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新型PXI模塊化儀器
2012-12-12
PXI平臺(tái)是基于PCI總線，即一種基于PCI堅(jiān)固、模塊化的結(jié)構(gòu)，具有專為測(cè)試與測(cè)量應(yīng)用設(shè)計(jì)的電氣規(guī)范與時(shí)鐘電路。PCI總線作為開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在測(cè)試與測(cè)量工程上具有不少優(yōu)勢(shì)。很多為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的設(shè)備都是基于PCI總線的。目前已經(jīng)有數(shù)以千計(jì)的PCI設(shè)備，而PCI總線本身也采納了諸多最新的計(jì)算技術(shù)，得以不斷優(yōu)化。這對(duì)PXI而言，意味著可以使用大量的設(shè)備元件，從而可以與最常用的操作系統(tǒng)與軟件完全兼容，針對(duì)最高速的處理器和總線進(jìn)行優(yōu)化。
PXI是一個(gè)模塊化的平臺(tái)。系統(tǒng)的物理主機(jī)是一個(gè)擁有2至31個(gè)槽位的機(jī)箱，有的機(jī)箱還帶有內(nèi)置的顯示器和鍵盤。機(jī)箱的第一槽是控制器槽(見(jiàn)圖1所示的1槽)。目前可以使用的控制器有很多，最常見(jiàn)的兩種是嵌入式控制器和MXI-3 (在結(jié)構(gòu)上，一種PCI到PCI的橋，用于以臺(tái)式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制PXI機(jī)箱) 總線橋。嵌入式控制器是專為PXI機(jī)箱空間設(shè)計(jì)的常規(guī)計(jì)算機(jī)。MXI-3則是一種通過(guò)臺(tái)式計(jì)算機(jī)控制PXI機(jī)箱的擴(kuò)展器。機(jī)箱中的其它槽位被稱為外部設(shè)備槽，用于插置功能模塊 (見(jiàn)圖1所示的2-7槽)，就像計(jì)算機(jī)里的PCI槽一樣。
應(yīng)用實(shí)例方案
在此，對(duì)用PXI模塊設(shè)計(jì)的多通道瞬態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)方案做一個(gè)簡(jiǎn)介。
例如，多通道瞬態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)采用National Instruments公司的LabVIEW6；LabVIEW signal processing Toolset(信號(hào)處理處理函數(shù))和NI公司的 NI PXI-100B(機(jī)箱) ；NI PXI-5112和NI PXI-6602模塊產(chǎn)品和高速示波器和定時(shí)模塊，對(duì)石油行業(yè)中電起爆炸/點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，開(kāi)發(fā)一套火工器件的瞬態(tài)時(shí)間特性測(cè)試系統(tǒng)。
該系統(tǒng)基于LabVIEW高效軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和強(qiáng)大功能與LabVIEW signal processing Toolset豐富的信號(hào)處理函數(shù)，結(jié)合NI PXI-5112和NI PXI-6602硬件模塊，成功有效地完成了電起爆炸/點(diǎn)火的瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。
◆ 系統(tǒng)硬件架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、PXI采集系統(tǒng)和中間適配器三部分組成 (如圖4)。主控計(jì)算機(jī)和PXI系統(tǒng)通過(guò)PXI-MXI-3連接。中間適配器主要用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)儀器的啟動(dòng)控制以及提供12路引爆外觸發(fā)數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)中12路點(diǎn)火/引爆信號(hào)由6塊PXI-5112數(shù)字示波器模塊采集完成。
PXI—5112具有兩路8位垂直分辨率的模擬輸入通道；最高實(shí)時(shí)采樣率為100MS／s；具有CH0(通道0)、CH1 (通道1)、TRIG (觸發(fā)器)三路硬件觸發(fā)通道，每通道為16MB內(nèi)存，觸發(fā)方式包括數(shù)字觸發(fā)和模擬觸發(fā)；帶寬為100MHZ。試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)需實(shí)時(shí)記錄采集信號(hào)并進(jìn)行事后處理以檢測(cè)各通道的信號(hào)前沿、峰值時(shí)間等參數(shù)，因此要求12路起爆信號(hào)必須同步進(jìn)行采樣。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將PXI背板時(shí)鐘總線和RTSI (實(shí)時(shí)系統(tǒng)綜合) 同步觸發(fā)總線結(jié)合，實(shí)現(xiàn)6塊PXI—5112作時(shí)鐘同步和觸發(fā)同步，工作方式為主-從方式。同時(shí)，系統(tǒng)要求用觸發(fā)外部?jī)x器的同步觸發(fā)脈沖，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用定時(shí)計(jì)數(shù)模塊PXI-6602的8路定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出作為同步觸發(fā)輸出，保證整個(gè)系統(tǒng)儀器觸發(fā)和采集觸發(fā)的同步工作。
◆ 系統(tǒng)同步觸發(fā)、采集設(shè)計(jì)：測(cè)試系統(tǒng)的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)外部?jī)x器設(shè)備和PXI系統(tǒng)中采集模塊及定時(shí)計(jì)數(shù)模塊的同步觸發(fā)和同步采集。PXI總線為每一個(gè)插槽提供誤差小于1ns的10MHz參考時(shí)鐘，示波器模塊PXI—5112通過(guò)鎖相環(huán)技術(shù)可以使100MHz的采樣時(shí)鐘與10MHz的參考時(shí)鐘保持同步。軟件設(shè)計(jì)時(shí)，將PXI背板總線上的10MHz參考時(shí)鐘路由到RTSI總線上作為6塊PXI-5112的工作時(shí)鐘，保證時(shí)鐘同步；并將Master(主) PXI-5211的星形觸發(fā)通過(guò)RTSI總線，作為觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)其余五塊Slave(從) PXI-5211，保證采集同步定時(shí)計(jì)數(shù)模塊PXI-6602具有8個(gè)32位定時(shí)計(jì)數(shù)器和32位5個(gè)TTl數(shù)字I/O，100KHZ、20MHZ、80MHZ三個(gè)內(nèi)部時(shí)基，多種靈活的工作模式保證了高精度的計(jì)數(shù)和定時(shí)。
系統(tǒng)完成后，多次對(duì)火工器件進(jìn)行起爆、點(diǎn)火對(duì)比試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明該測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定，測(cè)試精度高，符合要求。
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