高校——振动试验及分析

晶钻仪器(CoCo-80)可配置信号分析在飞机发动机测试中的应用 

介绍

CSA,可配置信号分析是一个由晶钻仪器在它的最新一代动态信号分析仪系统中介绍和采用的新概念。它允许用户动态配置DSP（数字信号处理）功能，因此数据处理流程能够根据应用而改编。

传统上，动态测量仪器只能实现固定数据分析功能。这些功能在产品运输给用户前由生产商配置。尽管用户能改变这些预设置算法使用的参数，他们通常对采用的数学功能的数据处理流程和序列有很少的控制。凭着这样的设计原则，动态测量系统的用户接口将扩展得越来越难使用，因为卖方不断增加用户要求的功能。甚至当越来越多功能被增加，它们仍然不能满足用户增长的需求。

例如，大多数动态信号分析仪能够把加速度综合成速度或位移信号。它们通常是固定信号处理功能，由分析仪制造商提供。现在如果一个客户想看位移对应于时间的峰-峰值，一些分析仪可能有这样的功能，一些可能没有。传统途径是分析仪制造商为了满足这样的需求将把这些功能增加到现在的用户接口中。随着时间流逝，用户接口将变得越来越难于使用，因为不想要峰-峰值功能的一些其他用户仍然在接口中看到它们。

与传统途径相反，可配置信号分析（CSA）在配置阶段是用户可配置的。凭着CSA，用户能够对实时数据流复杂地采用各种各样的数学操作而不必改变安装的程序。处理算法是用户可配置的数学功能的组合。这些算法大多数都很简单，诸如加减乘除操作。一些别的非常复杂，诸如在所有通道之间计算FRF，频率响应函数。用户能选择和采用他们喜欢的分析功能，或者组合它们来满足她的特定需求。用户能按给定限制的顺序级联这些算法。凭着这一途径，CoCo DSP系统被开启了无限的应用功能。

CSA脚本用XML，即扩展标记语言写成。脚本体通常由版本信息，CSA数学模块所用的参数，和几个CSA数学模块。

许多传统信号分析仪确实提供用户能定义的“信号计算器”或“数学功能”。然而，CSA概念优于这些传统的信号数学计算器：

1.         CSA不仅适用于基于块的信号，也适用于连续的数据流。人们能用对原始输入信号同样的方法来保存和分析结果的数据流。

2.         CSA具有依赖于算法的参数设置方案。例如，在传统的信号数学计算器里，很难把分析参数和算法相关联。CSA允许用户定义分析参数。

3.         CSA配置包括一个用户交互的验证过程。它把控制逻辑代码下载到DSP，测试DSP要用的内存和计算资源。

CSA在DSP级别实现

在过去的方法里，信号分析算法基于数据块。这些数据块通常被描绘为一个矩阵或向量。为了处理实时数据流，人们不得不手工处理程序。不得不使用诸如“while-if-then-loop”的复杂控制逻辑。国家仪器公司的LabView或mathWorks公司的MatLab是这一传统途径的典型例子。这一途径难于应用到实时数据流，使得程序难于阅读和维护。在CSA里，数据块被扩展为数据流。流描述一个数据缓冲区，它的内容一次部分地更新。找到一个容易方法来处理流数据将允许工程师，系统集成者，或用户把各种数学功能有效地应用到实时数据。

在编程时，流能用ping/pong，环形或FIFO缓冲区来实现。

最频繁使用的流数据是时间系列。从数据采集系统采集到的数据是典型的流。该流能被显示，暂时存储在内存，闪存，或硬盘中。

我们能用图描述流目标和数学操作之间的关系。在这样的一张图中，我们仅需要三个符号来描述流操作：一个方块描述流目标，圆块描述数学操作符，箭头线连接它们。流的输入和输出是数学操作符；数学操作符的输入和输出是流。

一个数学操作符能占有多个输入流和更改多个输出流的内容。尽管通常的形势是它只是更改一个输出流。

尽管每个数学操作符能有多个输入和输出流，每个流只能占有一个输入数学操作符。换句话说，我们不允许多于一个数学操作改变任何流的内容。确实允许有多个输出数学操作符。

流象一本书。通常只有一个作者写它；很多读者能读它。当然，一个作者能写多本书。

CSA脚本控制要用的数学元素，输入和输出流。在运行时间，软件将解释脚本并把它们翻译成数据流程和控制逻辑。软件也将基于CSA脚本来处理流分配，去分配，数学操作，优先级，存储，和显示。

DSP将创建许多操作线程，查看每个数学操作符的优先级和条件。这就是事件驱动操作。一个数学构造块将被执行，当它是在高优先级并且它的输入缓冲区是满的。执行顺序将由一个特别开发的任务经理来管理。