基于LXI的儀器實現(xiàn)物理測量的優(yōu)點

像溫度、應(yīng)力、壓力和流量等物理測量廣泛應(yīng)用在工業(yè)和控制等領(lǐng)域中，這些物理測量的實現(xiàn)常常需要面對測量準(zhǔn)確性、測量位置分散、測量的連線等諸多問題?；?SPAN onmouseover=_tipon(this) onmouseout=_tipoff()>LXI標(biāo)準(zhǔn)的新儀器允許測試設(shè)備放置在測試點以及提供簡易的設(shè)置和時間觸發(fā)機(jī)制，能有效解決或改善這些問題。

物理測量經(jīng)常用在設(shè)計驗證、監(jiān)測和控制應(yīng)用中以確定物理參數(shù)，例如溫度、應(yīng)力、壓力和流量。這些物理測量采用傳感器將物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成電壓、電阻或者頻率，然后通過某種測量設(shè)備對這些電信號進(jìn)行測試。這些物理測量相關(guān)的一些挑戰(zhàn)包括：測量的準(zhǔn)確性、測量的位置、測量的物理連線、測量的設(shè)置與執(zhí)行。

工程師在數(shù)據(jù)采集時通常需要采集和分析來自多個位置的數(shù)據(jù)。例如，工程師需要監(jiān)測和控制大樓中不同位置的溫度，化學(xué)工程師可能需要監(jiān)測和控制像汽油或者飲料等流體的流動。這些類型的測量一般需要到不同測量位置的長連接線，或者安裝在不同位置的測量設(shè)備。使用長的連接線通常需要很高的成本，可能因為外部噪聲對微弱的電信號的干擾影響到測量的精度。

圖1：到網(wǎng)絡(luò)的不同連接方案。

將測量設(shè)備安裝在測量位置處是一種較好的辦法。然而，對于上面所述的應(yīng)用，這要求工程師要么使用很貴的GPIB(通用接口總線延長器或者在每個測量位置使用一臺電腦。或者在某些情況下，工程師手動進(jìn)行測量，將數(shù)據(jù)保存在測試設(shè)備中，然后再下載到PC中。對于分布式數(shù)據(jù)采集來說，上面的這些方法都不是理想的方案。

測量的設(shè)置和執(zhí)行同樣也可能具有挑戰(zhàn)性。在設(shè)計驗證中，工程師通常必須進(jìn)行物理測試以確保最終的產(chǎn)品將能滿足在不同條件下的規(guī)范。設(shè)計工程師可能測量溫度來評估熱量的上升、冷卻以及在產(chǎn)品外殼內(nèi)的氣流效應(yīng)，以便能設(shè)計出滿足要求的風(fēng)扇。測量的各個方面的定義通?？赡芊浅７爆?，通常會難以記得這個測量是否已經(jīng)完成。

溫度是最常見的物理測量。溫度測量通過使用熱電偶來實現(xiàn)，電阻溫度檢測器(RTD)或者熱敏電阻傳感器將溫度轉(zhuǎn)變成電壓或者電阻，然后通過測試設(shè)備(如萬用表)測量這個電壓或者電阻。熱電偶是兩個不同金屬形成的結(jié)，當(dāng)這個結(jié)被加熱，熱電偶產(chǎn)生一個電壓。這個電壓與參考結(jié)點的電壓相比較，差值用來確定相關(guān)的溫度。RTD和熱敏電阻都是基于阻抗的傳感器。隨著溫度變化，傳感器的輸出電阻相應(yīng)地改變。傳感器的選擇應(yīng)該基于測量的類型以及精度和線性度。

幾乎任何的萬用表都可以用來測量傳感器產(chǎn)生的電壓或電阻。對于基本的萬用表，萬用表測量參數(shù)值，需要工程師將電壓值轉(zhuǎn)換成物理測量值。然而，有一些儀器可以直接支持傳感器，包括內(nèi)部對傳感器的補(bǔ)償和直接顯示測試值。

除了使用直接支持傳感器的儀器外，當(dāng)今某些儀器(包括萬用表)中一些額外功能能幫助解決這些挑戰(zhàn)。這些功能包括：幫助儀器設(shè)置與實現(xiàn)的軟件；支持的方程式，因此設(shè)備不支持的傳感器輸出可以輕易地轉(zhuǎn)換成工程單位；具有復(fù)用器或通用開關(guān)的儀器將很多測試點或傳感器連接到測試儀器；幫助確定測量是否在期望的范圍之內(nèi)的告警功能。

圖2：34980A多功能開關(guān)/測量設(shè)備的儀器網(wǎng)頁。

安捷倫34970A和34980A開關(guān)/測試產(chǎn)品支持這些功能，在進(jìn)行物理測量時這些功能對工程師的工作可以起到很大幫助。

基于LXI的新儀器如何幫助測試

符合LXI的新儀器通過提供允許測試設(shè)備放置在測試點的標(biāo)準(zhǔn)以及提供簡易的設(shè)置和時間觸發(fā)機(jī)制，能幫助解決這些挑戰(zhàn)。LXI標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵特性包括：

* 用于連接和通信方案的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

* 定義驅(qū)動器的編程、發(fā)現(xiàn)與安全的接口標(biāo)準(zhǔn)

* 從一個網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問的儀器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(instrument web server)

* 時間與事件同步觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)

* 大小、功率、冷卻和LED指示器的物理標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)進(jìn)行物理測量時，LXI的以太網(wǎng)需求允許儀器連接到網(wǎng)絡(luò)，這樣儀器將能更靠近被測試設(shè)備放置，可以在遠(yuǎn)端很容易地收集測量值和對測量進(jìn)行監(jiān)測。工程師監(jiān)測在一棟大樓、多棟大樓或者甚至全球的若干個位置中的多個溫度點，可以將LXI儀器放在被測試設(shè)備的旁邊，很容易地通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)回到中央PC。現(xiàn)在的物理連接更短，減少了整體成本以及噪聲干擾對測試的影響。

以太網(wǎng)需求也提供了一種到網(wǎng)絡(luò)的簡單連接。它通過以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)來定義如何通過網(wǎng)絡(luò)訪問儀器。以太網(wǎng)的一些關(guān)鍵方面包括動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)和動態(tài)或手動域名系統(tǒng)(DNS)來分配IP地址，以及可選的Auto-MDIX來自動確定和調(diào)整以太網(wǎng)電纜線的極性。使用這些標(biāo)準(zhǔn)使其很容易將儀器連接到網(wǎng)絡(luò)，對于不同的銷售商的實現(xiàn)能保持一致。

可以將儀器連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)寬帶訪問或者更快的響應(yīng)時間，可以使用專用的網(wǎng)絡(luò)。對于個人應(yīng)用，可以使用交叉線連接到本地電腦。

圖3：溫度監(jiān)控應(yīng)用的一個頁面示例。

通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問儀器

儀器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(instrument web server)允許通過一個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對儀器訪問。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在儀器內(nèi)，而儀器網(wǎng)頁由儀器提供支持，不需要安裝任何特別的軟件，網(wǎng)頁可以通過不同操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看。

采用儀器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，工程師可以打開一個網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，輸入連接到網(wǎng)絡(luò)的儀器的IP地址，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可以直接訪問該儀器。LXI標(biāo)準(zhǔn)定義網(wǎng)頁的最低要求內(nèi)容。某些儀器提供基本的功能，提供儀器的簡單信息觀察用于監(jiān)控目的，而其他產(chǎn)品提供全功能的圖形網(wǎng)頁界面，通過圖形網(wǎng)絡(luò)界面可以完全訪問和控制儀器。

安捷倫34980A多功能開關(guān)/測量系統(tǒng)得到了LXI協(xié)會的認(rèn)證，通過圖形網(wǎng)頁界面提供了對儀器的完全測量和控制功能。一旦通過圖形網(wǎng)頁界面建立了對儀器的接入，可以很容易地對儀器進(jìn)行測量設(shè)置、執(zhí)行并解決問題。以溫度測量和設(shè)置為例，簡單地打開DMM配置窗口，選擇期望的測量功能(見圖3)。

34980A通過允許每個通道被配置用于某個特定的測量，提供了很容易的測量設(shè)置。34980A支持AC/DC電壓，2線和4線阻抗、頻率、周期和AC/DC電流。34980A還直接支持溫度傳感器，傳感器的變換在儀器內(nèi)部實現(xiàn)。

同樣，因為34980A支持通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的儀器訪問和控制，能輕易地實現(xiàn)不同地點之間工程師的協(xié)作：如果測試上存在問題，在不同地點的工程師可以登錄到儀器的網(wǎng)頁，監(jiān)控或者改變產(chǎn)品的配置；進(jìn)行測試并且無須一定在儀器旁邊就能解決問題，這種界面可以用登錄密碼來進(jìn)行保護(hù)。34980A網(wǎng)頁界面還支持產(chǎn)生報告來發(fā)現(xiàn)儀器的狀態(tài)和系統(tǒng)開關(guān)、發(fā)送/接收SCPI命令以及監(jiān)控總線上的流量。

基于時間或者事件測量的觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)

通過規(guī)定三類LXI儀器，LXI的觸發(fā)要求允許更靈活的儀器觸發(fā)。C類儀器是基本類產(chǎn)品，包括LAN發(fā)現(xiàn)、配置、網(wǎng)絡(luò)界面和物理標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容。LXI定義了LAN事件包， C類儀器對這個事件包的實現(xiàn)是可選的。這些包可以觸發(fā)儀器，就像任何其他觸發(fā)一樣。儀器發(fā)送這個包來表明在儀器或者被測設(shè)備上發(fā)生了一些事件。例如，一個測試設(shè)備可以告訴掃描儀通過網(wǎng)絡(luò)快速、高效地進(jìn)入到下一個通道。

B類儀器要求支持LXI LAN事件和觸發(fā)，并增加了對IEEE 1588的需求。IEEE 1588提供了在儀器中準(zhǔn)確同步實時時鐘的一種方法。采用IEEE 1588時鐘，儀器可以對測量加入時戳(time-stamp)，或者可以在將來被配置成對觸發(fā)進(jìn)行響應(yīng)。這允許對等的和多播(單對多)通信，可以讓一個儀器告訴其他儀器在什么時候開始或者停止一個測量。這對于分布式數(shù)據(jù)采集來說非常有用，這種應(yīng)用中在多個位置的測量需要被同步并加入時戳。

A類儀器具有C類和B類儀器的所有要求，但是增加了一個針對相互鄰近放置的儀器的低等待時間硬件觸發(fā)總線。這種情況是基于事件的觸發(fā)，為工程師提供對觸發(fā)的快速響應(yīng)，這對于那些需要幾乎實時響應(yīng)的情況來說是非常重要的。

銷售商正在開發(fā)IEEE 1588解決方案，這種新觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)使得對多個設(shè)備進(jìn)行同步成為可能，即使這些設(shè)備位于不同的地方。

本文小結(jié)

采用今天的儀器一些物理測量挑戰(zhàn)可以很容易地解決，這些儀器能直接支持傳感器，具有相關(guān)的軟件、支持的公式和報警。使用基于LXI的儀器還具有下面的好處：

* 一種多個銷售商支持的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，測試開發(fā)快速而簡單，能保證兼容性和測試壽命。

* 很容易將儀器放在網(wǎng)絡(luò)上，靠近被測設(shè)備。對于分布式數(shù)據(jù)采集來說非常有用，可以監(jiān)控在多個地方的測試。

* 易于連接到網(wǎng)絡(luò)，具有已定義好的標(biāo)準(zhǔn)，不同銷售商之間的實現(xiàn)具有一致性。

* 通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，方便對測量進(jìn)行訪問，這對于對遠(yuǎn)端的監(jiān)控測試來說非常有用。一些儀器支持完全的測量控制，允許簡單的測試設(shè)置，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器與其他的工程師一起解決問題。

* 在觸發(fā)上具有更多的靈活性，允許基于時間或者基于事件觸發(fā)的測量同步。利用基于時間的觸發(fā)可以很容易地實現(xiàn)在多個地點的儀器同步。

作者：Sheri DeTomasi

開關(guān)/測量產(chǎn)品經(jīng)理

安捷倫科技有限公司