广州智维汽车线束插接器实验台-瞬态信号监控系统

时间：2010-1-14阅读：2010

1.1系统概述

如图1.1所示，该系统由恒流源、被测插接器、隔离差分探头、基于PXIe的现场数据采集系统、基于MXIEpress技术的高速传输链路和高性能机架式服务器组成。

图1.1

该系统具有如下主要特点：

1）. 现场数据采集，利用工业标准的PXIe架构提供的抗干扰性能和14位精度的高速采集卡PXIe-5122，实现4通道，每通道zui高100 MSamples/sec的连续数据采集，每通道zui高达256 Mbytes的独立缓存可极大限度的保证数据的完整性。

2）. 利用NI*的MXI Express高速传输链路，可保证在较高的采样率和多通道同时采样的时候现场数据采集点无间断地传输到服务器。（以每个Sample占两个Bytes，单通道采样率100MS/s为例，所需传输带宽为200 MBytes/sec）

3）. 机架式服务器提供的4核CPU处理器，和存储深度达1000GB的RAID0阵列SATA II硬盘，数据写入速率zui高可达300 MBytes/s，使得硬盘读写不再成为系统的带宽瓶颈。

4）. 高速脉冲采集与低速振动信号采集通道可分别设置不同的采样率与采样程度，可实现高速脉冲采集（zui高100MS/s）与低速振动信号的耦合。

5）. 利用LabVIEW图形化开发平台对多核处理器的支持，可实现多线程（数据采集、数据存盘、数据分析）并行操作，提高运行效率。软件可在线或离线计算采集的原始数据中超过某一阀值电压（可编程）的脉冲宽度，并给出出现不合格（脉冲宽度大于1us）的次数，误差zui小为0.01us（以100MS/s采样）。

1.2 系统功能介绍

1.2.1 总体功能

1. 动态阻抗监控系统（以下简称系统）实时监控线束端子振动试验期间的接触电阻变化并能完整记录\\打印；目前配置可同时记录4组数瞬态数据，通过板卡扩展（PXIe-5122）可实现同一平台同时记录6组瞬态数据。

2. 系统监控电阻单通道连续采样速率10M次/秒，也就是采样时间为0.1 us；zui高采样速率为100M 次/秒。

3. 系统能够存储试验过程中所有的电阻采样数据，并且能够在试验结束后重新将所有采集数据形成电阻随时间变换的波形曲线。连续采集与记录时间不小于3小时。

4. 系统设备支持采用触发模式存储试验过程中所有不合格情况（超过7Ω时间大于1 us）前后1ms的数据，触发模式下采样率zui低10M 次/秒。

5. 系统软件能够判定试验期间超过7Ω的时间达到1μs的情况。

6. 系统以不同的采样率同步采集振动台的振动频率，实现所采集的动态瞬态信号和振动信号耦合，即从采集的数据中应能用表格等方式来显示测试样品出现不合格情况时对应的振动频率值（见参考图例），曲线图上鼠标移动时能够实时显示对应的频率以及时间。

1.2.2 前端数据采集部分功能与指标

1）通道数：8个，其中高速采集通道4个，低速采集通道4个。低速采集通道能同时记录振动试验台的频率；各个通道记录的信息有曲线图显示（可以在曲线中看到不同频率下的瞬态信号）

2）垂直分辨率

a. 高速采集模块：14-bit

b. 低速采集模块：24-bit

3）输入耦合方式：AC/DC/GND

4）输入阻抗

a. 高速采集模块：1MΩ with 25 pF（电压范围>± 1 V），1MΩ with 21 pF（电压范围≤± 1 V）

b. 低速采集模块：1 MΩ // 100 pF

5）电压输入范围：+/- 20 mV to +/- 100 V

6）精度 0.1% of Full Scale

7）噪声 0.05% of Full Scale

8）过压保护不低于250V

9）采样率：测量瞬态信号的高速采样频率为单通道100 MS/szui高，10 MS/s连续；测量振动频率信号连续采样率频率为204.8 kS/s，振动台激振振动频率为2Hz ~3000Hz）；测量瞬态信号的通道和测量振动频率信号的通道同步进行，采样频率可分开设置。

10）动态范围

a.高速采集模块：不小于80dB；

b.低速采集模块：不小于115dB；

11）带宽

a.高速采集模块：80MHz @ -3dB；

b.低速采集模块：80kHz@ -3dB；

12）硬件抗混叠滤波器

a.高速采集模块：6th order Bessel LP@35MHz

b.低速采集模块：6th order Bessel LP@40Hz - 80kHz

13）硬件抗噪滤波器

高速采集模块：6th order Bessel LP@5MHz 或者 2th order Bessel LP@20MHz

14）高速采集模块板载内存

256 MB每通道（高配置方案，低配置方案时为64 MB 每通道）

1.2.3 数据传输部分指标

1）传输介质：MXI Express

2）传输速率：大于400 MBytes/s

1.2.4 数据分析、处理与存储部分指标

1）CPU：In Core 2 Quad 4核

2）内存：4GB

3）硬盘：1000GB SATA II支持RAID0/RAID10/RAID5

4）流盘（写数据文件）速率：大于200MBytes/sec

1.2.5 系统扩展能力

1）高速采集通道可zui多扩充至8个；

2）低速采集通道可zui多扩充至16个；

3）配备传感器与相应信号调理模块后，可进行振动、噪声、压力、动静态应变等测量。
1.3 系统模块介绍

NI PXIe-5122 高速数据采集卡
· 14位分辨率的双同步采样通道 · 100 MS/s的实时采样, 2.0 GS/s的等效时段采样或外部时钟控制 · 板载硬件去噪和抗混叠滤波器的100 MHz模拟带宽 · 全速读写硬盘时可达400 MB/s · 使用100 ps时间戳进行边缘、视窗、滞环、视频和数字触发 · 每通道高达256 Mb的高容量板载内存
NI PXIe-5122高分辨率数字化仪是一款x4 PXI Express模块，能够以zui大400 MB/s的数据速率，读写PC内存、硬盘或RAID 0磁盘阵列。这款数字化仪非常适用于信号情报、雷达、IF/RF数据读取等应用。具有各种功能的NI PXIe-5122数字化仪还适用于汽车、通信、科研、军事/航天及消费电子产品。 NI PXIe-5122具有软件可选的动态范围，50Ω或1MΩ电阻输入，200 mV 到20V电压输入，并可在板载内存中采集超过100万个波形，是时域和频域分析的理想选择。有50多个内置测量与分析函数直接在驱动软件中编程生成，在NI LabVIEW和中可进一步扩展到400多个。
主要指标：
NI PXI-4462 低速高精度采集模块
· 4路同步采样模拟输入通道 · 118dB动态范围，24位分辨率 · IEPE调理－可通过软件配置 · zui高采样速率达204.8kS/s · ±316 mV到42.4 V 输入范围
NI PXI-4462是一款专为声音和振动应用而设计的高精度数据采集模块。本模块包含了用于麦克风、加速度传感器及其它具有大动态范围的传感器的硬件和软件以实现精密测量。常见的应用包括声音测试、汽车NVH和机器状态监控。
NI PXIe-1062Q机箱与MXIExpress高速传输接口

NI PXIe-1062Q 8槽机箱是为各种测试和测量应用程序设计，其高带宽背板可提供每插槽高达1 GB/s的带宽以满足运转需要。NI PXIe-1062Q具有4个PXI外围插槽、1个具有系统定时功能的PXI Express插槽、2个既可接受PXI外围模块又可接受PXI Express外围模块的PXI Express混合插槽。NI PXIe-1062Q机箱运行的温度可扩展到55 ºC，在温度低于30 ºC时其噪声发射可低至43.6 dBA。NI PXIe-1062Q机箱具备PXI规范的所有特性，包括支持PXI和PXI Express模块。该机箱配有用于PXI模块的内置10 MHz参考时钟、PXI触发总线和PXI星形触发和用于PXI Express模块的内置100 MHz参考时钟、SYNC 100和PXI星形差分触发。该机箱的总计系统带宽超过3 GB/s，可满足各种高处理能力应用软件的需求。通过台式计算机或服务器上的x4或更别的PCI Express插槽，可将其与配有高带宽电缆的PCI Express*透明连接。借助NI PXIe-PCIe837x套件，通过该台式计算机或服务器就可控制PXI Express和CompactPCI Express系统。NI PXIe-PCIe837x 套件由PC中的一块PCI Express板卡构成，通过x4 MXI-Express电缆连接至PXI Express机箱1号插槽中的PXI Express模块。NI PXIe-PCIe8362套件的PCI Express板卡有2个x4 PCI Express链接，每个连接都可连至PXI Express机箱，提供总计达798 MB/s的持续处理能力。
NI 8353 2.4 GHz四核1U机架固定配件控制器
· In Core 2 Quad Q6600 （2.4 GHz四核） · 4GB 667 MHz DDR2 RAM · RAID 0配置用于高速硬盘数据读写 · 4组250 GB SATA II HDD RAID 0 （标准） · 2组千兆以太网, 4组高速USB, 2个PS/2端口; 1个串口和1个VGA端口
NI 8353是一款1U机架固定配件控制器，面向基于PXI或PXI Express的系统。您能够将这款机架经过优化的19英寸服务器级四核控制器与完整的x4 NI MXI-Express套件相互结合，从而远程控制具有798 MB/s持续数据处理能力的PXI Express系统。NI 8353具有In Core 2 Quad处理器（2.4 GHz四核）、高达4 GB的双通道DDR2 RAM、双板载千兆以太网、4组标准型250 GB SATA II （RAID 0）配置，可实现高速硬盘读写。安装MXI-Express或MXI-4远程控制套件（不含套件），用于PXI或PXI Express系统控制。独立磁盘冗余阵列（RAID）的配置 NI 8353通过4个SATA II硬盘，提供RAID 0（分条）和RAID 1（镜像）配置。RAID 0配置通过在多个硬盘之间均匀分布数据，提高计算机向硬盘读写数据的速率，从而有助于需要高速硬盘读写的应用。NI 8353提供4组250 GB SATA II硬盘的原厂RAID 0配置。
带隔离的差分探头
· zui高输入电压700V · 带宽50MHz · x1，x100，2种档位 · 精度 +/- 1% · 输入阻抗 4MOhm // 7pF

附录：

· PXI / PXIe平台简介

PXI是PCI eXtension for Instruments，基于仪器扩展的PCI总线的简称。PXI标准由PXI系统联盟（PXISA, /）进行管理，这是一个由世界各地超过70家公司共同签约的联盟，其宗旨是为了推动PXI标准的应用，保证标准的交互操作性，并维护PXI的规范。随着PXI逐渐成为一个标准的平台，一些世界的测试系统供应商也将他们的测试解决方案转向PXI平台。

通过各个PXISA成员企业的共同努力，70余家PXISA成员现在能够提供超过1200种PXI外围模块，包括模拟和数字I/O、高速仪器、视觉系统、运动系统和各类的总线接口。根据Frost & Sullivan公司在2005年4月进行的“VXI & PXI测试设备市场调查”显示，相比较于整个业界4%的增长率，PXI的综合增长速率（CAGR）高达25.1%，成为继上世纪70年代中期的GPIB之后增长zui快的仪器标准。

National Instruments （美国国家仪器有限公司，简称NI）创立于1976年，总部设于Texas州Austin，是一家测量行业的上市公司（纳斯达克挂牌代号 NATI），在世界各地设有50多个分公司和办事处，和众多系统联盟成员。

作为技术创新的者，NI在上世纪90年代初将PCI技术带入基于PC的测量和测试应用，现在NI继续发扬着这种创新的精神，在确保对所有平台提供长期支持的同时，正努力将PCI Express技术整合到PXI中。

通过在背板上利用PCI Express技术，PXI Express使得PXI带宽从132 MB/s 增加到 6 GB/s，提升幅度超过45倍，且与PXI模块保持软件和硬件上的兼容性。除了PXI现有的定时和同步功能，PXI Express还提供了附加的定时和同步功能，包括100 MHz差分系统时钟、差分信号、以及差分星形触发。通过使用差分时钟和同步，PXI Express系统增加了对仪器时钟的抗噪声能力，并能传输更高频率的时钟信号。

现在，PXI / PXIe已经在多个领域得到了广泛的应用，从消费电子、军事和航空，到医疗设备测试等等，成为一系列测试测量应用的理想平台。无论您是应用于设计验证，还是生产线测试的机架式应用，或是为车载数据记录开发便携式或嵌入式系统，PXI / PXIe都有适合您需要的解决方案。

· 实验台现场图片

2. 汽车线束插接器试验概述

p 技术标准QC/T417.1~5-2001 车用电线束插接器

p 汽车线束插接器试验中瞬态信号动态监控功能的实现

ü 结合温度振动试验和机械冲击试验过程中

ü 接触电阻值的变化，连续大于7Ω的时间不得超过1μs。

ü 如果只是记录第1次失效，则采用达到微米或者纳米级别的示波器就可以满足要求；

ü 如果整个过程中只监控不记录波形，则也可以采用示波器的触发模式单纯记录整个试验过程中共出现的失效次数。

ü 如果插接器生产厂家或者供应商要求试验过程中全程记录所有的失效点以及波形，则示波器就限于自身内存的大小以及数据传输的速度无能为力了，的方法是采用高速数据采集方式全程记录振动试验过程中所有的接触电阻变化波形，等试验后可以调出所有数据回看、打印以便进行进一步分析，为厂家整改提供可靠的帮助。

ü 这种方式的一个缺点是采集存储的数据量非常大，要求存储数据硬盘容量足够大，采用千兆网卡存储到电脑硬盘的方式30分钟的数据量就已经70GB。

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