多通道应变信号采集系统方案

——Concord 9231多通道应变信号采集系统应用

 

一、系统需求

1、通道数量：1000通道；

2、应变信号类型：全桥，半桥或1/4 桥；

3、采样率：每通道1KS/s；

4、通道间同步增益精度高于0.02%；

5、激励电源：5V；

6、单一数据显示控制主机，可分布机箱，能持续采集数据1个月；

二、系统实现

系统结构如图1所示，系统以8台PXI Express分系统为核心设备，组成一个分布式、同步数据采集系统。

多机箱同步：NI PXIe-6672是用于PXI Express的系统定时控制器模块。NI PXIe-6672能够驱动PXI星形触发线，导入并导出PXI背板时钟和触发器，生成高精度的直流到105 MHz DDS时钟，为仪器生成具有高稳定性的TCXO 10 MHz参考时钟（1 ppm稳定性）。由于NI PXIe-6672的这些特性，您能使多个PXI Express系统同步、使PXI Express系统和外部仪器及设备同步、提高PXI Express系统内仪器的精度。

控制器性能：NI NI PXIe-8108是基于Intel Core 2 Duo T9400的高性能嵌入式控制器，配有2.53 GHz双核处理器、800 MHz DDR2内存和6 M的L2超高速缓存。

 

 

    

 

图1：系统构成 

 

 

三、系统配置
单台设备由PXIe-8108控制器，PXIe-1075机箱，PXIe-6672同步模块，PXIe-4330应变采集模块组成，如图 2所示。 支持多台设备同步采集，集成信号调理功能，支持以太网通讯。

                        

 

本系统方案的配置及主要指标如下：

 

扩展设备总台数	8
系统模拟输入总通道数	1000
单台设备最大模拟输入通道数	128（有多机箱同步模块），136（无多机箱同步模块）
采集终端间同步精度	优于0.3μs
采集方式	连续采集；多种触发方式采集
采集终端处理器	基于Intel Core 2 Duo T9400的高性能嵌入式控制器，2.53 GHz双核
采集终端储存容量	80G/采集终端
接口	太网端口（1000BaseT , 100BaseTX , 10BaseT , 100BaseT）; RS232串口；并口；USB端口；ExpressCard/34槽；GPIB (IEEE 488.2)接口
工作温度	0~55°C
工作湿度	10~90 %RH，无凝结
电源输入	100VAC，220VAC
体积	467.4mm×464.8mm×177.1mm （长×宽×高）
非工作状态可承受振动，随机	2.4g rms，5到500Hz（IEC 60086-2-64）
工作可承受振动，随机	0.3g rms，5到500Hz（IEC 60086-2-64）
工作可承受冲击	30g，11ms 半正弦（IEC 60086-2-27）

 

 

四、系统技术指标

模拟接口参数

测量类型....................................... 全桥，半桥或1/4 桥(各通道分别配置)

1/4桥路电阻....................................................120Ω，350Ω， 1KΩ

ADC分辨率.....................................................................24位

ADC类型.................................................Delta-Sigma (带模拟抗混滤波)

采样模式.......................................................................同步

触发方式.................................................................模拟，数字

TED's 传感器...................................................................支持

数据传递方式.........................................................DMA, 可编程I/O

共模电压输入范围(Vcm) ........................................................ ±2V

传感器接入方式………….................................................. NI TB-4330

每通道最高采样率……….....................................................25.6kS/s

内部主时基(fM)

频率.........................................................................100MHz

精度............................... ........................................±50ppm

测量精度

 

测量条件	范围：±25 mV/V		范围：±100mV/V
	增益误差 （读数百分比）	补偿误差 (μV/V）	增益误差 （读数百分比）	补偿误差 (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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

增益稳定度........................................................... 12 ppm/°C ，最大值

补偿稳定度................................................... 4.5 μV/Vex per °C ，最大值

相位非线性

fin = 0～10 kHz.........................................................±0.02°，最大值

模拟输入延时................................. .................................. 1.1 μs

通带

频率.............................................................................0.4·fs

平坦度.................. ..................................................0.05dB，最大值

阻带

频率..............................................................................0.55·fs

抑制................................................................................100dB

无混叠带宽.........................................................................0.45·fs

共模抑制比CMRR (fin = DC～1KHz) ....................................................85dB

无杂散动态范围SFDR (1 kHz, –60 dBFS)...............................................100dB

总谐波失真THD (1 kHz, –20 dBFS)....................................................–88dB

串扰(fin = 1 kHz) ..................................................................–100dB

激励

类型..............................................................................差分恒压（平衡）

选择方式........................................................................各通道软件选择

激励值.......................... 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

稳定度...................................................................±0.5% ±83 mV ，最大值

最小电流....................................................................................29mA

激励噪声.....................................................................250 μVrms(50 kHz带宽)

短路保护......................................................................EX to GND ，各端子间

激励电压

 

桥路电阻	桥路配置	激励电压 (最大值)
120Ω	全桥	3.3V
	半桥，1/4桥	5V
350Ω	全桥	10V
	半桥，1/4桥	10V
1kΩ	全桥	10V
	半桥，1/4桥	10V

 

 

分流校准特性

电阻................................................................. 33.333 kΩ, 50 kΩ,100 kΩ

选择方式........................................................................各通道软件选择

位置..............................................................跨1/4桥(内部)，参考激励负端(外部)

输出值.................................................................–599.28μV/V或–873.47μV/V

温漂..............................................................................10ppm/°C,最大值

五、系统扩展性

本方案中各单台设备相互独立，单台设备内各通道相互独立，便于系统扩展，便于根据系统需要调整通道数量、信号类型。多种类的接口方便客户实现与外围设备的互联，以及数据处理、分析或显示。

各台设备可以安装Windows系统，亦可以安装RT系统，可以方便地实现本地数据采集系统，也可以实现嵌入式、分布式的数据采集系统，可以实现长时间、可靠的连续数据采集。

 

附录（产品介绍）：

1. NI PXIe-8108

 

NI PXIe-8108是基于Intel Core 2 Duo T9400的高性能嵌入式控制器，可用于PXI Express和CompactPCI Express系统。NI PXIe-8108配有2.53 GHz双核处理器、800 MHz DDR2内存和6 M的L2超高速缓存，是模块化仪器和数据采集应用的理想选择。

双核处理器有两个核心或称计算引擎，配置于同一个处理器中。双核处理器可同时执行两个计算任务，该优势可在多任务环境下得到体现，例如：允许多个应用程序同时运行的Windows XP。两个应用程序可以同时分别进入处理器的两个核心，从而提高系统整体性能。此外，双核处理器是NI LabVIEW软件等多线程应用程序的理想选择，应用程序能够将各个任务分为多个线程执行。一个双核处理器可同时执行众多线程中的两条。

2. NI PXIe-1075

 

配有交流的18槽3U PXI Express机箱 - 高达4 GB/s。

NI PXIe-1075 18槽机箱配有高带宽背板，可满足各种高性能测试和测量应用的需求。更高槽的NI PXIe-1075可作为更高通道密度系统的解决方案。机箱的操作温度范围可扩展至55 °C，满足冷却性能的需求。它还集成了最新PXI规范的所有特性，包括：面向PXI和PXI Express模块的支持、用于PXI模块的内置10 MHz参考时钟、PXI触发总线和PXI星形触发，以及用于PXI Express模块的内置100 MHz参考时钟、SYNC 100和PXI星形差分触发。

3. NI PXIe-6672

 

NI PXIe-6672是用于PXI Express的系统定时控制器模块。NI PXIe-6672能够驱动PXI星形触发线，导入并导出PXI背板时钟和触发器，生成高精度的直流到105 MHz DDS时钟，为仪器生成具有高稳定性的TCXO 10 MHz参考时钟（1 ppm稳定性）。由于NI PXIe-6672的这些特性，您能使多个PXI Express系统同步、使PXI Express系统和外部仪器及设备同步、提高PXI Express系统内仪器的精度。

4. NI PXIe-4330 

 

 

8通道, 24位, 25 kS/s同步电桥模块。

NI PXIe-4330同步电桥模块可为基于电桥的传感器提供集成化数据采集和信号调理。这些模块包含更高的精度、强大的数据处理能力和同步功能，是高密度测量系统的理想选择。

NI PXIe-4330的全部8路通道都配有适合同步采样的24位模数转换器(ADC)。NI PXIe-4330提供每通道25 kS/s的采样率，便于用户根据测量带宽选择合适的模块。

针对精确测量，每款模块的各路通道均具有抗混叠和数字滤波功能。每条通道还具有一类独立0.625 V到10 V激励电压。此外，NI PXIe-4330为各路通道提供遥感、内桥电阻和分路校准选件。

5. NI TB-4330

 

 

NI TB-4330前置式接线盒配有适合NI PXIe-4330电桥模块的螺栓端子连接。接线盒能被软件自动检测到也可热插拔，因此您能在带电状态下连接或断开它。