[NI技术]基于PXI平台的大-型土工离心机综合数-据采集系统及设计和-实现.doc

[NI技术]基于PXI平台的大 型土工离心机综合数 据采集系统的设计与 实现 土工离心机是修建 水电站、大坝、桥 梁、机场等重要基建 设施必不可少的大型 试验设备，中国水电 科学研究院具有国内 最大的土工离心机试 验装置。该装置可提 供300g的重力 场，有效负载 1500kg，其工 作环境极其恶劣：数 据采集设备要耐受极 大的加速度、风压、 电磁干扰等，我们建 立的基于PXI平台 土工离心机数据采集 系统硬件平台 的多通道高精度采集 系统最终战胜了这些 苛刻条件，精准的采 集到了所需数据。 - 蔡 志斌, The Challenge: 土工离心机是修建水 电站、大坝、桥梁、 机场等重要基建设施 必不可少的大型试验 设备。应用在该设备 上的数据采集系统面 临着极大的加速度、 风压与电磁干扰的考 验。每次进行实验都 需要事先搭建复杂的 实验模型，一旦实验 当中出现问题模型就 会作废需要重新搭 建，这就意味着极大 的浪费。因而这套系 统对机械结构强度、 抗干扰性和系统稳定 性有极强的需求。 The Solution: NI PXI平台数 据采集设备和 LabVIEW软件 开发环境相结合，可 以快速有效的搭建复 杂的数据采集系统。 通过对硬件的精心选 择和相关软件的编 写，可以使该系统在 高重力、高风压、电 磁环境恶劣的土木离 心机上正常工作，并 且采集到准确、可信 的数据。 Author (s): 齐 羽 - 蔡 志斌 - 一、 引言： 土 工离心机是修建水电 站、大坝、桥梁、机 场等重要基建设施必 不可少的大型试验设 备，中国水电科学研 究院具有国内最大的 土工离心机试验装 置。该装置可提供 300g的重力场， 有效负载 1500kg，其工 作环境极其恶劣：数 据采集设备要耐受极 大的加速度、风压、 电磁干扰等，我们建 立的基于PXI平台 的多通道高精度采集 系统最终战胜了这些 苛刻条件，精准的采 集到了所需数据。 土工离心机 二、 硬件平台的设计与实 现： 根 据系统的功能需求， 本系统包括一下几个 部分： 传感器：包括激光传 感器、应变传感器等 等。 数据采集系统：包括 PXI机箱、控制 器、数据采集卡与屏 蔽电缆。 可同步采集32路隔 离的差分电压信号。 可同步采集32路应 变信号。 数据实时记录并显 示。 控制与监测终端：台 式计算机、网络设 备。  1/4  系统结构示意图 下面分别介绍硬件系 统的主要组成部分: 1. PXIe机箱： 由 于需要的采集通道较 多(包含32路差分 电压采集通道和32 路应变信号采集通 道),需要使用总共 8块数据采集卡，也 就是占据了8个插 槽。考虑到系统的可 扩展性，我们选择了 NI-PXIe 1085 18槽机 箱。这款机箱拥有 16个混合插槽，可 以兼容PXI Express板 卡，32-bit CompactPCI 板卡以及混合兼容 PXI板卡（又称之 为PXI Express-ready或者 PXIe- ready），充分 满足了系统可扩展性 的要求。NI- PXIe 1085 还拥有每插槽4 GB/s的专用带 宽，12 GB/s 的系统带宽。这充分 满足了大数据量吞吐 的设计要求。 通 过实际上机实验， NI-PXIe 1085经受住了土 木离心机上高重力的 考验，其机械结构的 坚固程度打到了系统 要求。 2. PXIe控制 器： 本系统采用了NI PXIe-8135 控制器。这款控制器 拥有2.3 GHz 四核Intel 酷 睿i7处理器 ，和 牧人4GB的内存 （最大16GB）。 高性能的处理器保证 了系统的流程稳定的 运行。 电压数据采 集模块： 系统选择了4块 NI PXIe- 4300模拟输入模 块配合TB- 4300接线端子作 为电压数据采集卡。 该采集卡拥有8个同 步采样的模拟输入通 道，其最高采样率为 250kS/s。满 足了系统设计的要 求。这款采集卡的每 个通道都是差分通 道，并且拥有独立的 ADC，通道之间是 相互隔离的。这个特 点为在电磁环境机器 恶劣的土木离心机上 进行可靠的数据采集 提供保障。 与 TB-4300B接 线端子配合，该数采 卡可采集最高达 300V的电压，为 采集较高的电压信号 提供了方便。 应变数据采集 模块： 系统采用了4块 NI PXIe- 4330电桥输入模 块配合TB- 4330接线端子作 为应变数据采集卡。 该采集卡拥有8个同 步采样的模拟输入通 道，其最高采样率为 25kS/s，满足 了系统设计的要求。 该 采集卡拥有每通道 24位独立ADC、 抗混叠滤波器、每通 道软件可选的激励电 压 (0.625 V至10 V)、各 路通道的内置可编程 1/4桥、半桥式和 全桥式电阻与分路校 准。为高精度测量和 快速配置提供了