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[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。
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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
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