凌华数据采集卡 产品选型指南暨应用案例

1. 凌华数据采集卡产品选型指南暨应用案例 张斌 北京凌华技术支持部 http://www.adlinkchina.com.cn http://www.adlinktech.com

2. 摘要 • 数据采集卡选型指南 • 数据采集产品在几个市场的典型应用 • PCI-9812典型应用 • PCI-7300A典型应用 • 其它应用

3. 如何选择合适的A/D卡 • 根据传感器选择 • 热电偶、热电阻…… • 根据采样定理选择 • fs>=2*fmax • 根据精度要求选择 • 根据用户的其它要求选择 • 同步？触发？

4. Q：热电偶应用的特点 • 价格较低，坚固 • 可承受高温 • 可迅速感知温度的快速变化 • 低电压输出 • 低灵敏度 • 需要冷端补偿

5. A：选型 • 低电压输出 → 需要放大 • 最好高增益 • 低灵敏度 → 高分辨率 • PCI-9118HR、PCI-9114系列、PCI-9111HR • 需要冷端补偿 • PCI-9114系列板载CJC • ACLD-8125板载CJC，可配合PCI-9111系列 • 可选的方案 • PCI-9114系列 • PCI-9111HR ＋ ACLD-8125 • 最佳方案 • PCI-9114HG

6. Q：热电阻应用的特点 • 精度比热电偶高 • 不需要冷端补偿 • 电阻输出 • 低灵敏度 • 非线性输出，需要线性化 • 2线RTDs接线，简单，但要考虑接线电阻误差 • 3线和4线 RTD 接线，消除了接线电阻误差

7. A：选型 • 电阻输出 → 需要电流源 • 低灵敏度 → 高分辨率 • 可选方案 • PCI-6208A + PCI-9111HR（9114、9118HR） • 最佳方案 • 仍然建议选用ND-6013

8. 其它传感器 • 目前，越来越多出现了将传感器、变送器结合在一起的产品 • 一般输出为电压（0～5V）、电流（0～20mA或4～20mA） • 若输出为电压，基本所有采集卡均可选 • 若输出为电流，必须在输入端并联一精密电阻，建议值250ohm

9. 根据采样定理选择采集卡 • 前面所讨论的信号，一般变化缓慢，不涉及采样频率的限制 • Nyquist采样定律：fs>=2*fmax • fs ：采样频率 • fmax ：信号最高频率 • 一般最小为fs>=2.5*fmax • 工程上一般取为fs>=6~8*fmax

10. 根据精度要求选择采集卡 • 用户关心的最小可测电压值 • 输入范围/2n • 对于小信号，需要选择高增益板卡

11. 根据用户的其它要求选择采集卡 • 同步要求 • PCI-9812 • DAQ-20XX • 其它多功能卡 ＋ S&H • 触发要求 • PCI-9812、DAQ-2000系列 • Pre、Post、Middle、Delay • PCI-9118 • About • PCI-9111 • Pre

12. 如何选择合适的D/A卡 • 根据速度选择 • PCI-6208与PCI-6308无时钟控制输出时序，不可用作波形发生器 • DAQ-25xx系列可用作任意波形发生器 • 根据精度选择 • PCI-6208：16位，可保证14位 • PCI-6308、DAQ-25xx：12位

13. 如何选择合适的I/O卡 • 根据点数（通道数）选择 • 根据信号类型选择： • TTL、光电隔离、继电器 • 干接、湿接 • 根据驱动能力选择 • 光电隔离DO驱动能力较强 • PCI-7396/7348 • 根据速度选择 • 只有PCI-7300与PCI-7200时序由时钟控制 • PCI-7200稳定的数据流量为1MB/s

14. DAQ产品在几个市场的典型应用 • 电力行业 • 电力录波： • 传输电过程的“黑匣子”，记录电力的波形，供故障事后分析。 • 32/64通道，每通道采样率5kHz或10kHz • 要求同步采集，有些情况下要求外部触发(用GPS信号作同步) • DAQ-2204/2205可以满足要求，其中同步问题可以外接采样/保持电路 • …

15. DAQ产品在几个市场的典型应用 • 智能交通 • 车载“黑匣子” • 动态记录车辆行驶中的各种参数。 • 军用：要求记录点数多、性能高，会采用PXI平台+采集卡 • 民用：性能要求较低，可能有EBC或PC104+的机会 • 轨道交通 • 车用控制系统，要求高，双机热备 • 行车调度/监控，环境较恶劣，会用cPCI • …

16. DAQ产品在几个市场的典型应用 • 自动测试(ATE) • 军用ATE系统 • 要求高，一般用VXI或PXI实现 • 会用到继电器阵卡、开关卡 • 任意波形发生器卡、数字存储示波器卡 • 芯片测试系统 • 目前国内集中在6寸晶元厂，生产低集成度简单IC • IO卡配合低速采集卡 • 其它测试设备

17. Timer Logic PGA AI CH ADC Voltage Reference Trim DAC DAQ-2000系列板卡简介 • 创新的母—子卡架构 • 自动校正功能 • A/D、D/A同步进行 • Scatter/Gather DMA Data Buffer

18. Q: CD/DVD 读取头测试 • CD/DVD读取依靠悬臂定位；定位信号来自外部电压信号 • 悬臂加上电压后要快速到位，且无振荡 • 要求测量在不同激励模式下悬臂的机械运动情况

19. A: CD/DVD 读取头测试 频谱分析软件 激光Doppler 干涉仪 A/D DAQ-2010 D/A 振动器 正弦波 测量CD读取头的系统动态响应

20. PCI-9812卡简介 • PCI-9812卡 • 高达20M采样频率 • 4路同步A/D转换 • 板载32k sample FIFO • Bus Mastering DMA，高达80MB/s吞吐率 • 提供外部时钟输入 • 灵活的触发选择： • 后触发、预触发、中触发、延迟触发

21. Q: 雷达信号采集 • 传统雷达把回波强度直接转换成图像进行显示 • 问题： • 无法实现自动识别 • 无法实时存储数据 • 无法进行进一步处理 • 要求将雷达信号直接数字化，利用计算机进行处理、分析

22. A: 雷达信号采集 • 雷达为脉冲发射 • 利用PCI-9812卡 • 1路20M数字采样 • 对回波的包络进行数字化 • 在屏幕上以极坐标显示 • 可利用计算机进行各种处理

23. Q: 炮弹出膛速度测试 • 在炮膛中，炮弹在点火瞬间为静止，依靠爆炸产生的推力逐渐加速，至出膛时速度最大。 • 要求测出炮弹在炮膛中运动过程中的速度—时间曲线。

24. A: 炮弹出膛速度测试 • 采用PCI-9812卡，利用点火信号作为触发源 • 利用微波信号的Doppler频移测速度 • 20M采样频率，对结果进行动窗FFT分析

25. Q: 汽车点火系统检测 • 目前汽车越来越普及，对汽车维修设备的要求日益增加 • 汽车的发动机是心脏，而点火系统是最易出问题，也是最难判断的地方 • 要求对点火波形进行采集，并利用计算机加以分析，帮助判断问题所在

26. A: 汽车点火系统检测 • 用PCI-9812卡采集点火波形并加以分析

27. A: 汽车点火系统检测(续) • 正常波形与典型故障波形 正常波形(重叠波) 触点锈蚀波形 电容漏电波形

28. IC封装测试 • 半导体测试设备，实现芯片自动分捡 图像传感器 分析软件 PCI-9812 挑选 机构 运动控制卡

29. Q: 动平衡—轴承转动平稳性 • 高速转动的轴承，如果存在转动惯量的不平衡，就会产生振动，带来危害，所以要进行配重 • 要求采集轴承高速转动中的振动信号，给轴承配重提供依据

30. 光传感器 加速度传感器 A: 动平衡—轴承转动平稳性 • 实现轴承转动一周对加速度传感器采样1000次 • 高速转动的轴承，刻标记以产生定位脉冲 • 利用8554卡计脉冲频率，并产生2000倍该频率的方波作为PCI-9812外时钟 • 利用定位脉冲作为9812触发信号

31. Q: 无损探伤—声发射法 • 传统高压输电线路多采用陶瓷的“电葫芦”挂线 • 重，而且易损坏 • 积灰后高压情况下绝缘性能下降 • 目前国外多采用聚酯材料两端压接金属头挂线 • 要求压接过程中实时监测压接质量 • 压力是否达到规定值 • 压接中是否发生断裂

32. 共8个压块, 声传感器置 于一压块中 A: 无损探伤—声发射法 • 声发射：当材料受应力达到损坏边界时，会发出一定频率(数kHz~数百kHz)的声音信号 • 用PCI-9812卡采集压接过程中声传感器传回的信号 • 对信号加以分析、判断。

33. PCI-7300A简介 • PCI-7300A卡 • 高达20M采样频率 • 32路DIO通道，灵活配置： • 8DI/8DO、8DI/16DO、16DI/8DO、16DI/16DO、32DI、32DO • 板载64kB FIFO • Bus Mastering DMA，高达80MB/s吞吐率 • 灵活的握手方式(Hand Shaking)

34. Q: 高速PCB光模打印机 • 制作PCB (印制电路板)的过程： • 绘图(利用Protel等软件) • 制作光模(相当把电路打印在透明片上) • 对原始印制板进行照排 • 用化学药品对照排后的板进行处理，留下的即是印制板 • 随着电路复杂度的增加，制作光模的时间越来越长，迫切需要提高速度

35. A: 高速PCB光模打印机 • 打印设备采用MPU进行控制，与计算机进行高速数字传输 • 采用PCI-7300A，32CH DO，高速传输。 • 利用PCI-7300A的握手信号确保不会丢失数据

36. Q: 新一代全电脑化B超设备 • 传统B超把换能器(线阵)回波数据直接转换成图像信号并显示 • 无法进行图像处理 • 无法进行自动判别/测量 • 要求将B超回波数据实时读入计算机，并进行处理/存盘

37. A: 新一代全电脑化B超设备 • B超前端的波束形成、回波调理及A/D转换等工作用户自制板卡完成 • A/D转换后的数据利用FPGA传至PCI-7300A • 利用握手信号完成数据传输，以确保数据完整性 • 利用计算机进行图像处理 • 实时图像增强 • 实时图像平滑 • 进行三维合成

38. Q: 数据高速串行传输 • 某类前端设备，提供高速串行数据接口，但传输速率、信号情况各有不同 • 传输速率最高达100Mbps左右 • 要求提供一个设备，可以连接各种前端设备，实现数据高速输入计算机、实时存盘

39. A: 数据高速串行传输 • 前端设备已提供串行高速传输的驱动电路 • 利用FPGA，实现串行数据—>并行数据的转换，并通过FIFO加以缓存 • 利用PCI-7300A，通过握手信号与FPGA交换数据，以确保数据不会丢失

40. Q: 数字摄像机图象捕捉 • 目前城市中光污染日趋严重，天文台已看不清星空 • 光污染绝大部分为随机信号，可以通过长时间平均降低噪声 • 需要将观测的图像高速传进计算机进行长时间平均算法

41. A: 数字摄像机图象捕捉 • 高速影像传输 • 目标：完成CCD摄像头数据捕捉及处理 • 用PCI-7300A卡 • 外围自搭高速A/D转换电路 • 对A/D转换后的数据进行长时间平均，以去除随机噪声，提高系统信噪比

42. 01011101… E1/T1编码器功能测试 • 给E1/T1编码器外加正弦输入信号 • 利用PCI-7300的DI对编码器的输出数据流进行采集，加以判断 • 利用PCI-7300的DO可对采集数据进行回放

43. PCI-7300A 的其它典型应用 • 逻辑分析仪 • 数字信号发生器 • 波形、脉冲发生器

44. 电阻式触摸屏 PCI-7248 + + 固态继电器 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 电流源 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + PCI-9111 + + + + 连接线 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 触摸屏自动测试 R=V/I; 测量电压以得到测试点的电阻 用固态继电器切换测试点

45. 激光 激光雕刻系统 • 激光雕刻系统 • 实现二维平面上的激光雕刻 • 用PCI-6208V卡 • 一路AO控制激光的强度 • 一路AO控制振镜的偏转 • 一路DO控制平台的移动

46. 保险丝熔断时间测试 • 测量保险丝在一定电流在的熔断时间，时间最长达数小时，要求精度达到10us • 用PCI-8554卡 • 保险丝通断转换成TTL信号 • 产生1us的方波做为时间基准 • 4个Counter级联对TTL信号进行计数

47. 水 泥 水泥强度测试 • 对水泥块缓慢加压，直至水泥块破坏 • 利用ACL-8111对压力传感器的值进行采样 • 当压力值波动超过一定阈值时认为水泥块已被破坏

48. Q&A