本文主要介紹了如何根據(jù)既定傳感器類型和現(xiàn)場的實際工況，如何設計多通道同步高速采集系統(tǒng)。

一、測試系統(tǒng)功能及用途

德維創(chuàng)多通道應變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成整個試驗現(xiàn)場系統(tǒng)應變、電壓或振動等參數(shù)的采集和記錄。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由采集設備、計算機以及標定源部分等組成。

二、德維創(chuàng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要技術(shù)要求

※通道數(shù)：應變96路；

※總線類型：PXI總線

※參數(shù)類型：應變/電壓、IEPE、熱電偶、鉑電阻等；

※采樣速率：應變信號采集不低于200kS/s;

※信號隔離：通道之間相互隔離；

※輸入過壓保護，傳感器開路檢測功能；

※壓力流量通道可測量全橋、半橋、1/4橋和電壓；

※激勵電壓：0 ~13V（可選模塊供范圍：0-24V可調(diào)），分檔可調(diào)，穩(wěn)定度優(yōu)于0.05%；

※熱電偶傳感器：支持K, J, T, E, R, S, B, N, C, U等，

※RTD輸入: Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000 or Pt2000 傳感器，

※提供相應的設備驅(qū)動軟件和接口函數(shù)，便于軟件開發(fā)。提供測試軟件及原始數(shù)據(jù)文件解析軟件，便于驗收調(diào)試；采集設備配備相關配件、50米線纜、接插件。

三、德維創(chuàng)DEWETRON數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)品優(yōu)勢

本方案的設計實施中對試驗傳感器的激勵、信號調(diào)整、記錄、分析、處理方案的設計上力求具有通用性、前瞻性，并優(yōu)先保證實際試驗亟待解決的核心和通用需求，即“用通用性的方法，解決用戶應用的問題”。以實用為目的；以方便用戶試驗分析、提高系統(tǒng)效率、縮短試驗分析周期為方向；以解決關鍵核心需求為依據(jù)；同時兼顧系統(tǒng)的先進性、前瞻性。

本方案采用奧地利Dewetron（德維創(chuàng)）公司的采集分析系統(tǒng)作為測試平臺。

Dewetron公司（德維創(chuàng)）是世界有名的設計和生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、調(diào)整、分析系統(tǒng)的廠家，其多通道組合式數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及高度便攜式儀器享譽世界。DEWETRON公司一貫以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠和優(yōu)異的性價比著稱，目前已成為信號調(diào)整和基于開放IPC平臺的測試儀器主要生產(chǎn)廠商。DEWETRON在全世界30多個地方擁有分支單位，主要提供航天航空、兵器、車輛方面的測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、動態(tài)信號分析儀、瞬態(tài)記錄儀、燃燒分析儀、電力質(zhì)量分析儀等各類便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及配套的相關軟件。在國內(nèi)，航天航空，兵器，電力行業(yè)的研究所和生產(chǎn)廠家基本都在使用DEWETRON公司的采集系統(tǒng)。為客戶的科研和生產(chǎn)解決了很多問題，得到了用戶較高的評價。隨著數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)的快速發(fā)展，德維創(chuàng)公司提供越來越多的功能強大、性價比高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它取代了傳統(tǒng)測試儀器，數(shù)以萬計的精確測試系統(tǒng)目前在全世界各個領域為測試單位服務，并且用戶名單在不斷快速增長，憑借嚴謹?shù)闹谱鳂藴?、良好的性能價格比以及優(yōu)質(zhì)高效的售后服務，德維創(chuàng)公司正在為越來越多的測試單位提供著周到、快捷的測試體驗。

3．1、德維創(chuàng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較強優(yōu)勢

能直接為傳感器提供激勵電壓0-24V（或電流）；

采集系統(tǒng)集信號調(diào)整、存儲、分析于一體，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高精度。

既可以大系統(tǒng)工作，也可以每臺子系統(tǒng)分布式獨立工作，可根據(jù)測試需要靈活選擇多種工作方式和數(shù)據(jù)存儲方式；

全新產(chǎn)品采用PXI總線架構(gòu)，更可靠，更實時的完成每項采集任務。

高集成度、高精度的信號調(diào)整模塊（0.05%調(diào)整精度），保證了整個測試鏈的高精度；

先進的濾波技術(shù)，抗混濾波效果遠大于10階普通濾波器；

先進的分析功能，支持數(shù)據(jù)記錄過程中同時對已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)實時分析和處理；

可靠的通道間和通道與機箱間隔離保證了系統(tǒng)的高抗干擾性；

功能強大的系統(tǒng)采集分析軟件，可同步處理、重放模擬信號和高速視頻信號，讓試驗過程一目了然；

虛擬通道可實時進行各種物理量變換及運算，可以非常方便的在線觀測數(shù)據(jù)處理結(jié)果，大大節(jié)省了數(shù)據(jù)后處理的時間（業(yè)內(nèi)優(yōu)先）；

業(yè)內(nèi)實現(xiàn)構(gòu)建網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)，支持上位機遠程控制采集終端的功能。

合金金屬外殼，EMI(電磁干擾)和RFI(射頻干擾)很難穿過，從而極大減少了測試系統(tǒng)誤差；

系統(tǒng)的抗振動和沖擊特性符合美軍標MIL-STD-810F標準；抗電磁干擾符合CE標準，適合于復雜環(huán)境的工程測試要求；

四、系統(tǒng)組成及架構(gòu)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計遵從實用性、可靠性、先進性的原則，采用國內(nèi)外優(yōu)先的PXI總線測試技術(shù)，在系統(tǒng)的軟硬件設計上，均按照通用化、模塊化、系列化的設計思想，實現(xiàn)試驗中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的高可靠性和高集成度。

為了使測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定可靠，同時還要使用方便，測試系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用分步式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)采集設備放置在試驗現(xiàn)場，操作控制和數(shù)據(jù)存儲服務計算機和數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析計算機放置在測試間，它們之間通過網(wǎng)線連接（建議網(wǎng)線長度在150米內(nèi)），這樣就可以大大縮短了傳感器到測試機柜的測試電纜的長度。同時也能保證整個系統(tǒng)運行方便可靠。

測試系統(tǒng)硬件主要由各類傳感器、測試電纜、信號調(diào)整裝置（如需）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件主要由以下部分組成：

a)各類傳感器；

b)測試電纜；

c)信號調(diào)整裝置（如需）；

d)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（包含計算機部分）；

試驗中，由信號調(diào)整裝置向各類傳感器供電，并將輸出信號傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及總控系統(tǒng)中，由主控計算機控制試驗啟停及數(shù)據(jù)采集傳輸。

4.1、系統(tǒng)原理

緊湊型多功能測試系統(tǒng)硬件采用堅固且緊湊的設計結(jié)構(gòu)，以各測試模塊為基本硬件框架；在測試系統(tǒng)的設計中要考慮到測試系統(tǒng)高可靠性、易用性、可維護性以及與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性的要求，同時，由于試驗現(xiàn)場的復雜性，要求系統(tǒng)具有高密度、模塊化、網(wǎng)絡化的特點，提高系統(tǒng)的集成度、可靠性。

本方案在設計上力求具有通用性、前瞻性，并優(yōu)先保證實際試驗亟待解決的核心和通用需求，即“用通用性的方法，解決問題”。以實用為目的；以方便試驗分析、提高系統(tǒng)效率、縮短試驗數(shù)據(jù)分析周期為方向；以解決關鍵核心需求為依據(jù)；同時兼顧系統(tǒng)的先進性、前瞻性。

硬件設計上將采用成熟的測試技術(shù)以提高測試速度和可靠性；減小測試系統(tǒng)體積；均衡系統(tǒng)負載；擴展系統(tǒng)的使用范圍和靈活性。

在軟件設計上采用框架式的測試軟件結(jié)構(gòu)；模塊化的獨立功能封裝；通過執(zhí)行測試軟件進行工程參量、測試流程、虛擬儀器、測量結(jié)果數(shù)據(jù)的管理；從而大大提高了系統(tǒng)的通用性和可維護性；方便了測試結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，減小了測試人員的工作強度，提高了測試的可靠性，減少了測試重復的程度。從而降低了測試成本，縮短測試系統(tǒng)的開發(fā)時間，并把風險減少到較低限度。

緊湊多功能測試系統(tǒng)由計算機、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測試電纜、傳感器等幾大部分構(gòu)成。測試參數(shù)有應變，溫度等。

試驗中，由信號調(diào)整模塊通過測試電纜向各類傳感器供電,并將輸出信號傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，可以由主控計算機（上位機）控制試驗啟停及數(shù)據(jù)采集傳輸。

采集系統(tǒng)采用內(nèi)置式精密信號調(diào)整模塊可以直接與各種傳感器直接連接，其交流隔離、對稱浮地式差分輸入方式可確保在各種環(huán)境下進行高精度、無干擾的精密測量。所有程控模塊的檢測均由測試軟件自動完成，用戶只需要輸入傳感器的靈敏度和測試量程就可以進行測試。軟件采用測試軟件，具有良好的人機界面，多種觸發(fā)方式，確保在設定的試驗條件下獲得測試結(jié)果，單模塊采樣率設置功能，可大量節(jié)約磁盤空間；FFT，各種數(shù)學運算功能可以直接獲得計算結(jié)果。

4.2、系統(tǒng)組成

96通道多功能測試系統(tǒng)包括主機DEWE2-M18測試系統(tǒng)主機 1臺，

TRION-2402-DSTG-8多功能模塊（信號調(diào)整、A/D轉(zhuǎn)換一體集成模塊）12塊。

系統(tǒng)1硬件配置如下表所示：

序號 硬件 功能 數(shù)量

1 DEWE2-M18 128通道測試系統(tǒng)主機，包含臺式計算機 1

3 TRION-2402-dSTG-8-L0B多功能調(diào)整模塊 8通道多功能調(diào)理板卡，多功能采集調(diào)整模塊，采樣率200ks/s每通道 

7 OXYGEN 采集軟件 1

8 Opt-net 分布式網(wǎng)絡化軟件選項 1

4.3、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

為了使測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕巧，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用如下的設計方案。原理如下圖：

4.3.2、產(chǎn)品如下圖所示：

DEWE2-M18主機

DEWE2-A4主機

DEWE2-A7或DEWE2-A13主機

特點：輕巧緊湊，適合于實驗室及外場測試。

緊湊型PXI總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

?一體化設計，堅固的PXI總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

?18個TRION模塊插槽

?1個PCIe 1X接口，2個TRION-SYNC-BUS接口。

?配置主流顯示器

?英特爾?酷睿?i7處理器，16GB內(nèi)存256GB的SSD工業(yè)固態(tài)硬盤。

?較大數(shù)據(jù)存儲速率為90 MB / s，4個USB接口，2個LAN以太網(wǎng)，1個RS-232， 1個EPAD接口（Lemo EGG.1B.304） ，2個HDMI接口。

?電源115/230VAC

固態(tài)硬盤可插拔

可以支持電池供電

4.3.3、TRION模塊（信號調(diào)整、A/D轉(zhuǎn)換一體集成板卡）

型號：TRION-2402-dSTG-8-L0B-多功能調(diào)整模塊

8通道隔離電壓通道，24-bit分辨率, 同步采集, 每通道帶抗混疊濾波器

204.8 kS/s 每通道, 帶寬： DC to 77 kHz

直接測量橋路, ±10 V電壓, IEPE, RTD 和電阻，電流信號。

4 種高通濾波可選： 0.16, 0.5, 3.4 and 10 Hz

可編程激勵電壓：0 ～ 13 VDC (程控, 16 Bit DAC) （可以通過接線方式定義為﹢5V供電）, 每個模塊100mA ZUI大電流, 8W ZUI大功率

可編程激勵電流： 200 μA - 25 mA

橋路輸入: 全橋傳感器：80 Ohm-10 kOhm ( excitation ≤5 V)

內(nèi)部配橋： 半橋傳感器： 80 Ohm-10 kOhm

內(nèi)部配橋： 1/4 橋傳感器： 120 和 350 Ohm

應變輸入范圍： ±1 to ±1000 mV/V （相當于±2000至±2000000微應變）or mV/mA

IEPE輸入：100mv-10v

電壓輸入范圍: ±10 mV to ±10V

RTD輸入: Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000 or Pt2000 傳感器

接口: 8*Lemo

表1　電阻應變計接口定義

針腳 TRION-2402-DSTG-8-L0B多功能調(diào)整模塊9針插座 傳感器輸出LEMO 9針插頭 對應傳感器

1 1EXC+ 電源+ 應變類傳感器或電壓信號等

2 IN+ 空

3 Sense- 信號-

4 GND 空

5 R+ 空

6 Sense+ 信號+

7 IN- 空

8 EXC- 電源-

9 TEDS 空

4.4、測試軟件

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用OXYGEN，支持用戶自行開發(fā)。

?數(shù)據(jù)采集軟件的功能

?集多種功能于一體：系統(tǒng)參數(shù)設置、數(shù)據(jù)記錄儀、示波器、X/Y記錄儀、頻譜分析儀、可編程運算的虛擬通道、視頻記錄儀、綜合信號顯示儀，測量界面由用戶根據(jù)自己的喜好靈活設置。

?支持數(shù)據(jù)采集記錄的同時，可以回放及分析已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)，便于及時糾正試驗過程，及時發(fā)現(xiàn)問題。

?在采集軟件中，各不同采樣率的通道要求時間軸同步；

?軟件應具有傳感器標定功能：可以方便的計算或標定出傳感器實際的物理量與采集電壓間的線性關系，確定出傳感器的一次系數(shù)和常數(shù)；

?采集通道的選擇、配置靈活、方便； 且可以實現(xiàn)可視化通道選擇操作。

?采集系統(tǒng)軟件有強大的分析功能，支持增加X軸和Y軸方向的光標，便于方便獲取一組光標間的較大/較小值、平均值、有效值、頻率、斜率、積分等相應的數(shù)據(jù)；

?顯示分析多通道波形，可以通過鼠標單手操作即可完成波形橫向放大、壓縮，縱向放大、壓縮；

?計算波形的特征參數(shù)：較大值、較小值、峰峰值、峰值、谷值、幅值、平均值，實現(xiàn)圖形曲線數(shù)據(jù)的剪裁功能；

?可對海量測量數(shù)據(jù)進行批處理，減少數(shù)據(jù)處理工作量，可以實現(xiàn)多文件存儲；

?軟件要支持中文界面；

?具有記錄儀，XY記錄儀，實時FFT分析可選軸，線數(shù)，窗函數(shù)，平均值等；

?實時可編程數(shù)學運算及濾波，濾波型式可為貝塞耳（Bessel）,巴特沃斯（Butterworth）。

?多通道測試時，多個數(shù)據(jù)可全屏顯示，分頁顯示，全屏顯示時無需鼠標操作即可實現(xiàn)熱鍵操作窗口切換，非常適合于遠程多通道數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，可以在數(shù)據(jù)記錄的同時，回看已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)，記錄儀支持全屏和非全屏觀看的一鍵切換。

?數(shù)據(jù)輸出功能，數(shù)據(jù)可導出多種數(shù)據(jù)形式，如* .csv文件，* .txt文件，* .mdf4文件或*.MAT文件等，以便于各種不同分析軟件的應用；

?軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式為D7D文件；

?交鑰匙軟件：測試人員可很快熟悉掌握并實際操作。

?數(shù)據(jù)記錄功能

?監(jiān)示、記錄各測量點傳感器輸出信號；

?對各測量點傳感器信號進行零位補償、工程單位換算；

?對測量信號進行處理，得到測量信號的時間歷程曲線。

?數(shù)據(jù)處理與分析功能

?對測量信號進行處理，得到幅頻、相頻曲線；

?根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成符合試驗報告的數(shù)據(jù)結(jié)果，支持輸入試驗報告頭文件，自定義報告格式。

?數(shù)據(jù)記錄儀：可實時顯示測量值/均方值/平均值；可同時開多個顯示窗口，每個窗口可顯示多個通道。例如：下圖右側(cè)為不同測試界面，用戶可以任意增加和刪除，讓測試就像做PPT演示一樣簡單。

?支持數(shù)據(jù)采集的同時，可以實時回放并分析過去的數(shù)據(jù)，分析功能有計算較大/較小值、平均值、有效值、頻率、斜率、積分等。

?示波器：可同時開多個顯示窗口，每個窗口可顯示1～8個通道；具有觸發(fā)模式功能；具有移動光標顯示數(shù)據(jù)功能。

?X/Y記錄儀：顯示一個或多個通道測量值與某個道之間的關系。

?頻譜分析儀：具有較高262K的譜線分辨率，多種窗函數(shù)（漢寧窗（-31dB）、漢明窗（-42dB）、矩形窗（-13dB）、平頂窗（-68dB）、blackman-Harris（-92dB）blackman（-58dB）bartlett（-26dB）等）

?可編程運算的虛擬通道：強大的在線數(shù)學運算和濾波功能。包括三角、微分、積分等。

?視頻記錄儀：同步視頻記錄功能。

?綜合信號顯示儀：可根據(jù)需要選擇同時顯示數(shù)據(jù)記錄儀、示波器、X/Y記錄儀、頻譜分析儀、視頻記錄儀、GPS地圖顯示、其它多種方式的顯示儀表…

?分析功能：所有測試數(shù)據(jù)實時存儲，可以重放，選擇，分析，打印。

?靈活的觸發(fā)功能：可選電平、時間、頻率為觸發(fā)信號，觸發(fā)條件可選沿觸發(fā)、濾波沿觸發(fā)、脈沖寬度觸發(fā)、斜率觸發(fā)等多種觸發(fā)方式。支持設定保存觸發(fā)前N秒的數(shù)據(jù)?？梢栽O定停止存儲的條件，也可以設定存儲的時間。

?可為每個模塊單獨設置采樣頻率，采樣頻率可根據(jù)觸發(fā)自動轉(zhuǎn)換高低速采樣速度。

?支持GPS連接，可與IRIG完全同步，支持PTP協(xié)議即1588協(xié)議。

?提供用戶開發(fā)包，實現(xiàn)二次開發(fā)。

?多通道測試時，多個數(shù)據(jù)可全屏顯示，分頁顯示，全屏顯示時無需鼠標操作即可實現(xiàn)熱鍵操作窗口切換，非常適合于遠程多通道數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，可以在數(shù)據(jù)記錄的同時，回看已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)，記錄儀支持全屏和非全屏觀看的方便切換。

?文件可多種格式輸出：Text, Excel、Flexpro、Matlab、等多種格式。

主界面

通道顯示界面示意圖

單通道設置界面

FFT及峰值標注界面示意圖

報告制作

五、試驗數(shù)據(jù)交聯(lián)

依據(jù)部分用戶的要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備采集到的數(shù)據(jù)實時發(fā)送到指定的其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中或計算機/上位機中。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持350通道，每通道100ks/s采樣率或者24通道，每通道采樣率2Ms/s。相當于每秒通過TCP/IP對外發(fā)送48Ms/s的采樣點數(shù)據(jù)。

采集系統(tǒng)通過SCPI控制接口協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)配置

硬件通信端口：TCP/IP

數(shù)據(jù)格式：ASCII,源數(shù)據(jù)類型：uint32（支持用戶自行開發(fā)使用）,數(shù)據(jù)格式定義如下圖所示：

這是一套以應變、溫度、加速度作為采集信號為例子，按照德維創(chuàng)的產(chǎn)品特點出去的一套96通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。