应用于高通数道的新技术

    随着应用需求不断变化，预定义又不灵魂的传统的传感器测量系统对通道数的扩展和计算技术的应用受到了越来越多的限制。NI SC Express系列产品引进了新的传感器测量技术，为基于行业标准的PXI平台可扩展传感器测量系统提供了简化的可调整体系架构。除了降低复杂性之外，NI SC Express系列产品还有三个优点：更高的测量、更灵活的同步和更高的数据吞吐量。

　　1、内置信号调理，提高测量

　　许多传感器的信号在输出前都需要进行调理之后才能数字化。信号调理的典型应用包括放大、激励、隔离和滤波。多年以来，工程师通过分离连接到数据采集系统的前端系统来实现信号调理，而后再将经过调理以后的模拟信号转换为数字量。技术的更新和设备的小型化使得现在公司能够将信号调理和模数转换功能集成到同一个设备中，避免使用容易导致出错的连接电缆和转接器，就可以达到更高的测量。

　　SC Express模块带有内置信号调理，为PXI平台提供高传感器测量。目前有超过70家的PXI厂商提供1500多种模块，利用这些模块，PXI平台帮助您开发高度灵活的单一测量系统，满足大部分测量应用的不同需求，同时避免了使用专用外形尺寸或专用数据总线的风险。

　　针对每种测量类型的SC Express模块都具有独特的设计以获得更佳的，包括热电偶测量可以具有更低的恒温误差、桥路测量的无需依赖于激励电压的。例如，在热处理室使用可扩展高测量将得益于全新SC Express技术。热处理室内的仪器必须以很高的测量数百个热电偶，以便测量并控制热处理室的温度分步。使用NI PXIe-4353 SC Express模块，您只需要单个PXI机箱就能测量544个热电偶通道。

　　2、灵活、高性能的同步

　　为了有效使用和分析数据，您必须知道数据的时间相关性。在采集来自不同传感器类型的多个设备的通道信号，或者当传感器空间分步较广时，相关同步数据的复杂度大大提高。同步是选择测量系统需要考虑的重要的方面。

　　在过去的十多年中，PXI平台为测量系统提供了世界的同步性能。PXI Express相比于PXI,能够为测量I/O设备提供更高的同步，并保持向下兼容性。PXI Express背板中的100 MHz差分时钟确保多个仪器将采样时钟基于相同的参考源。背板触发线路确保机箱中所有设备按照相同的100 MHz时钟边沿进行协同触发。和之前的PXI机箱一样，定时和同步模块可以在单个PXI Express机箱中，以更高的时基代替背板时钟，该模块还可以用于同步多个PXI Express机箱中的测量设备。如果应用需要对分布在长距离的多个机箱进行同步，可以利用GPS或IRIG-B模块，借助共用时钟信号进行多机箱同步。

　　SC Express模块使用PXI Express总线提供单个机箱或多个机箱的设备之间的紧密同步。例如，NI PXIe-4330桥式传感器输入模块在一个机箱中的单个模块或不同模块之间的通道间偏差小于100 ns.此外，NI在单个机箱中配置多个SC Express模块进行同步，增强了NI-DAQmx驱动程序软件功能。如下图所示，您可以在NI LabVIEW图形化编程环境或基于文本的通用语言（例如。NET）环境下，使用单个NI-DAQmx多设备任务配置并读取来自系统中多个设备的数据，从而大大简化所需的代码。如果您使用这个编程方法，驱动程序自动配置所有定时和触发线路，并保持原有性能。

　　图1:NI-DAQmx多设备任务从NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块读取同步的张力和加速度计数据。

　　结构测试应用通常需要对应变仪和加速度计的数据测量进行同步，从而对所测量到的压力数据和有限元分析模型中的数值进行比较。

　　使用单个NI-DAQmx多设备任务，可轻松读取利用NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块测量到的同步应力和振动，进行的压力测量。随着设计越来越复杂（如用更强更轻的材料制成的机翼），和传统仪器不同，SC Express更能灵活适应结构测试不断变化的需求。

　　3、高数据吞吐量

　　高通道数测量系统必须将大量数据传送到主机控制器上，以便对数据进行实时分析或流盘进行后期分析。过去，通信总线带宽是通道数或系统中采集速度的限制因素。解决这个限制的方法是为采集设备增加板载内存，从而在有间内达到更高的采集速度。但是这样做，不仅增加了成本，也使采集软件更加复杂，用户也无法实时查看数据。

　　SC Express模块搭建于x1 PXI Express总线上，每个设备有250 MB/s的专用带宽。由于PXI Express提供的额外带宽，SC Express模块能够使用和多路复用设备相同的通道数和连接性进行同步采样。不同与以往的多路复用设备，采样率会随着通道数的增加而降低，现在，您可以使用同步采集设备在增加通道数的同时保持采样率不变。

　　图2:SC Express模块的总吞吐量随着通道数增加而增加。

　　4、PXI定时和同步

　　SC Express模块可与PXI平台上超过1,500种I/O设备实现同步，在过去的十多年中，PXI平台为测量系统提供了定时和同步功能。PXI Express建立在PXI的性能之上并添加了附加的定时和同步特性，如100 MHz差分系统时钟、差分信号传输及差分星形触发。通过差分时钟和同步，PXI Express系统对仪器时钟的噪声抑制能力更佳了并且能以更高的频率进行传输。SC Express系列通过PXI Express总线来实现单一机箱或多个机箱中模块与模块间的严格时间同步。当需要在PXI平台上同步超过1,500个模块时，SC Express能够提供高灵活性，帮助您开发测量系统，从而满足您的应用需求。

　　当通信总线不是测量速度或通道数的限制因素时，处理速度或写入磁盘性能可能会影响系统性能。使用NI-DAQmx驱动程序，可以将数据直接传送到技术数据管理流（TDMS）文件格式中，它提供了高达400 MB/s的记录吞吐量，能够快速处理太字节数据。您可以使用LabVIEW数据搜索工具包或NIDIAdem数据管理软件方便地对这些大型数据集进行管理、分析、可视化和有用信息。

　　许多军事和航天测试工程师需要测量数百个处于不同电压或地电平的模拟信号。除了能够灵活扩展到数百个通道外，测量系统必须具备通道间隔离的模拟输入，以便安全地测量来自这些测试单元的信号。NI PXIe-4300高电压模拟输入模块和带有TDMS功能的NI DAQmx能够很好地满足这些测试单元的挑战。

　　快速方便地构造可扩展高通道数传感器管理系统

　　SC Express模块在PXI Express总线上提供了集成信号调理和数据采集，其带有的的同步和高数据吞吐量提供了更高的测量。结合模块与NI-DAQmx特性（包括TDMS和多设备任务），就可以方便地构建可扩展传感器测量系统，满足您高通道数测量应用的独特需求。