專利名稱：一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及大型復雜的振動、噪聲數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)和同步方法，尤其涉及一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，適用于大型多通道的實時數(shù)據(jù)采集與分析、模態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析、聲學分析、沖擊測量分析、旋轉(zhuǎn)機械分析、振動與噪聲測試等信號采集和分析處理領域。
背景技術(shù)：
隨著工程結(jié)構(gòu)的日益復雜，如航空航天大型設備部件、車輛整機、大型發(fā)電機組等復雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計和狀態(tài)監(jiān)測已不是僅靠經(jīng)驗就能滿足人們在振動和噪聲方面的苛刻要求，在復雜結(jié)構(gòu)的雛形設計階段就需要獲得結(jié)構(gòu)精確的動力學特性，在新產(chǎn)品設計完成后更需要對其可靠性、振動噪聲等進行檢測和分析。二進行大量的動力學環(huán)境模擬試驗是獲得動力學結(jié)構(gòu)特性、檢測可靠性等的較佳手段，動力學環(huán)境試驗的數(shù)據(jù)采集與分析工作在試驗有效性評估、產(chǎn)品質(zhì)量保證方面起著重要作用，因此需要大型多通道的實時動態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)來實現(xiàn)大容量的高速的數(shù)據(jù)采集與分析工作。由于測試對象體積大、形狀復雜，往往要求系統(tǒng)有數(shù)百甚至上千個輸入通道進行連續(xù)采集與實時處理，數(shù)據(jù)處理量大，分析復雜，這就要求大型數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)不僅要有足夠多的采集通道、同時還要有優(yōu)越的采樣性能和分析精度、高速的數(shù)據(jù)傳輸、良好的可擴展性與適應性等特點。組建大型數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)通常采用自定義接口或VXI接口實現(xiàn)儀器內(nèi)的各數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)傳輸，再以主從配置通過百兆以太網(wǎng)或光纖等計算機通訊，各數(shù)據(jù)采集與分析儀之間也通過百兆以太網(wǎng)進行級聯(lián)和通訊。傳統(tǒng)方法組建的大型數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，有以下的不足1)采用主從結(jié)構(gòu)的級聯(lián)方式，隨著級聯(lián)儀器的增多，通道數(shù)增加，數(shù)據(jù)傳輸量成倍遞增，而系統(tǒng)的傳輸帶寬有限，只能以犧牲采樣速率或測量精度為代價來實現(xiàn)大型采集分析系統(tǒng)；2)百兆以太網(wǎng)的傳輸帶寬難以滿足大型數(shù)據(jù)采集與實時分析的傳輸要求；3)采用自定義接口導致升級擴展困難，且難以兼容計算機技術(shù)的最新發(fā)展。而VXI 總線雖然在結(jié)構(gòu)、可靠性方面很有優(yōu)勢，但因為現(xiàn)代計算機不支持這種總線結(jié)構(gòu)，其理論傳輸帶寬僅40MByte/s，不能滿足大容量高速的數(shù)據(jù)傳輸需要，且其價格昂貴導致成本很高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，包括工作站計算機、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)線、千兆以太網(wǎng)集線器、同步電纜、實時數(shù)據(jù)采集與分析儀。工作站計算機通過千兆以太網(wǎng)集線器和網(wǎng)線連接一臺或多臺“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”，多臺“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”以分布式并行的方式與工作站計算機實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和通訊；工作站計算機運行相關的數(shù)據(jù)采集與分析軟件，實現(xiàn)了友好的人機交互；各實時數(shù)據(jù)采集與分析儀通過同步電纜傳輸同步信息實現(xiàn)整個系統(tǒng)準確的同步采樣。1)所述的工作站計算機運行相關的多通道數(shù)據(jù)采集與分析軟件，提供了友好的人機接口界面，供用戶設置測試參數(shù)、配置采集通道、監(jiān)測信號波形、操作信號文件等，所有的設置參數(shù)通過千兆網(wǎng)絡傳輸給各“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”。還可將保存在各“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”內(nèi)嵌入式計算機上的數(shù)據(jù)文件獲取到工作站計算機中進行分析。工作站計算機需滿足如下配置主頻1.6G Hz雙核或更好CPU，2G字節(jié)以上內(nèi)存，80G字節(jié)以上高速硬盤、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口。2)所述的同步電纜為帶屏蔽的包含至少兩對雙絞線的電纜，用于傳輸數(shù)據(jù)采集與分析儀器間的同步信息。3)所述的“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”包括PXI總線機箱、嵌入式計算機、同步模塊、 數(shù)據(jù)采集處理模塊，其中PXI總線機箱包括PXI總線背板及電源模塊，電源模塊產(chǎn)生PXI總線標準規(guī)定的各種電源信號并將其送給PXI總線背板，通過PXI總線背板給本臺“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”供電；多個數(shù)據(jù)采集處理模塊通過PXI總線背板的PXI總線實現(xiàn)儀器的內(nèi)部通訊和同步，背板提供了一個插嵌入式計算機的系統(tǒng)槽及若干個插用戶模塊的用戶槽。嵌入式計算機嵌入到PXI總線機箱的系統(tǒng)槽上，運行基于QNX Neutrino實時操作系統(tǒng)的實時處理和分析軟件，實現(xiàn)與PXI總線上同步模塊及數(shù)據(jù)采集處理模塊的通訊和數(shù)據(jù)存儲等。嵌入式計算機需滿足如下配置的主頻1.6G以上的雙核CPU，4G字節(jié)DDR2內(nèi)存，80G字節(jié)以上高速筆記本硬盤、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口。同步模塊嵌入到PXI機箱用戶槽的第一個插槽，用于接收來自前一臺儀器傳遞來的同步信息，實現(xiàn)本機與系統(tǒng)的同步采樣，并將同步信息發(fā)送給下一臺儀器。數(shù)據(jù)采集處理模塊嵌入到PXI機箱的用戶槽上，是為具體實現(xiàn)用戶需求的各種模塊，常用的有同步數(shù)據(jù)采集模塊、模擬信號輸出模塊，需要符合PXI總線規(guī)范，為組建大型系統(tǒng)還要求一個模塊具備有多個采集或輸出通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點①.采用千兆以太網(wǎng)實現(xiàn)多臺儀器與工作站計算機高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足了數(shù)千通道同步采集與傳輸?shù)膸捫枨?；?多臺儀器與工作站計算機之間采用并行通訊的處理模式，系統(tǒng)的性能不會隨著級聯(lián)儀器數(shù)的增加而降低；③.采用PXI總線作為單臺儀器內(nèi)部的通訊總線，儀器的可靠性高，儀器內(nèi)部的模塊可靈活配置。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖2是實時數(shù)據(jù)采集與分析儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其特征在于包括工作站計算機、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)線、千兆以太網(wǎng)集線器、同步電纜、實時數(shù)據(jù)采集與分析儀。工作站計算機通過千兆以太網(wǎng)集線器和網(wǎng)線連接一臺或多臺“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”，多臺“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”以分布式并行的方式與工作站計算機實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和通訊；工作站計算機運行相關的數(shù)據(jù)采集與分析軟件，實現(xiàn)了友好的人機交互；各實時數(shù)據(jù)采集與分析儀通過同步電纜傳輸同步信息實現(xiàn)整個系統(tǒng)準確的同步采樣。工作站計算機選用HP公司型號為Z600的工作站計算機，該計算機配置有兩個 Xeon E5504處理器，4G字節(jié)DDR3內(nèi)存，可擴展1000G字節(jié)硬盤，集成千兆網(wǎng)網(wǎng)口，該工作站計算機能滿足設計需要。同步電纜為帶屏蔽的包含至少兩對雙絞線的電纜。如圖2所示，“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”包括PXI總線機箱、嵌入式計算機、同步模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊。PXI總線機箱選用18槽的PXI總線機箱。該機箱包括1個插嵌入式計算機的系統(tǒng)插槽和17個普通用戶插槽，若在17個用戶插槽中插1個同步模塊，16個4通道同步數(shù)據(jù)采集模塊，則該機箱可組成擁有64個輸入通道的“實時數(shù)據(jù)采集與分析儀”。由16臺這樣的儀器組成系統(tǒng)，則可組成有IOM個模擬輸入通道的大型數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。嵌入式計算機選用NI公司的型號為PXI-8106的PXI嵌入式計算機，該計算機集成1顆主頻為2. 16G的Core2雙核CPU，可擴展4G字節(jié)DDR2內(nèi)存，集成80G字節(jié)高速筆記本硬盤，有1個千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口，該計算機的性能滿足設計需要。數(shù)據(jù)采集處理模塊選用杭州億恒科技有限公司生產(chǎn)的PXI-1204數(shù)據(jù)采集模塊 (已申請專利并授權(quán)ZL 200720303312. 5)，該模塊有四個模擬輸入通道，模數(shù)轉(zhuǎn)換分辨率為 24Bit、轉(zhuǎn)換頻率最高達192kHz，模塊上集成高速DSP處理器，該模塊的性能滿足設計需要。
權(quán)利要求1.一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其特征在于包括工作站計算機、 千兆以太網(wǎng)網(wǎng)線、千兆以太網(wǎng)集線器、同步電纜、實時數(shù)據(jù)采集與分析儀；所述的工作站計算機通過千兆以太網(wǎng)集線器和網(wǎng)線連接一臺或多臺實時數(shù)據(jù)采集與分析儀，多臺實時數(shù)據(jù)采集與分析儀以分布式并行的方式與工作站計算機實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和通訊；所述的實時數(shù)據(jù)采集與分析儀通過同步電纜傳輸同步信息實現(xiàn)整個系統(tǒng)準確的同步采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其特征在于 實時數(shù)據(jù)采集與分析儀包括PXI總線機箱、嵌入式計算機、同步模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊；所述的PXI總線機箱包括PXI總線背板及電源模塊，電源模塊產(chǎn)生PXI總線標準規(guī)定的各種電源信號并將其送給PXI總線背板，通過PXI總線背板給本臺實時數(shù)據(jù)采集與分析儀供電；PXI總線背板的PXI總線實現(xiàn)儀器的內(nèi)部通訊，背板提供了一個插嵌入式計算機的系統(tǒng)槽及若干個插用戶模塊的用戶槽；所述的嵌入式計算機嵌入到PXI總線機箱的系統(tǒng)槽上，通過PXI總線實現(xiàn)與同步模塊及數(shù)據(jù)采集處理模塊的實時通訊、數(shù)據(jù)分析與存儲；所述的數(shù)據(jù)采集處理模塊嵌入到PXI機箱的用戶槽上。
專利摘要本實用新型涉及一種分布式的大型同步數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其特征在于包括工作站計算機、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)線、千兆以太網(wǎng)集線器、同步電纜、實時數(shù)據(jù)采集與分析儀；所述的工作站計算機通過千兆以太網(wǎng)集線器和網(wǎng)線連接一臺或多臺實時數(shù)據(jù)采集與分析儀，多臺實時數(shù)據(jù)采集與分析儀以分布式并行的方式與工作站計算機實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和通訊；所述的實時數(shù)據(jù)采集與分析儀通過同步電纜傳輸同步信息實現(xiàn)整個系統(tǒng)準確的同步采樣。本實用新型具有如下優(yōu)點滿足了數(shù)千通道同步采集與傳輸?shù)膸捫枨?；多臺儀器與工作站計算機之間采用并行通訊的處理模式；采用PXI總線作為單臺儀器內(nèi)部的通訊總線，儀器的可靠性高，儀器內(nèi)部的模塊可靈活配置。
文檔編號G01H17/00GK202329799SQ201120317978
公開日2012年7月11日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者沈平, 賀惠農(nóng), 金土芬 申請人:杭州億恒科技有限公司