高速便攜測試系統(tǒng)
一． 系統(tǒng)選型
系統(tǒng)采用美國Iotech公司高速便攜式測試系統(tǒng)，用于加速度信號、應(yīng)變信號、壓力信號、位移信號、轉(zhuǎn)速信號測量。Iotech公司是美國專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)采集、測量、測試系統(tǒng)產(chǎn)品的公司，特別是便攜測試產(chǎn)品在美國測試領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品技術(shù)為世界先進水平，廣泛應(yīng)用于航空、航天、車載、野外等各種領(lǐng)域，特點如下：
1． 高系統(tǒng)性能
此套系統(tǒng)采用先進技術(shù)，可高速實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、實時存儲、實時顯示。所有功能均實現(xiàn)編程控制，無需手動調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計，多種方便實用的支持軟件，為測試人員提供了非常方便、易用的測試工具。
2． 高可靠性
a. 數(shù)據(jù)獲得的可靠性：測試過程中可靠準確的數(shù)據(jù)是后期信號分析的依據(jù)。為此，系統(tǒng)采用先進的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及信號處理技術(shù)來保障系統(tǒng)的測試精度以及信號采集過程中數(shù)據(jù)真實、準確、無誤的紀錄。為實驗結(jié)論的可靠性提供保證。
b. 運行可靠性：在機箱結(jié)構(gòu)設(shè)計上，工藝先進，滿足便攜及外場不同環(huán)境使用，體積小巧緊固，可達到MIL STD 810 一類抗振指標，保證野外環(huán)境系統(tǒng)運行的可靠性。
3． 低系統(tǒng)成本
相對于同類測試系統(tǒng)，在相同系統(tǒng)性能狀態(tài)下，此套系統(tǒng)以較低成本實現(xiàn)專業(yè)測試平臺，達到高水準的測試水平。
二． 系統(tǒng)測試要求
系統(tǒng)要求滿足以下測試要求：
l 8路加速度，振動信號，采樣率大于20KHz/ch，分辨率16bit。
l 8路動態(tài)應(yīng)變，采樣率大于1KHz./ch，分辨率16bit，提供全橋、半橋、1/4橋接入方式。
三． 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)設(shè)計主要分為以下幾部分：主控器、數(shù)據(jù)采集器、加速度調(diào)理器、應(yīng)變振動信號調(diào)理器、溫度、位移、壓力調(diào)理器，結(jié)構(gòu)框圖及各部分功能介紹如下：
8-CH應(yīng)變信號調(diào)理
(橋壓、激勵源)
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1MHz SPS/s、16bit
高速數(shù)據(jù)采集器
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8通道振動信號調(diào)理
(可編程低通濾波信號放大)
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16-CH應(yīng)變信號調(diào)理
(可編程低通濾波信號放大)
|
1MHz SPS/s、16bit
高速數(shù)據(jù)采集器 |
系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)，各種傳感器信號經(jīng)不同模塊調(diào)理后送至主采集器，采集器使用Ethernet 接口和采集控制器連接形成一體，配以相應(yīng)采集軟件組合為系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)組建靈活，方便系統(tǒng)擴展，給系統(tǒng)將來的應(yīng)用空間留有余地。
四． 系統(tǒng)特性
系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理部分和數(shù)據(jù)采集兩部分組成，傳感器、模塊、采集器選擇及特點如下 。
1. 信號調(diào)理模塊特點及選擇說明：
在系統(tǒng)中，針對不同的測試要求和傳感器應(yīng)選擇不同的調(diào)理模塊，傳感器信號可調(diào)理成標準信號后進行數(shù)據(jù)采集，這樣一個系統(tǒng)中，可以進行不同信號的測試。
1. 1振動、加速度調(diào)理模塊 (WBK18)
加速度傳感器分為兩種輸出、電荷輸出及帶內(nèi)置放大電路輸出-既ICP型傳感器，目前世界上ICP型傳感器已成為主流產(chǎn)品。系統(tǒng)選用的調(diào)理模塊可直接和此類傳感器接口。其特點如下：
8通道動態(tài)信號調(diào)理模塊（帶有 T.E.D.S.）
l 8通道動態(tài)信號輸入
l 內(nèi)置恒流源，可直接接入ICP ®型加速度傳感器
l 軟件可選AC或DC耦合
l 帶有同步采樣保持
l 可編程的8階Butterworth濾波器，程控截止頻率范圍從5Hz ～ 50kHz
l 程控超差保護
l ICP ® 型故障檢測
l 可選T.E.D.S（傳感器電子數(shù)據(jù)表格）支持，存儲傳感器校準信息
l 25VDC 輸入范圍
1．2 應(yīng)變調(diào)理模塊：（WBK16）
8通道的應(yīng)變信號調(diào)理模塊，直接配接多種橋路方式(四分之一橋、半橋及全橋)、遠距離應(yīng)變測試（6-wire）及壓力傳感器測量，配合數(shù)據(jù)采集器可對橋路信號進行如下處理后傳至采集器進行信號轉(zhuǎn)換。模塊特點如下：
l 高通濾波AC耦合
橋路動態(tài)信號測試時，可先隔直將直流分量濾除，保留有效的動態(tài)信號進行放大，提高測試精度。
l 可編程低通噪音抑制濾波器
兩擋程控4-pole低通濾波10Hz、1KHz，在信號測量靜態(tài)獲準靜態(tài)橋路時，抑制高頻干擾。同時提供安裝組件，可根據(jù)需要自行搭建所需截止頻率2Hz~20KHz。
l 信號放大
對于應(yīng)變橋路微小輸出信號，每通道提供獨立放大器設(shè)計，增益1~20000倍程控選擇共計86階，可進行其它傳感器輸出信號放大。
l 橋路激勵源
針對不同類型傳感器，提供多擋穩(wěn)定和高精度橋路電壓選擇，程控選擇0.5V~10V。每通道85mA電流限制保護防止線路意外短接。
l 支持全部橋路（60~1000 Ohm）輸入，進行相關(guān)設(shè)置后可程控選擇橋路方式。
l 提供多種橋路校準方式用于系統(tǒng)校準，提高測量精度
l 自動平衡及自動調(diào)零，程序控制，快捷方便
l 可選擇同步采樣功能
2． 數(shù)據(jù)采集器
系統(tǒng)選用型號：WAVEBOOK/516E
高速、高精度采集器，1MHz系統(tǒng)采樣率，16bit分辨率，將調(diào)理器傳至的標準信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，同時送交控制器進行數(shù)據(jù)處理及保存。其本身同時帶有8通道電壓信號采集能力，可以和調(diào)理模塊信號同時采集處理。
l 8通道一般電壓測試，可用于應(yīng)變儀輸出測試。
l 高數(shù)據(jù)傳輸率
通過以太網(wǎng)接口線纜，利用以太網(wǎng)10M/100M的傳輸速率與計算機通訊；在1MHz的高速采樣下可以完成數(shù)據(jù)的傳輸。
l 大容量存儲
選用WBK30/128，可在采集器上形成64Msample大容量FIFO ,提高數(shù)據(jù)實時采樣和傳輸時間。
l 多種觸發(fā)方式
設(shè)定精確的觸發(fā)，可以保證得到想要的數(shù)據(jù)，避免浪費有限的資源。系統(tǒng)提供多種靈活觸發(fā)方式：軟件觸發(fā)、數(shù)字TTL觸發(fā)、脈沖觸發(fā)、單通道模擬觸發(fā)、多通道模擬組合觸發(fā)等，模擬觸發(fā)狀態(tài)下可以選擇觸發(fā)點。
l 多種采樣方式
予觸發(fā)采樣和后觸發(fā)采樣，觸發(fā)前后的采樣率可以分別設(shè)定。支持外部時鐘輸入，允許數(shù)據(jù)掃描時序取決于外部時鐘。
3. 傳感器
3.1加速度傳感器
l AS0108:10g單軸內(nèi)置IC加速度傳感器，頻響：0.35—4000KHz 配2M線纜
l AS0103: 50g 單軸內(nèi)置IC加速度傳感器, 頻響:0.35—10000KHz 配2M線纜
五．系統(tǒng)支持軟件
系統(tǒng)配備非常強的軟件支持--組態(tài)軟件和隨機通用軟件。使用他們可以實現(xiàn)多種不同要求試驗
Waveview 隨機通用軟件
l 多種文件紀錄格式：支持多種數(shù)據(jù)文件紀錄格式：ASCII、EXCEL、BIN、MATLAB、等
l 多種編程語言和操作平臺驅(qū)動接口，VB、C++、Delphi 、DASYLAB 及LABVIEW
l 多種橋路及傳感器校準
l 實時圖形顯示、功能配置、數(shù)據(jù)存儲、歷史回放
DASYLAB 組態(tài)軟件
無需使用編程語言，使用可視化模塊組件靈活搭建測試平臺，可實現(xiàn)多種測試功能
l 支持實時顯示、實時數(shù)據(jù)存儲、實時數(shù)據(jù)分析、實時數(shù)據(jù)處理
l 多種顯示方式：曲線、棒圖、圖表、數(shù)字表、模擬表、狀態(tài)燈
l 多種信號分析：FFT、相關(guān)、濾波、數(shù)據(jù)窗口、極坐標/笛卡兒座標
l 多種統(tǒng)計功能：計數(shù)、最大值、最小值、統(tǒng)計值、衰減、柱狀圖
l 組合數(shù)學(xué)運算：算法、微分/積分、位操作、邏輯操作、標定、三角
l 多種數(shù)據(jù)處理：平均、塊平均、剪切、合并/展開、分離
l 支持客戶生成圖形界面
LabView:
根據(jù)具體的需要可以選用NI公司的LabView軟件。
六． 系統(tǒng)選件性能技術(shù)指標及配置說明
1． 數(shù)據(jù)采集器 1 臺(Wavebook/516E)
控制系統(tǒng)采集的各項設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲
數(shù)據(jù)傳輸，提供調(diào)理模塊接口及計
算機通訊接口 ，本身具有8通道模擬
采集通道和16通道數(shù)字量采集通道。
² 測試通道：8路差分模擬輸入，用于傳感器電壓輸出信號測試
16 TTL兼容的數(shù)字I/O,輸入輸出可選
² 模擬輸入連接：BNC 信號連接器
² 分辨率：16bit
² 單通道最高采樣率：1MHz sample/s
² 輸入量程：0~10V/±10V 軟件選擇
² 輸入保護電壓：±30VDC
² 輸入帶寬：DC~500kHz
² 輸入阻抗：差分：10MW 并聯(lián)30pF
² 精度：±2~±10V : ±0.012%讀數(shù)；0.006%量程
±1V: ±0.018%讀數(shù)；0.008%量程
² 輸入噪音：< 2LSB
² 全部諧波失真：>84dB 典型
² 共摸抑制比：80dB 典型；70dB最小；DC~20kHz
² 觸發(fā)：
通道1模擬和脈沖觸發(fā)范圍： –10V~+10V； 帶寬：1MHz；等待間隔300ns
多通道模擬觸發(fā)范圍：每通道至輸入量程；等待間隔2ms/每通道，脈沖4ms
TTL觸發(fā)：0~5V ;TTL兼容10K上拉電阻；等待間隔300ns
軟件觸發(fā)：等待間隔100ms
脈沖觸發(fā)輸入：±5V/75W ；保護±10V；脈沖寬度100ns~0.8s；等待間隔300ns
² 外部時鐘輸入：
信號范圍：5V TTL兼容；
延遲：200ns
時鐘頻率：1MH
分頻：1~255 可選
時鐘計數(shù)精度：<0.02% 誤差
時鐘計數(shù)范圍：0.01Hz~100kHz
² 振動：MIL-STD810E
² 環(huán)境：0~50℃；0~95%RH 非凝結(jié)
附件：
CA-150-8 BNC--BNC 轉(zhuǎn)接線纜 ，用于8通道模擬輸入信號引入。
CA-35-2 DB25 偏平線纜 ，用于連接數(shù)字I/O信號
2． 應(yīng)變調(diào)理模塊 1臺
實現(xiàn)將應(yīng)變信號進行放大、濾波、調(diào)偏、調(diào)零等功能
² 測試通道：8通道應(yīng)變測試，可擴展
² 同步采樣
² 輸入方式：標準DB9 連接器
² 輸入阻抗：100MW
² 耦合：AC /DC 軟件選擇
² 測試精度: 漂移 1mV RTI/℃
共摸抑制比： DC to 60Hz :100dB @增益>100
² 帶寬：50kHz @ 增益< 1 to 100
10kHz @ 增益 >100 to 1000
1kHz @ 增益 >2000
² 低通濾波：4-pole Butterworth , 軟件選擇截止頻率10Hz、1KHz （出廠設(shè)定），可自行安裝選擇頻率2Hz ~20kHz。
² 橋路設(shè)置：
全橋（4線或6線）；半橋；1/4橋（2線或3線）
² 橋路阻值：60~1000W
² 增益：1~20000倍 軟件選擇86階
² 并聯(lián)校準：軟件可選擇3個用戶提供的阻值
² 自動平衡：每通道可選
² 自動校準：通過實際檢測或負載計算
² 偏移調(diào)整：
±3V RTI@ Gains 1 ~10
±300mV RTI@ Gains 10~100
±30mV RTI@ Gains 100~2000
±3mV RTI@ 2000~20,000
² 激勵源：
每4通道獨立選擇，0.5V、1V、2V、5V、10V或關(guān)閉
精度：±5mV
容量：每通道85mA
² 振動：MIL- STD 810 , I類
² 相對濕度：0~95%
² 工作溫度范圍：0~+50C存儲溫度
² 系統(tǒng)工作電源：220V/50Hz
² 附件：
CN-189 DB9連接器轉(zhuǎn)螺絲端子接頭，用于實驗室測試
CN-115 補償橋阻連接接器 ，用于安裝1/4橋、半橋補償電阻
BCR-XX 高精度橋路電阻，用于1/4橋、半橋補償橋臂
CA-115 電源轉(zhuǎn)接線 ，減少電源模塊使用量。
HA-210-5-BK 機箱把手，便于系統(tǒng)移動
CA-117 （選件）應(yīng)變線纜 6ft ，用于連接傳感器和應(yīng)變輸入接口，一般用于固定測試。
3． 加速度、動態(tài)信號調(diào)理卡 1塊
² 每模塊8通道測量信號
² 增益量程：1、2、5、10、100、200
² 輸入量程： ±5V ~ ±25mV
² 精度： ±0.5dB 帶寬中心
² 低通濾波： 軟件可選，8階 Butterworth
² 低通截止頻率：30Hz ~100KHz ，程控選擇 fc=300KHz/N N=1to 10000
² 高通濾波： 0.1Hz or 10Hz
² 每通道濾波獨立選擇
² 提供ICP 電流源 2mA or 4mA ,每通道獨立設(shè)置
² 沖擊 ： MIL STD 810, I 類
5． 高速通訊以太網(wǎng)連接線纜:CA-242-7
分別用于便攜控制器和上位機的連結(jié).
² 傳輸率:實時;
接口：Ethernet以太網(wǎng)
6． 存擴展卡 WBK30./128
擴展系統(tǒng)FIFO緩存，延長數(shù)據(jù)傳輸和存儲時間
² 容量：64M sample 讀數(shù)
7. 系統(tǒng)軟件
Dasylab 1 套
組態(tài)軟件，無需編程語言，使用可視模塊組件系統(tǒng)測試軟件，可方便實現(xiàn)系統(tǒng)的采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析功能，方便進行實驗報告生成
隨機軟件Waveview
可直接使用，用于系統(tǒng)校準、采集、存儲
產(chǎn)品選型表：(WBK產(chǎn)品)
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8通道模擬擴展模塊 |
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8通道同步采樣保持卡 |
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8通道低通濾波卡 |
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8通道同步采樣保持/低通濾波卡 |
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多用途隔離信號調(diào)理模塊安裝箱 |
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8通道應(yīng)變信號調(diào)理模塊 |
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8通道應(yīng)變信號調(diào)理模塊,帶同步采保 |
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8通道計數(shù)器/編碼器/高壓測量模塊 |
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8通道動態(tài)信號調(diào)理模塊（帶有 T.E.D.S.） |
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PCMCIA總線到EPP（高速并口）轉(zhuǎn)接卡 |
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ISA總線到EPP（高速并口）轉(zhuǎn)接卡 |
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PCI總線到EPP（高速并口）轉(zhuǎn)接卡 |
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以太網(wǎng)接口模塊 |
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WBK30/128 |
內(nèi)存卡，128M |
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WBK30/16 |
內(nèi)存卡，16M |
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WBK30/64 |
內(nèi)存卡，64M |
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14通道熱電偶輸入模塊 |
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多功能I/O模塊 |
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高壓適配器（1000V） |
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高壓適配器（100V） |
