24位的分辨率，精度达到0.3摄氏度以及300V板级隔离。NI PXIe-4300高电压模拟输入模块提供了通道间隔离以及每通道可测量高达300V的同步ADC芯片。作为PXI平台的一部分，SC Express模块可方便地与其他PXI模块进行同步，例如NI X系列数据采集设备、NI DSA模块以及其他模块化仪器。