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  • 2019-09-15 08:05

    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


  • 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。

    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:
        1.传感器:包括激光传感器、应变传感器等等。
        2.数据采集系统:包括PXI机箱、控制器、数据采集卡与屏蔽电缆。    

             1.可同步采集32路隔离的差分电压信号。
             2.可同步采集32路应变信号。
             3.数据实时记录并显示。
        3.控制与监测终端:台式计算机、网络设备。

        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。

        3.电压数据采集模块:

        本系统选择了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。

  • 文章关键词: PXI平台 数据采集系统 土工离心机
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