数据采集应用案例

Advancetechnologies;Automatetheworld.凌华数据采集卡产品选型指南暨应用案例张斌北京凌华技术支持部摘要•数据采集卡选型指南•数据采集产品在几个市场的典型应用•PCI-9812典型应用•PCI-7300A典型应用•其它应用Advancetechnologies;Automatetheworld.如何选择合适的A/D卡•根据传感器选择–热电偶、热电阻……•根据采样定理选择–fs=2*fmax•根据精度要求选择•根据用户的其它要求选择–同步？触发？Advancetechnologies;Automatetheworld.Q：热电偶应用的特点•价格较低，坚固•可承受高温•可迅速感知温度的快速变化•低电压输出•低灵敏度•需要冷端补偿Advancetechnologies;Automatetheworld.A：选型•低电压输出→需要放大–最好高增益•低灵敏度→高分辨率–PCI-9118HR、PCI-9114系列、PCI-9111HR•需要冷端补偿–PCI-9114系列板载CJC–ACLD-8125板载CJC，可配合PCI-9111系列•可选的方案–PCI-9114系列–PCI-9111HR＋ACLD-8125•最佳方案–PCI-9114HGAdvancetechnologies;Automatetheworld.Q：热电阻应用的特点•精度比热电偶高•不需要冷端补偿•电阻输出•低灵敏度•非线性输出，需要线性化•2线RTDs接线，简单，但要考虑接线电阻误差•3线和4线RTD接线，消除了接线电阻误差Advancetechnologies;Automatetheworld.A：选型•电阻输出→需要电流源•低灵敏度→高分辨率•可选方案–PCI-6208A+PCI-9111HR（9114、9118HR）•最佳方案–仍然建议选用ND-6013Advancetechnologies;Automatetheworld.其它传感器•目前，越来越多出现了将传感器、变送器结合在一起的产品•一般输出为电压（0～5V）、电流（0～20mA或4～20mA）•若输出为电压，基本所有采集卡均可选•若输出为电流，必须在输入端并联一精密电阻，建议值250ohmAdvancetechnologies;Automatetheworld.根据采样定理选择采集卡•前面所讨论的信号，一般变化缓慢，不涉及采样频率的限制•Nyquist采样定律：fs=2*fmax–fs：采样频率–fmax：信号最高频率–一般最小为fs=2.5*fmax–工程上一般取为fs=6~8*fmaxAdvancetechnologies;Automatetheworld.根据精度要求选择采集卡•用户关心的最小可测电压值•输入范围/2n•对于小信号，需要选择高增益板卡Advancetechnologies;Automatetheworld.根据用户的其它要求选择采集卡•同步要求–PCI-9812–DAQ-20XX–其它多功能卡＋S&H•触发要求–PCI-9812、DAQ-2000系列»Pre、Post、Middle、Delay–PCI-9118»About–PCI-9111»PreAdvancetechnologies;Automatetheworld.如何选择合适的D/A卡•根据速度选择–PCI-6208与PCI-6308无时钟控制输出时序，不可用作波形发生器–DAQ-25xx系列可用作任意波形发生器•根据精度选择–PCI-6208：16位，可保证14位–PCI-6308、DAQ-25xx：12位Advancetechnologies;Automatetheworld.如何选择合适的I/O卡•根据点数（通道数）选择•根据信号类型选择：–TTL、光电隔离、继电器–干接、湿接•根据驱动能力选择–光电隔离DO驱动能力较强–PCI-7396/7348•根据速度选择–只有PCI-7300与PCI-7200时序由时钟控制–PCI-7200稳定的数据流量为1MB/sAdvancetechnologies;Automatetheworld.DAQ产品在几个市场的典型应用•电力行业–电力录波：»传输电过程的“黑匣子”，记录电力的波形，供故障事后分析。»32/64通道，每通道采样率5kHz或10kHz»要求同步采集，有些情况下要求外部触发(用GPS信号作同步)»DAQ-2204/2205可以满足要求，其中同步问题可以外接采样/保持电路–…Advancetechnologies;Automatetheworld.DAQ产品在几个市场的典型应用•智能交通–车载“黑匣子”»动态记录车辆行驶中的各种参数。»军用：要求记录点数多、性能高，会采用PXI平台+采集卡»民用：性能要求较低，可能有EBC或PC104+的机会–轨道交通»车用控制系统，要求高，双机热备»行车调度/监控，环境较恶劣，会用cPCI–…Advancetechnologies;Automatetheworld.DAQ产品在几个市场的典型应用•自动测试(ATE)–军用ATE系统»要求高，一般用VXI或PXI实现»会用到继电器阵卡、开关卡»任意波形发生器卡、数字存储示波器卡–芯片测试系统»目前国内集中在6寸晶元厂，生产低集成度简单IC»IO卡配合低速采集卡–其它测试设备Advancetechnologies;Automatetheworld.DAQ-2000系列板卡简介•创新的母—子卡架构•自动校正功能•A/D、D/A同步进行•Scatter/GatherDMATimerLogicDataBufferVoltageReferenceAICHTrimDACADCPGAAdvancetechnologies;Automatetheworld.Q:CD/DVD读取头测试•CD/DVD读取依靠悬臂定位；定位信号来自外部电压信号•悬臂加上电压后要快速到位，且无振荡•要求测量在不同激励模式下悬臂的机械运动情况Advancetechnologies;Automatetheworld.A:CD/DVD读取头测试DAQ-2010激光Doppler干涉仪频谱分析软件A/DD/A正弦波振动器测量CD读取头的系统动态响应Advancetechnologies;Automatetheworld.PCI-9812卡简介•PCI-9812卡–高达20M采样频率–4路同步A/D转换–板载32ksampleFIFO–BusMasteringDMA，高达80MB/s吞吐率–提供外部时钟输入–灵活的触发选择：»后触发、预触发、中触发、延迟触发Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:雷达信号采集•传统雷达把回波强度直接转换成图像进行显示•问题：–无法实现自动识别–无法实时存储数据–无法进行进一步处理•要求将雷达信号直接数字化，利用计算机进行处理、分析Advancetechnologies;Automatetheworld.A:雷达信号采集•雷达为脉冲发射•利用PCI-9812卡•1路20M数字采样•对回波的包络进行数字化•在屏幕上以极坐标显示•可利用计算机进行各种处理Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:炮弹出膛速度测试•在炮膛中，炮弹在点火瞬间为静止，依靠爆炸产生的推力逐渐加速，至出膛时速度最大。•要求测出炮弹在炮膛中运动过程中的速度—时间曲线。Advancetechnologies;Automatetheworld.A:炮弹出膛速度测试•采用PCI-9812卡，利用点火信号作为触发源•利用微波信号的Doppler频移测速度•20M采样频率，对结果进行动窗FFT分析Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:汽车点火系统检测•目前汽车越来越普及，对汽车维修设备的要求日益增加•汽车的发动机是心脏，而点火系统是最易出问题，也是最难判断的地方•要求对点火波形进行采集，并利用计算机加以分析，帮助判断问题所在Advancetechnologies;Automatetheworld.A:汽车点火系统检测•用PCI-9812卡采集点火波形并加以分析Advancetechnologies;Automatetheworld.A:汽车点火系统检测(续)•正常波形与典型故障波形正常波形(重叠波)触点锈蚀波形电容漏电波形Advancetechnologies;Automatetheworld.IC封装测试•半导体测试设备，实现芯片自动分捡图像传感器分析软件挑选机构运动控制卡PCI-9812Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:动平衡—轴承转动平稳性•高速转动的轴承，如果存在转动惯量的不平衡，就会产生振动，带来危害，所以要进行配重•要求采集轴承高速转动中的振动信号，给轴承配重提供依据Advancetechnologies;Automatetheworld.A:动平衡—轴承转动平稳性•实现轴承转动一周对加速度传感器采样1000次–高速转动的轴承，刻标记以产生定位脉冲–利用8554卡计脉冲频率，并产生2000倍该频率的方波作为PCI-9812外时钟–利用定位脉冲作为9812触发信号光传感器加速度传感器Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:无损探伤—声发射法•传统高压输电线路多采用陶瓷的“电葫芦”挂线–重，而且易损坏–积灰后高压情况下绝缘性能下降•目前国外多采用聚酯材料两端压接金属头挂线•要求压接过程中实时监测压接质量–压力是否达到规定值–压接中是否发生断裂Advancetechnologies;Automatetheworld.A:无损探伤—声发射法•声发射：当材料受应力达到损坏边界时，会发出一定频率(数kHz~数百kHz)的声音信号•用PCI-9812卡采集压接过程中声传感器传回的信号•对信号加以分析、判断。共8个压块,声传感器置于一压块中Advancetechnologies;Automatetheworld.PCI-7300A简介•PCI-7300A卡–高达20M采样频率–32路DIO通道，灵活配置：»8DI/8DO、8DI/16DO、16DI/8DO、16DI/16DO、32DI、32DO–板载64kBFIFO–BusMasteringDMA，高达80MB/s吞吐率–灵活的握手方式(HandShaking)Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:高速PCB光模打印机•制作PCB(印制电路板)的过程：–绘图(利用Protel等软件)–制作光模(相当把电路打印在透明片上)–对原始印制板进行照排–用化学药品对照排后的板进行处理，留下的即是印制板•随着电路复杂度的增加，制作光模的时间越来越长，迫切需要提高速度Advancetechnologies;Automatetheworld.A:高速PCB光模打印机•打印设备采用MPU进行控制，与计算机进行高速数字传输•采用PCI-7300A，32CHDO，高速传输。•利用PCI-7300A的握手信号确保不会丢失数据Advancetechnologies;Automatetheworld.Q:新一代全电脑化B超设备•传统B超把换能器(线阵)回波数据直接转换成图像信号并显示–无法进行图像处理–无法进行自动判别/测量•要求将B超回波数据实时读入计算机，并进行处理/存盘Advancetechnologies;Automatetheworld.A:新一代全电脑化B超设备•B超前端的波束形成、回波调理及A/D转换等工作用户自制板卡完成•A/D转换后的数据利用FPGA传至PCI-7300A•利用握手信号完成数据传输，以确保数据完整性•利用计算机进行图像处理–实时