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(zhǔn)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(zhǔn)確、無誤的紀(jì)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(dá)到MIL STD 810 一類抗振指標(biāo),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(dá)到高水準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(yuǎn)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(zhǔn)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(zhǔn)方式用于系統(tǒng)校準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)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(jì)錄格式:支持多種數(shù)據(jù)文件紀(jì)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(zhǔn)
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(biāo)/笛卡兒座標(biāo)
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(biāo)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(biāo)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;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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn):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(zhǔn):通過實際檢測或負(fù)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(zhǔn)、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 |
WBK30/128 |
內(nèi)存卡,128M |
WBK30/16 |
內(nèi)存卡,16M |
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) |