PXI在測試測量領(lǐng)域的應(yīng)用案例

我們的市場主導(dǎo)型經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)是需要生產(chǎn)人們會(huì)愿意購買的新產(chǎn)品。在本質(zhì)上，科技驅(qū)動(dòng)著市場指導(dǎo)型經(jīng)濟(jì)和很多發(fā)展中國家的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

但是，隨著科技的進(jìn)步，測試技術(shù)和他們的發(fā)展戰(zhàn)略也是需要改變的。在今天，測試的要求包括了對傳感器的仿真、故障注入、高速數(shù)據(jù)傳輸和日益增長的準(zhǔn)確性的要求。在所有的這些要求都可以實(shí)現(xiàn)的前提下，測試吞吐量的需求不斷增加，并且要求擁有更低的費(fèi)用。但是，這往往是我們的工廠中的一個(gè)巨大的難題，這似乎表明了想要繼續(xù)跟隨科技的發(fā)展來生產(chǎn)產(chǎn)品的前途是多么的令人擔(dān)憂。

幸運(yùn)的是，測試測量的工廠已經(jīng)開發(fā)了一些能夠滿足這些需求的新的解決方案。通常情況下，這些方案都利用到了PXI平臺(tái)，這是一個(gè)引人注目的靈活的平臺(tái)。在過去的十幾年間，在PXI聯(lián)盟（PXISA）里有50多個(gè)會(huì)員持續(xù)地創(chuàng)造出一些可以適應(yīng)最新的科技技術(shù)的產(chǎn)品。事實(shí)上，在PXI平臺(tái)上開發(fā)出來的一些獨(dú)一無二的測試方案，這在其他的平臺(tái)上往往是不可以實(shí)現(xiàn)的。

一、為什么要選擇PXI

PXI平臺(tái)的成功在很多方面是顯而易見的。擁有很多供應(yīng)商，很多產(chǎn)品，還有很多很多成功的應(yīng)用案例，這些都是主要的原因。除了這些，還有以下的一些理由：

1．軟件方面的選擇

很多可編程的語言，包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和專門的應(yīng)用軟件像硬件在環(huán)仿真（HILS），它們使得PXI變得更加容易；

2．靈活的連接性能

因?yàn)橹挥袑⒂布B接到被測設(shè)備中才會(huì)發(fā)揮硬件的真正的作用，所以，很多供應(yīng)商都創(chuàng)造了很多可以相互連接并在PXI平臺(tái)能夠順利工作的產(chǎn)品；

3．企業(yè)的創(chuàng)造性

在小規(guī)格的3U在剛發(fā)布的時(shí)候（1997年），很多人都會(huì)說當(dāng)這些用到VXI平臺(tái)的時(shí)候，將會(huì)限制了接受的信號(hào)的帶寬和密度。慶幸的是，這些反對者是錯(cuò)的。在單個(gè)矩陣中擁有4000到8000個(gè)的繼電器，1000V電壓的隔離，還有擁有6GHz信號(hào)傳輸功能的射頻設(shè)備，在PXI平臺(tái)是可以實(shí)現(xiàn)的；

4．兼容其他平臺(tái)

在很多的例子中，混合測試系統(tǒng)是常見的。因?yàn)闇y試的可用性，測試預(yù)算對硬件重復(fù)利用的要求，還有外部測試系統(tǒng)的升級等原因，PXI平臺(tái)能夠跟其他的環(huán)境中的設(shè)備順暢地運(yùn)作；

5．系統(tǒng)集成

一些測試企業(yè)已經(jīng)將PXI平臺(tái)作為很多平臺(tái)的解決方案，他們有能力PXI加入到更多的成功應(yīng)用中去。

說了這么多選擇PXI平臺(tái)的原因，下面就說說怎么樣利用PXI。因?yàn)槲覀儾荒芏紝⒛切╆P(guān)于PXI平臺(tái)的成功的應(yīng)用的案例都介紹了，所以，現(xiàn)在就來介紹一下專門用在UUT操作環(huán)境中的仿真的方案。這就假定了每一個(gè)測試系統(tǒng)都是汽車，PC，或者是以UUT結(jié)束的系統(tǒng)的模擬。但是，新的應(yīng)用就需要新的模擬仿真技術(shù)，這也是我們想要展現(xiàn)的。

二、汽車ECU故障注入

1．客戶概況

該客戶是法國的一個(gè)處于領(lǐng)先地位的集成商，他們開發(fā)和設(shè)計(jì)多功能的用于汽車和航空航天方面的校驗(yàn)測試方案。

2．應(yīng)用需求

最終的用戶要求是用這個(gè)測試系統(tǒng)來校驗(yàn)設(shè)計(jì)好的電子控制單元（簡寫是ECU，也可以叫做動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，PCM，或者是發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊，ECM）的可靠性。

這個(gè)系統(tǒng)的集成商收到的要求是尋找一種更加靈活的、費(fèi)用又少的專門的硬件在環(huán)測試方案。目前有的系統(tǒng)是在國內(nèi)生產(chǎn)的，使用的是人工來進(jìn)行故障的模擬仿真。想要注入一個(gè)故障，操作員就需要移動(dòng)接線板上的線纜短接在一起，用力卡住電源電壓線和地線，或者是輸入故障傳感器數(shù)據(jù)。這樣的方式是非常的慢的，也會(huì)導(dǎo)致人為錯(cuò)誤，而且也是非常昂貴的。鑒于對電子系統(tǒng)故障的擔(dān)憂，和追求更低的成本，需要改變設(shè)計(jì)的策略。

在設(shè)計(jì)和校驗(yàn)ECU的過程中，故障模擬是一種實(shí)現(xiàn)可靠性和固件校驗(yàn)的目的而做的預(yù)測方式，最終是為了確保駕駛員和乘客的安全。ECU的工作是依靠從很多傳感器中和控制器中傳來的信息來決定怎么樣去對正在工作的器件進(jìn)行操作。這些傳感器本身一般是工作在極度惡劣的環(huán)境中，所以可以斷言，這些傳感器或者彼此之間的連接會(huì)出現(xiàn)問題。ECU必須對這些故障和現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)故障做出正確的反應(yīng)，否則就會(huì)引起事故。

這種對系統(tǒng)故障進(jìn)行測試的想法不是最近才出現(xiàn)的。它是ECU校驗(yàn)的一個(gè)重要的部分，同時(shí)包含了系統(tǒng)內(nèi)部的電子故障的呈現(xiàn)。測試的過程主要是模擬很多種可能因?yàn)楦g、短路、開路和由于失效、壽命、損壞或者是不正確的安裝而引起的電子故障；

3．解決方案

PXI為硬件在環(huán)仿真提供了一個(gè)開放的平臺(tái)。把多種多樣的來自PickeringInterfaces的可用的硬件和其他供應(yīng)商的產(chǎn)品組合在一起，可以專門為這個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)最靈活可調(diào)和低費(fèi)用的方案。模塊化和PXI的開放性使得集成商可以設(shè)計(jì)一個(gè)可以升級的帶有豐富的演變潛力的方案。

圖1汽車ECU故障注入測試

有很多種PXI的故障注入開關(guān)模塊是專門為了協(xié)助汽車和航空電子應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，包括測試關(guān)鍵控制器的可靠性的模擬仿真。從上面的圖中，你可以看到在這個(gè)測試方案中，故障注入模塊是怎么樣進(jìn)行工作的。這些開關(guān)模塊是為了選擇在固定裝置和UUT之間的故障的狀態(tài)的路徑。這些故障包括了在UUT連接器開路、短路，和跟其他信號(hào)如電源、點(diǎn)火和地線之間的短路。串行總線故障也可以通過電流來注入。

其他的模擬仿真系統(tǒng)也是可以商用的。但是，它們的特點(diǎn)就是與其他的供應(yīng)商的產(chǎn)品不兼容，同時(shí)也是非常昂貴的。

另外，每一個(gè)供應(yīng)商提供的PXI產(chǎn)品必須為RTOS提供軟件驅(qū)動(dòng)，這是硬件在環(huán)模擬的關(guān)鍵要求。RTOS的這個(gè)主要的緣由是測試的確定性：UUT的反饋，特別是安全方面，必須在準(zhǔn)確的時(shí)間里確保乘客的安全。

這個(gè)方案是在3U的機(jī)箱中使用的。來自我們PickeringInterfaces的模塊產(chǎn)品包含了24個(gè)用來選擇故障注入信號(hào)的模塊（一個(gè)模塊是40A電流的開關(guān)40-191，22個(gè)模塊是20A的，另一個(gè)是2A的模塊），外加上用來模擬傳感器的程控電阻模塊。

由于PXI是一個(gè)開放的平臺(tái)，所以其他的供應(yīng)商提供的模塊是兼容的，包含了FPGA功能和CAN/LIN通訊協(xié)議。除了擁有費(fèi)用和靈活性等方面的優(yōu)點(diǎn)，PXI方案的也提高了測試系統(tǒng)的性能，并且相對于原先的系統(tǒng)的線路更加整潔了。

三、衛(wèi)星負(fù)載測試

1．客戶概況

客戶是一個(gè)提供一些包括地球觀測、科學(xué)和通訊等應(yīng)用方面的空間業(yè)務(wù)的主導(dǎo)地位的公司。這個(gè)公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和操作高性能的衛(wèi)星和地面系統(tǒng)，這些是跟空間任務(wù)有聯(lián)系的一部分的業(yè)務(wù)。

2．應(yīng)用需求

衛(wèi)星負(fù)載系統(tǒng)測試主要是為了以下幾個(gè)目的。第一，由于硬件是非常昂貴的，并且要進(jìn)行很多的測試。第二，在發(fā)射之后出現(xiàn)一個(gè)故障的話，維修是非常困難的，而且，想要把衛(wèi)星回收進(jìn)行維修是不可能的。

衛(wèi)星系統(tǒng)和負(fù)載系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，它們由很多個(gè)多種功能的子系統(tǒng)組成的。傳統(tǒng)的衛(wèi)星開發(fā)生產(chǎn)工作是按照一定流程來的：先是描述所有的東西，設(shè)計(jì)說明書，測試原型，然后就組裝和校驗(yàn)飛行單元。這樣的生產(chǎn)流程是非常的消耗時(shí)間的，不適合快速的完成，所以為了節(jié)省費(fèi)用，就必須要設(shè)計(jì)一種靈活的方案。

模擬技術(shù)的使用，可以節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。使用COTS（CheckOutTestSet）部件和標(biāo)準(zhǔn)的工具，一個(gè)子系統(tǒng)的模擬器可以進(jìn)項(xiàng)開發(fā)和測試，而不用做成一個(gè)飛行水平的設(shè)備，這樣做往往只需要比較低的費(fèi)用就可以了。

下面是這個(gè)項(xiàng)目的主要的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

這樣的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了主要產(chǎn)品的開發(fā)階段，這就允許在一開始的階段就對內(nèi)部的問題進(jìn)行檢查和解決，同時(shí)是減少了對于飛行設(shè)備的重啟的費(fèi)用；

接口的模擬仿真器可以用來進(jìn)行系統(tǒng)集成測試，這就超乎想象地解決了校驗(yàn)和子系統(tǒng)的集成方面的難題。這個(gè)特別是在一個(gè)很大的系統(tǒng)中的一個(gè)小系統(tǒng)是外包給其他供應(yīng)商的情況下是非常有效的。不像硬件一樣，這個(gè)模擬仿真器是開放的。

3．解決方案

當(dāng)把這個(gè)最新的模擬仿真設(shè)備的硬件介紹給客戶的時(shí)候，客戶并不選擇把它放在曾經(jīng)的工具和方案上。而是，在現(xiàn)有的預(yù)算的范圍內(nèi)選擇了可用的，也存在可能的、可以看得到的工程方案。

這個(gè)方案最終是基于PXI基礎(chǔ)的硬件，PickeringInterfaces也作為一個(gè)主要的供應(yīng)商?？蛻暨x擇我們這個(gè)方案的理由是：“這個(gè)方案滿足了我們的設(shè)備的要求，而不是我們的設(shè)備去遷就這個(gè)方案”。

考慮到熱控制系統(tǒng)是監(jiān)控衛(wèi)星內(nèi)部的主要的溫度的，所以就需要用到PXI高密度高精度的電阻模塊。六個(gè)模塊是用來仿真36個(gè)航空水平的溫度范圍在-80℃到+55℃電熱調(diào)節(jié)器。這些PXI的高精度電阻模塊，是商業(yè)上可用的并且可以覆蓋這些電熱調(diào)解氣的模擬仿真范圍要求的方案。

除了高精度電阻模塊，PickeringInterfaces也提供了用于信號(hào)和高功率的開關(guān)卡，帶隔離的電源卡，還有MIL-STD-1553總線分析儀模塊。開關(guān)模塊的主要的功能是將接口路徑隔離，模擬射頻開關(guān)的反饋和分配通過多個(gè)路徑的負(fù)載通道。

四、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)溫度模擬仿真

1．客戶概況

客戶是世界上的一個(gè)大型柴油機(jī)的市場主導(dǎo)者，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品是用在輪船或者是一些大功率的場所。部分的發(fā)動(dòng)機(jī)是為一種新型的幾乎是世界上最大的貨運(yùn)輪船提供的。

2．應(yīng)用需求

這些在海上航行的大型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的控制器需要配有很多用于檢測發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常運(yùn)行的傳感器。這主要是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)蓋的偏移，這就意味著需要用很多傳感器來確保發(fā)動(dòng)機(jī)工作在合適的范圍內(nèi)，然后能夠迅速地找到溫度過高的點(diǎn)。如果想要拿到一個(gè)實(shí)體的發(fā)動(dòng)機(jī)來進(jìn)行測試的話是比較難的，況且想要達(dá)到工作的溫度的話在時(shí)間方面而言也是比較困難的。傳感器的模擬方案提供了一種并不需要實(shí)體發(fā)動(dòng)機(jī)在手的一種實(shí)惠的測試方法。

圖2超大功率發(fā)動(dòng)機(jī)

這套設(shè)備包括了開發(fā)了支持40000kW的功率的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU，40000kW可是相當(dāng)于55000馬力。除了其他的的ECU測試，有一個(gè)要求是需要模擬仿真PT100溫度傳感器的144個(gè)通道。這些傳感器是RTDs而不是熱電偶。溫度的范圍是-20℃到+250℃，這等效于電阻范圍是92.160342Ω到194.074250Ω。同時(shí)也需要很高的精度，在-20℃的時(shí)候是±0.11℃（等效于±43mΩ）和在250℃的時(shí)候是誤差±0.65℃（相當(dāng)于220mΩ）。

客戶的最初的模擬傳感器的方法是手動(dòng)操作的。里面包含了288個(gè)電位計(jì)，包含粗調(diào)和微調(diào)功能，同時(shí)還有144個(gè)用來進(jìn)行短路操作的開關(guān)，外帶144個(gè)用來進(jìn)行模擬傳感器的連接器的開路的情況的開關(guān)。所有的這些東西都是手動(dòng)控制的。這就明顯需要自動(dòng)操作，還有就是提高性能和可重復(fù)性。

3．解決方案

由于在PXI平臺(tái)上已經(jīng)有很多可以進(jìn)行測試測量和模擬仿真的模塊，還有要求的是要支持RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件，PXI自然而然就成為了這個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中選擇的平臺(tái)。

這個(gè)方案開發(fā)的是用在一個(gè)3U插槽中的支持6通道的RTD模擬仿真，或者是在兩個(gè)插槽中支持18個(gè)通道。根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)原則，這個(gè)模塊提供的2mΩ的分辨率和在所有通道上有低于0.1%的精度。每一個(gè)模擬仿真通道可以提供一個(gè)開路或者是短路的功能，這用來模擬傳感器的連接的錯(cuò)誤。另外，每一個(gè)傳感器通道的校準(zhǔn)是可以通過連接模塊的校準(zhǔn)接口道一個(gè)高性能萬用表上來完成。電阻的簡潔的應(yīng)用使得編程變成簡單，通過API函數(shù)來將在實(shí)際中應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器的溫度轉(zhuǎn)換為電阻。

最終的產(chǎn)品是一種可以高性能地模擬PT100或者是PT1000RTDs的廉價(jià)的方案。容納在16個(gè)PXI3U插槽中的8個(gè)模塊就可以模擬PT100傳感器的144個(gè)通道。

五、總結(jié)

在這三個(gè)應(yīng)用中，表明了PXI產(chǎn)品可以模擬很多應(yīng)用中的需要的信號(hào)，包括消費(fèi)者、運(yùn)輸工具和航天器。PXI擁有高密度，這個(gè)可以使得系統(tǒng)測試可以在測試平臺(tái)上就可以進(jìn)行，同時(shí)也可以完美地滿足客戶的需求，還支持一些特殊的類似RTOS這樣的環(huán)境。