凌华数据采集卡产品选型指南暨应用案例

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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.cnhttp://www.adlinktech.com

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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


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？


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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

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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

– …


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


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

TimerLogic

DataBuffer

Voltage Reference

AI CH

Trim DAC

ADC

PGA


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


A: CD/DVD 读取头测试

DAQ-2010

激光 Doppler干涉仪频谱分析软件

A/D

D/A

正弦波振动器

测量 CD读取头的系统动态响应


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


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


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


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。


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


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


A: 汽车点火系统检测

• 用 PCI-9812 卡采集点火波形并加以分析


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


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

挑选机构运动控制卡

PCI-9812


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


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

光传感器加速度传感器


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


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。

共 8个压块 ,声传感器置于一压块中


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)


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


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


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


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


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


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


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


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


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

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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


触摸屏自动测试+++

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PCI-7248

电流源

固态继电器

PCI-9111连接线

电阻式触摸屏

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


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

激光


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


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水泥


Q&A

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