PXI多通道瞬態(tài)信號測試系統(tǒng)

摘 要： 采用National Instruments(NI)公司高速示波器和定時模塊，對石油行業(yè)中的電起爆/點火技術(shù)進行了實驗研究，開發(fā)出一套火工品器件的瞬態(tài)時間特性測試系統(tǒng)?；贚abVIEW 高效的軟件開發(fā)環(huán)境和強大功能以及LabVIEW Signal Processing Toolset豐富的信號處理函數(shù)，結(jié)合PXI-5112和PXI-6602硬件模塊，成功有效地完成了電起爆/點火器件信號的瞬態(tài)時間特性的實驗測試。

系統(tǒng)硬件構(gòu)成及實現(xiàn)

系統(tǒng)主要由主控計算機、PXI采集系統(tǒng)和中間適配器三部分組成（如圖1所示）。主控計算機和PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過PXI-MXI-3連接。中間適配器主要用于現(xiàn)場試驗儀器的啟動控制以及提供12路引爆外觸發(fā)數(shù)字信號。

系統(tǒng)中12 路點火/引爆信號由6 塊PXI-5112 數(shù)字示波器模塊采集完成。PXI-5112 具有兩路8位垂直分辨率的模擬輸入通道，最高實時采樣率為100MS/s；具有CH0、CH1、TRIG 三路硬件觸發(fā)通道，觸發(fā)方式包括數(shù)字觸發(fā)和模擬觸發(fā)。試驗時系統(tǒng)需實時記錄采集信號并進行事后處理以檢測各通道的信號前延、峰值時間等參數(shù)，因此要求12 路起爆信號必須同步進行采樣。系統(tǒng)設(shè)計中將PXI背板時鐘總線和RTSI同步觸發(fā)總線結(jié)合，實現(xiàn)6塊PXI-5112工作的時鐘同步和觸發(fā)同步，工作方式為Master-Slave方式。同時，系統(tǒng)要求用于觸發(fā)外部儀器的同步觸發(fā)脈沖，系統(tǒng)設(shè)計采用定時計數(shù)模塊PXI-6602的8路定時計數(shù)器輸出作為同步觸發(fā)輸出，保證整個系統(tǒng)儀器觸發(fā)和采集觸發(fā)的同步工作。

系統(tǒng)同步觸發(fā)、采集設(shè)計

測試系統(tǒng)的重點是實現(xiàn)外部儀器設(shè)備和PXI系統(tǒng)中采集模塊及定時計數(shù)模塊的同步觸發(fā)和同步采集。PXI總線為每一個插槽提供誤差小于1ns的10MHz參考時鐘，示波器模塊PXI-5112通過Phase-Locked Loop(鎖相環(huán))技術(shù)可以使100MHz的采樣時鐘與10MHz的參考時鐘保持同步。軟件設(shè)計時，將PXI背板總線上的10MHz參考時鐘路由到RTSI總線上作為6塊PXI-5112的工作時鐘，保證時鐘同步；將Master PXI-5112的Stop Trigger通過RTSI總線，作為觸發(fā)信號觸發(fā)其余五塊Slave PXI-5112，保證采集同步。定時計數(shù)模塊PXI-6602具有8個32位定時/計數(shù)器和32位5V TTL數(shù)字I/O，100kHz、20MHz、80MHz三個內(nèi)部時基，多種靈活的工作模式保證了進行高精度的計數(shù)和定時。軟件設(shè)計中仍通過配置各路定時計數(shù)器共用一個Gate門限信號，用一路數(shù)字I/O輸出啟動所有定時計數(shù)通道同步輸出。同步觸發(fā)及同步采集軟件設(shè)計流程如圖2所示。

測試軟件設(shè)計

系統(tǒng)測試軟件采用虛擬儀器的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)圖形化軟件開發(fā)平臺，它包含豐富的用于數(shù)據(jù)采集、分析、表達及存儲的庫函數(shù)，提供了巨大的編程靈活性和完善的性能，提供了實現(xiàn)儀器編程與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，以及在大量熟練用戶基礎(chǔ)上定型的功能強大的輔助工具，具有很高的可靠性，能夠充分實現(xiàn)操作靈活、功能強大和用戶界面友好的軟件設(shè)計要求。軟件是測試系統(tǒng)的重要組成部分，它將系統(tǒng)中各部分的功能有機結(jié)合，并在其相互協(xié)作和數(shù)據(jù)傳遞的過程中起決定性的作用，使整個系統(tǒng)有效、穩(wěn)定地運行。根據(jù)測試系統(tǒng)要求，系統(tǒng)測試軟件的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)管理軟件實現(xiàn)人機信息交互、設(shè)備管理、信號采集、數(shù)據(jù)的存儲和分析處理以及信息的顯示和表達等功能調(diào)度。

實驗測試

該系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計、調(diào)試完成后，完成了電起爆/點火實驗。參數(shù)配置：采樣率100MS/s，采集時間10ms，CH0觸發(fā)，觸發(fā)方式Edge，觸發(fā)電平1V，預(yù)觸發(fā)10%。利用控件Graph的Graph Plaette屬性中圖形縮放和光標測量功能測量觸發(fā)信號前沿到點火、起爆信號前沿的作用時間t。計算出點火、起爆瞬態(tài)信號最大峰值A(chǔ)(max)，以及作用時間的均方根?滓值。點火、起爆測試結(jié)果如圖4、圖5所示。

系統(tǒng)完成后，多次對火工品器件進行起爆、點火比對試驗。實驗結(jié)果表明：該測試系統(tǒng)穩(wěn)定，測試精度高，能滿足石油行業(yè)中火工品器件出廠參數(shù)測試要求。