廣州智維汽車(chē)線束插接器實(shí)驗(yàn)臺(tái)-瞬態(tài)信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)
1.1系統(tǒng)概述
如圖1.1所示，該系統(tǒng)由恒流源、被測(cè)插接器、隔離差分探頭、基于PXIe的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基于MXIEpress技術(shù)的高速傳輸鏈路和高性能機(jī)架式服務(wù)器組成。
圖1.1
該系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn)：
1). 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PXIe架構(gòu)提供的抗干擾性能和14位精度的高速采集卡PXIe-5122，實(shí)現(xiàn)4通道，每通道最高100 MSamples/sec的連續(xù)數(shù)據(jù)采集，每通道最高達(dá)256 Mbytes的獨(dú)立緩存可極大限度的保證數(shù)據(jù)的完整性。
2). 利用NI獨(dú)有的MXI Express高速傳輸鏈路，可保證在較高的采樣率和多通道同時(shí)采樣的時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)無(wú)間斷地傳輸?shù)椒?wù)器。（以每個(gè)Sample占兩個(gè)Bytes，單通道采樣率100MS/s為例，所需傳輸帶寬為200 MBytes/sec）
3). 機(jī)架式服務(wù)器提供的4核CPU處理器，和存儲(chǔ)深度達(dá)1000GB的RAID0陣列SATA II硬盤(pán)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入速率最高可達(dá)300 MBytes/s，使得硬盤(pán)讀寫(xiě)不再成為系統(tǒng)的帶寬瓶頸。
4). 高速脈沖采集與低速振動(dòng)信號(hào)采集通道可分別設(shè)置不同的采樣率與采樣程度，可實(shí)現(xiàn)高速脈沖采集（最高100MS/s）與低速振動(dòng)信號(hào)的耦合。
5). 利用LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)多核處理器的支持，可實(shí)現(xiàn)多線程（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存盤(pán)、數(shù)據(jù)分析）并行操作，提高運(yùn)行效率。軟件可在線或離線計(jì)算采集的原始數(shù)據(jù)中超過(guò)某一閥值電壓（可編程）的脈沖寬度，并給出出現(xiàn)不合格（脈沖寬度大于1us）的次數(shù)，誤差最小為0.01us（以100MS/s采樣）。
1.2 系統(tǒng)功能介紹
1.2.1 總體功能
1. 動(dòng)態(tài)阻抗監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)）實(shí)時(shí)監(jiān)控線束端子振動(dòng)試驗(yàn)期間的接觸電阻變化并能完整記錄\打印；目前配置可同時(shí)記錄4組數(shù)瞬態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)板卡擴(kuò)展（PXIe-5122）可實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)同時(shí)記錄6組瞬態(tài)數(shù)據(jù)。
2. 系統(tǒng)監(jiān)控電阻單通道連續(xù)采樣速率10M次/秒，也就是采樣時(shí)間為0.1 us；最高采樣速率為100M 次/秒。
3. 系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)試驗(yàn)過(guò)程中所有的電阻采樣數(shù)據(jù)，并且能夠在試驗(yàn)結(jié)束后重新將所有采集數(shù)據(jù)形成電阻隨時(shí)間變換的波形曲線。連續(xù)采集與記錄時(shí)間不小于3小時(shí)。
4. 系統(tǒng)設(shè)備支持采用觸發(fā)模式存儲(chǔ)試驗(yàn)過(guò)程中所有不合格情況（超過(guò)7Ω時(shí)間大于1 us）前后1ms的數(shù)據(jù)，觸發(fā)模式下采樣率最低10M 次/秒。
5. 系統(tǒng)軟件能夠判定試驗(yàn)期間超過(guò)7Ω的時(shí)間達(dá)到1μs的情況。
6. 系統(tǒng)以不同的采樣率同步采集振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)所采集的動(dòng)態(tài)瞬態(tài)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)耦合，即從采集的數(shù)據(jù)中應(yīng)能用表格等方式來(lái)顯示測(cè)試樣品出現(xiàn)不合格情況時(shí)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率值（見(jiàn)參考圖例），曲線圖上鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)顯示對(duì)應(yīng)的頻率以及時(shí)間。
1.2.2 前端數(shù)據(jù)采集部分功能與指標(biāo)
1）通道數(shù)：8個(gè)，其中高速采集通道4個(gè)，低速采集通道4個(gè)。低速采集通道能同時(shí)記錄振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的頻率；各個(gè)通道記錄的信息有曲線圖顯示（可以在曲線中看到不同頻率下的瞬態(tài)信號(hào)）
2）垂直分辨率
a. 高速采集模塊：14-bit
b. 低速采集模塊：24-bit
3）輸入耦合方式 ：AC/DC/GND
4）輸入阻抗
a. 高速采集模塊：1MΩ with 25 pF（電壓范圍>± 1 V），1MΩ with 21 pF（電壓范圍≤± 1 V）
b. 低速采集模塊：1 MΩ // 100 pF
5）電壓輸入范圍：+/- 20 mV to +/- 100 V
6）精度 0.1% of Full Scale
7）噪聲 0.05% of Full Scale
8）過(guò)壓保護(hù) 不低于250V
9）采樣率： 測(cè)量瞬態(tài)信號(hào)的高速采樣頻率為單通道100 MS/s最高，10 MS/s連續(xù)；測(cè)量振動(dòng)頻率信號(hào)連續(xù)采樣率頻率為204.8 kS/s，振動(dòng)臺(tái)激振振動(dòng)頻率為2Hz ~3000Hz) ； 測(cè)量瞬態(tài)信號(hào)的通道和測(cè)量振動(dòng)頻率信號(hào)的通道同步進(jìn)行，采樣頻率可分開(kāi)設(shè)置。
10） 動(dòng)態(tài)范圍
a.高速采集模塊：不小于80dB；
b.低速采集模塊：不小于115dB；
11）帶寬
a.高速采集模塊：80MHz @ -3dB；
b.低速采集模塊：80kHz@ -3dB；
12）硬件抗混疊濾波器
a.高速采集模塊：6th order Bessel LP@35MHz
b.低速采集模塊：6th order Bessel LP@40Hz - 80kHz
13）硬件抗噪濾波器
高速采集模塊：6th order Bessel LP@5MHz 或者 2th order Bessel LP@20MHz
14）高速采集模塊板載內(nèi)存
256 MB每通道（高配置方案，低配置方案時(shí)為64 MB 每通道）
1.2.3 數(shù)據(jù)傳輸部分指標(biāo)
1）傳輸介質(zhì)：MXI Express
2）傳輸速率：大于400 MBytes/s
1.2.4 數(shù)據(jù)分析、處理與存儲(chǔ)部分指標(biāo)
1）CPU：Intel Core 2 Quad 4核
2）內(nèi)存：4GB
3）硬盤(pán)：1000GB SATA II支持RAID0/RAID10/RAID5
4）流盤(pán)（寫(xiě)數(shù)據(jù)文件）速率：大于200MBytes/sec
1.2.5 系統(tǒng)擴(kuò)展能力
1）高速采集通道可最多擴(kuò)充至8個(gè)；
2）低速采集通道可最多擴(kuò)充至16個(gè)；
3）配備傳感器與相應(yīng)信號(hào)調(diào)理模塊后，可進(jìn)行振動(dòng)、噪聲、壓力、動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變等測(cè)量。
1.3 系統(tǒng)模塊介紹
1.3 系統(tǒng)模塊介紹
NI PXIe-5122 高速數(shù)據(jù)采集卡  | |
· 14位分辨率的雙同步采樣通道 · 100 MS/s的實(shí)時(shí)采樣, 2.0 GS/s的等效時(shí)段采樣或外部時(shí)鐘控制 · 板載硬件去噪和抗混疊濾波器的100 MHz模擬帶寬 · 全速讀寫(xiě)硬盤(pán)時(shí)可達(dá)400 MB/s · 使用100 ps時(shí)間戳進(jìn)行邊緣、視窗、滯環(huán)、視頻和數(shù)字觸發(fā) · 每通道高達(dá)256 Mb的高容量板載內(nèi)存 | |
NI PXIe-5122高分辨率數(shù)字化儀是一款x4 PXI Express模塊，能夠以最大400 MB/s的數(shù)據(jù)速率，讀寫(xiě)PC內(nèi)存、硬盤(pán)或RAID 0磁盤(pán)陣列。這款數(shù)字化儀非常適用于信號(hào)情報(bào)、雷達(dá)、IF/RF數(shù)據(jù)讀取等應(yīng)用。 具有各種功能的NI PXIe-5122數(shù)字化儀還適用于汽車(chē)、通信、科研、軍事/航天及消費(fèi)電子產(chǎn)品。 NI PXIe-5122具有軟件可選的動(dòng)態(tài)范圍，50Ω或1MΩ電阻輸入，200 mV 到20V電壓輸入，并可在板載內(nèi)存中采集超過(guò)100萬(wàn)個(gè)波形，是時(shí)域和頻域分析的理想選擇。有50多個(gè)內(nèi)置測(cè)量與分析函數(shù)直接在驅(qū)動(dòng)軟件中編程生成，在NI LabVIEW和中可進(jìn)一步擴(kuò)展到400多個(gè)。 | |
主要指標(biāo)：    | |
NI PXI-4462 低速高精度采集模塊  | |
· 4路同步采樣模擬輸入通道 · 118dB動(dòng)態(tài)范圍，24位分辨率 · IEPE調(diào)理－可通過(guò)軟件配置 · 最高采樣速率達(dá)204.8kS/s · ±316 mV到42.4 V 輸入范圍 | |
NI PXI-4462是一款專(zhuān)為聲音和振動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高精度數(shù)據(jù)采集模塊。 本模塊包含了用于麥克風(fēng)、加速度傳感器及其它具有大動(dòng)態(tài)范圍的傳感器的硬件和軟件以實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量。 常見(jiàn)的應(yīng)用包括聲音測(cè)試、汽車(chē)NVH和機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控。 | |
NI PXIe-1062Q機(jī)箱與MXIExpress高速傳輸接口 | |
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NI PXIe-1062Q 8槽機(jī)箱是為各種測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，其高帶寬背板可提供每插槽高達(dá)1 GB/s的專(zhuān)用帶寬以滿足高效運(yùn)轉(zhuǎn)需要。NI PXIe-1062Q具有4個(gè)PXI外圍插槽、1個(gè)具有系統(tǒng)定時(shí)功能的PXI Express插槽、2個(gè)既可接受PXI外圍模塊又可接受PXI Express外圍模塊的PXI Express混合插槽。NI PXIe-1062Q機(jī)箱運(yùn)行的溫度可擴(kuò)展到55 ºC，在溫度低于30 ºC時(shí)其噪聲發(fā)射可低至43.6 dBA。NI PXIe-1062Q機(jī)箱具備最新PXI規(guī)范的所有特性，包括支持PXI和PXI Express模塊。該機(jī)箱配有用于PXI模塊的內(nèi)置10 MHz參考時(shí)鐘、PXI觸發(fā)總線和PXI星形觸發(fā)和用于PXI Express模塊的內(nèi)置100 MHz參考時(shí)鐘、SYNC 100和PXI星形差分觸發(fā)。該機(jī)箱的總計(jì)系統(tǒng)帶寬超過(guò)3 GB/s，可滿足各種高處理能力應(yīng)用軟件的需求。 通過(guò)臺(tái)式計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上的x4或更高級(jí)別的PCI Express插槽，可將其與配有高帶寬電纜的PCI Express完全透明連接。借助NI PXIe-PCIe837x套件，通過(guò)該臺(tái)式計(jì)算機(jī)或服務(wù)器就可控制PXI Express和CompactPCI Express系統(tǒng)。NI PXIe-PCIe837x 套件由PC中的一塊PCI Express板卡構(gòu)成，通過(guò)x4 MXI-Express電纜連接至PXI Express機(jī)箱1號(hào)插槽中的PXI Express模塊。NI PXIe-PCIe8362套件的PCI Express板卡有2個(gè)x4 PCI Express鏈接，每個(gè)連接都可連至PXI Express機(jī)箱，提供總計(jì)達(dá)798 MB/s的持續(xù)處理能力。 | |
NI 8353 2.4 GHz四核1U機(jī)架固定配件控制器  | |
· Intel Core 2 Quad Q6600 (2.4 GHz四核) · 4GB 667 MHz DDR2 RAM · RAID 0配置用于高速硬盤(pán)數(shù)據(jù)讀寫(xiě) · 4組250 GB SATA II HDD RAID 0 (標(biāo)準(zhǔn)) · 2組千兆以太網(wǎng), 4組高速USB, 2個(gè)PS/2端口; 1個(gè)串口和1個(gè)VGA端口 | |
NI 8353是一款1U機(jī)架固定配件控制器，面向基于PXI或PXI Express的系統(tǒng)。您能夠?qū)⑦@款機(jī)架經(jīng)過(guò)優(yōu)化的19英寸服務(wù)器級(jí)四核控制器與完整的x4 NI MXI-Express套件相互結(jié)合，從而遠(yuǎn)程控制具有798 MB/s持續(xù)數(shù)據(jù)處理能力的PXI Express系統(tǒng)。NI 8353具有Intel Core 2 Quad處理器（2.4 GHz四核）、高達(dá)4 GB的雙通道DDR2 RAM、雙板載千兆以太網(wǎng)、4組標(biāo)準(zhǔn)型250 GB SATA II (RAID 0)配置，可實(shí)現(xiàn)高速硬盤(pán)讀寫(xiě)。安裝MXI-Express或MXI-4遠(yuǎn)程控制套件（不含套件），用于PXI或PXI Express系統(tǒng)控制。 獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列(RAID) 的配置 NI 8353通過(guò)4個(gè)SATA II硬盤(pán)，提供RAID 0（分條）和RAID 1（鏡像）配置。RAID 0配置通過(guò)在多個(gè)硬盤(pán)之間均勻分布數(shù)據(jù)，提高計(jì)算機(jī)向硬盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速率，從而有助于需要高速硬盤(pán)讀寫(xiě)的應(yīng)用。NI 8353提供4組250 GB SATA II硬盤(pán)的原廠RAID 0配置。 | |
帶隔離的差分探頭 | |
· 最高輸入電壓700V · 帶寬50MHz · x1，x100，2種檔位 · 精度 +/- 1% · 輸入阻抗 4MOhm // 7pF | |
附錄：
· PXI / PXIe平臺(tái)簡(jiǎn)介
PXI是PCI eXtension for Instruments，基于儀器擴(kuò)展的PCI總線的簡(jiǎn)稱(chēng)。PXI標(biāo)準(zhǔn)由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟 (PXISA, http://www.pxisa.org/) 進(jìn)行管理，這是一個(gè)由世界各地超過(guò)70家公司共同簽約的聯(lián)盟，其宗旨是為了推動(dòng)PXI標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，保證標(biāo)準(zhǔn)的交互操作性，并維護(hù)PXI的規(guī)范。隨著PXI逐漸成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)，一些世界領(lǐng)先的測(cè)試系統(tǒng)供應(yīng)商也將他們的測(cè)試解決方案轉(zhuǎn)向PXI平臺(tái)。
通過(guò)全球各個(gè)PXISA成員企業(yè)的共同努力，70余家PXISA成員現(xiàn)在能夠提供超過(guò)1200種PXI外圍模塊，包括模擬和數(shù)字I/O、高速儀器、視覺(jué)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和各類(lèi)的總線接口。根據(jù)Frost & Sullivan公司在2005年4月進(jìn)行的“全球VXI & PXI測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)調(diào)查”顯示，相比較于整個(gè)業(yè)界4%的增長(zhǎng)率，PXI的綜合增長(zhǎng)速率(CAGR)高達(dá)25.1%，成為繼上世紀(jì)70年代中期的GPIB之后增長(zhǎng)最快的儀器標(biāo)準(zhǔn)。
National Instruments (美國(guó)國(guó)家儀器有限公司，簡(jiǎn)稱(chēng)NI) 創(chuàng)立于1976年，總部設(shè)于Texas州首府Austin，是一家測(cè)量行業(yè)的上市公司 (納斯達(dá)克掛牌代號(hào) NATI) ，在世界各地設(shè)有50多個(gè)分公司和辦事處，和眾多系統(tǒng)聯(lián)盟成員。
作為技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)者，NI在上世紀(jì)90年代初將PCI技術(shù)帶入基于PC的測(cè)量和測(cè)試應(yīng)用，現(xiàn)在NI繼續(xù)發(fā)揚(yáng)著這種創(chuàng)新的精神，在確保對(duì)所有平臺(tái)提供長(zhǎng)期支持的同時(shí)，正努力將PCI Express技術(shù)整合到PXI中。
通過(guò)在背板上利用PCI Express技術(shù)，PXI Express使得PXI帶寬從132 MB/s 增加到 6 GB/s，提升幅度超過(guò)45倍，且與PXI模塊保持軟件和硬件上的兼容性。除了PXI現(xiàn)有的定時(shí)和同步功能，PXI Express還提供了附加的定時(shí)和同步功能，包括100 MHz差分系統(tǒng)時(shí)鐘、差分信號(hào)、以及差分星形觸發(fā)。通過(guò)使用差分時(shí)鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)增加了對(duì)儀器時(shí)鐘的抗噪聲能力，并能傳輸更高頻率的時(shí)鐘信號(hào)。
現(xiàn)在，PXI / PXIe已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從消費(fèi)電子、軍事和航空，到醫(yī)療設(shè)備測(cè)試等等，成為一系列測(cè)試測(cè)量應(yīng)用的理想平臺(tái)。無(wú)論您是應(yīng)用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證，還是生產(chǎn)線測(cè)試的機(jī)架式應(yīng)用，或是為車(chē)載數(shù)據(jù)記錄開(kāi)發(fā)便攜式或嵌入式系統(tǒng)，PXI / PXIe都有適合您需要的解決方案。
· 實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)圖片
2. 汽車(chē)線束插接器試驗(yàn)概述
p 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)QC/T417.1~5-2001 車(chē)用電線束插接器
p 汽車(chē)線束插接器試驗(yàn)中瞬態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)
ü 結(jié)合溫度振動(dòng)試驗(yàn)和機(jī)械沖擊試驗(yàn)過(guò)程中
ü 接觸電阻值的變化，連續(xù)大于7Ω的時(shí)間不得超過(guò)1μs。
ü 如果只是記錄第1次失效，則采用達(dá)到微米或者納米級(jí)別的示波器就可以滿足要求；
ü 如果整個(gè)過(guò)程中只監(jiān)控不記錄波形，則也可以采用示波器的觸發(fā)模式單純記錄整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中共出現(xiàn)的失效次數(shù)。
ü 如果插接器生產(chǎn)廠家或者供應(yīng)商要求試驗(yàn)過(guò)程中全程記錄所有的失效點(diǎn)以及波形，則示波器就限于自身內(nèi)存的大小以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣葻o(wú)能為力了，最好的方法是采用高速數(shù)據(jù)采集方式全程記錄振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中所有的接觸電阻變化波形，等試驗(yàn)后可以調(diào)出所有數(shù)據(jù)回看、打印以便進(jìn)行進(jìn)一步分析，為廠家整改提供可靠的幫助。
ü 這種方式的一個(gè)缺點(diǎn)是采集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量非常大，要求存儲(chǔ)數(shù)據(jù)硬盤(pán)容量足夠大，采用千兆網(wǎng)卡存儲(chǔ)到電腦硬盤(pán)的方式30分鐘的數(shù)據(jù)量就已經(jīng)70GB。
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