大容量高速并行动力学试验数据采集技术制造技术

本发明专利技术涉及一种数据采集系统和方法，特别涉及航天器动力学环境的数据采集系统和方法。该系统包括：用于完成数据处理分析、数据存储和实时显示任务的主控计算机；内置具有较高数据传输速率的零槽控制器和Ａ／Ｄ转换功能模块的ＶＸＩ总线机箱；对输入的模拟信号进行电气隔离的输入隔离箱；其中主控计算机是按照ＶＸＩ总线测试系统外置控制器方式与ＶＸＩ总线机箱进行通信的。本发明专利技术可实现１２８通道数据高速并行同步采集，实时传输和存储，具备对正弦扫描和随机振动力学环境试验进行数据采集与处理的功能，满足航天器动力学环境试验所要求的大容量数据并行采集、实时传输以及稳定可靠的技术要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数据采集系统和方法，特别涉及航天器动力学环境的数据采集系统和方法。
技术介绍
在卫星、飞船研制过程中，需要进行大量的动力学环境模拟试验，而其中动力学环 境试验的数据采集与分析工作在试验有效性评估、卫星产品质量保证方面起着重要的作 用。近三十多年来，动力学环境试验测试技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。 目前在市面上广泛使用的仪器总线平台为VXI总线和PXI总线。VXI总线平台是 一种开放式的测试系统结构，体现了标准化、模块化、系列化、通用化的系统要求，能实现系 统资源、软件资源、硬件资源共享，系统通道易于升级，系统易于扩充，易于适应各种场合需 要而很方便地重组系统，使系统适应计算机技术和集成技术发展，使集成化测试设备系统 始终能采用计算机技术、集成技术的最新成果，保持系统先进性和兼容性，提高系统测试的 准确度和可靠性。PXI总线除了具有类似于VXI总线的许多特点以外，它具有数据传输率更 高、小型化、价格更便宜的优点，但PXI总线技术出现的时间尚短，技术发展还有待完善，还 缺乏仪器领域最有影响厂家的充分支持，产品的品种还不够丰富，国内目前还缺乏强有力 的技术支持，因此，目前用PXI总线技术组建满足航天器动力学环境试验要求的高精度大 中规模的数据采集系统技术上还存在一定的困难和风险。 目前在利用各种总线技术组建动力学测试系统方面，国际上比较有代表性的专业 性研发公司有美国并行公司ISTAR，比利时的LMS公司，美国的SD公司，美国的DP公司，德国 的M+P公司等。其中美国并行公司ISTAR数据采集系统是基于VME总线建立的，有着维护和 升级困难的缺点；比利时的LMS公司的SCADAS III系统是基于PCI总线技术建立的，在计算 机总线上组建内置式大规模动力学测试系统类似于VME总线，有着同样的缺点；LMS公司的 HP3565采用的是IEEE-488通用总线，传输率不高，不太适合高速传输的大中型动力学测试系 统。在国内，一些相关专业的研究所和大学(如东方振动噪声研究所)对PC插卡式、PC并串 口方式的动力学测试仪器进行了不同程度的研究和开发，并形成了一些廉价、普及型的动力 学测试产品，但在利用高端总线技术研发大中规模的动力学测试系统方面尚属空白。 综合VXI总线和PXI总线的上述特点，并通过对目前国内外组建航天器动力学环 境试验测试系统所采用的总线技术进行的研究与分析，本专利技术采用VXI总线技术作为组建 匿S-100动力学环境试验试验数据采集处理系统硬件平台的基础，并且减少了组建系统时 的技术困难与风险。由于目前国内研制的数据采集系统的总体指标比较低，不能满足卫星 型号的通道采集和处理的要求，因此，本专利技术针对卫星动力学环境试验数据流量大、实时性 要求高的特点建立一套满足卫星动力学环境试验测试要求的数据采集系统。
技术实现思路
本专利技术可实现128通道数据高速并行同步采集，实时传输和存储，具备对正弦扫描和随机振动力学环境试验进行数据采集与处理的功能，满足航天器动力学环境试验所要求的大容量数据并行采集、实时传输以及稳定可靠的技术要求。根据本专利技术的一个方面，提出了一种数据采集系统，该系统包括 用于完成数据处理分析、数据存储和实时显示任务的主控计算机；内置具有较高数据传输速率的零槽控制器和A/D转换功能模块的VXI总线机箱；对输入的模拟信号进行电气隔离的输入隔离箱；其中主控计算机是按照VXI总线测试系统外置控制器方式与VXI总线机箱进行通信的。 如上所述的数据采集系统，其中，主控计算机为满足如下高性能配置的计算机2个P4/2G CPUs, 512Mb以上内存，80Gb硬盘，32Mb显卡及17时显示器、数据光盘读写机、高速网络接口 ，同时，主控计算机机箱内具有PCI-1394转换接口 。 VXI总线机箱为Agilent公司的E8401A 13槽C尺寸VXI机箱，其中内置以下模块32通道并行A/D采集模块和Agilent公司的E8491B零槽控制器；输入隔离箱为32通道单端输入隔离箱。VXI总线测试系统外置控制方式也即主控计算机通过内置于计算机的PCI-1394转换卡、IEEE1394总线、内置于VXI总线机箱的控制功能模块(零槽控制器)与VXI测试系统机箱的连接，从面实现与VXI总线机箱及其测试模块的控制。该系统为128通道动力学数据采集系统。 根据本专利技术的一个方面，提出一种数据采集方法，其包括以下步骤 响应信号由信号输入隔离箱接入VXI总线机箱； 通过采集模块A/D转换器完成动力学响应数据的采集； 所有采集数据通过VXI总线经由IEEE1394连接线实时传送到主控计算机； 完成数据处理分析、数据存储和实时显示。 根据本专利技术的一个方面，提出一种VXI测试系统，该系统包括 VXI总线机箱VXI机箱是VXI总线设备的最基础部分，VXI测控组合的供电、信号传递、模块固定冷却都是通过机箱来完成的； 零槽控制器其可以实现上位机对VXI机箱中各功能模块的控制； 32通道高速并行A/D转换模块用于对多个通道的电压信号的并行实时采集； 32通道信号输入隔离箱对输入模拟信号进行电气隔离，输入与输出没有电气连接，对信号没有放大作用。 硬件驱动模块通过PCI总线将VXI测试系统硬件模块连接到Windows操作系统上； 硬件资源配置与驱动管理模块用来搜索、辨识硬件模块，并根据测试系统具体的硬件配置来调用相应的驱动程序，以完成硬件底层的数据采集任务； 应用系统测试运行引擎模块其可以实现测试过程中的数据采集、数据处理、数据显示及数据存储的并行实时任务； 应用系统共用库模块其对动力学环境试验中涉及到的各种参数、数据和用户操作进行管理，并用于将应用系统图形用户界面与应用系统测试运行引擎进行连接； 应用系统图形用户界面用于应用软件的可视化。本专利技术充分考虑了硬件平台的可扩展性和可维护性，采用的VXI总线技术性能上优于上述几种总线技术，满足动力学试验的测试要求。和国内的测试系统相比，本专利技术的基于VXI总线技术建立的128个采集通道的测试系统尚处首创。附图说明 根据下面提供的示例实施例的详细说明和附图，本专利技术可被更加充分地理解，所述详细说明和附图仅仅是为了说明的目的，因而并是限制本专利技术。图1硬件平台配置清单； 图2动力学数据采集分析软件系统层次结构示意图。具体实施例方式整个数据采集系统可分为硬件平台和软件系统两大部分，硬件平台采用VXI总线结构，包括PC主控计算机、A/D模数转换模块、信号输入隔离箱、VXI总线机箱、打印机等，所有功能模块和零槽控制器置于VXI总线机箱中；软件系统采用WIND0WS2000平台及其ViSualC/C++集成开发环境作为数据采集系统软件框架，应用程序实现自动测试系统测试任务的控制，完成数据采集和控制任务，实时数据处理等任务。 硬件平台及原理 主控计算机对VXI总线机箱的通讯连接是按照VXI总线测试系统外置控制器方式，即通过插在主控计算机机箱内的PCLink插卡和插在VXI机箱中的命令模件(零槽控制器)实现对VXI总线机箱及其测试模块的控制，相互间通讯通过IEEE-1394标准总线实现。数据采集系统在工作时，响应信号由位于机箱后板内的信号输入隔离箱上的BNC接线盒输入机箱，VXI总线机箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据采集系统，该系统包括：用于完成数据处理分析、数据存储和实时显示任务的主控计算机；内置具有较高数据传输速率的零槽控制器和Ａ／Ｄ转换功能模块的ＶＸＩ总线机箱；对输入的模拟信号进行电气隔离的输入隔离箱；其中主控计算机是按照ＶＸＩ总线测试系统外置控制器方式与ＶＸＩ总线机箱及其测试模块进行通信的。

【技术特征摘要】
一种数据采集系统，该系统包括用于完成数据处理分析、数据存储和实时显示任务的主控计算机；内置具有较高数据传输速率的零槽控制器和A/D转换功能模块的VXI总线机箱；对输入的模拟信号进行电气隔离的输入隔离箱；其中主控计算机是按照VXI总线测试系统外置控制器方式与VXI总线机箱及其测试模块进行通信的。2. 如权利要求1所述的数据采集系统，其中主控计算机机箱中内置PCI-1394转换卡。3. 如权利要求2所述的数据采集系统，其中VXI总线测试系统外置控制方式也即主控 计算机通过内置于计算机的PCI-1394转换卡、IEEE1394总线、内置于VXI总线机箱的零槽 控制器与VXI测试系统机箱进行连接，从而实现与VXI总线机箱及其测试模块的控制。4. 如权利要求1所述的数据采集系统，其中该系统为128通道动力学数据采集系统。5. 如权利要求4所述的数据采集系统，其是通过采用4个32通道的模块来实现并行采 集的。6. 如权利要求4所述的数据采集系统，其中该系统采用块传输的方式即猝发方式来实 现大量数据的传输。7. 如权利要求4所述的数据采集系统，其中将采样时钟设计为内部时钟和外部时钟来 实现数据的并行采集。8. 如权利要求7所述的数据采集系统，其中当一个32通道模块AMC2322单独工作时， 我们使用内部时钟即可；当需要各个模块间同步工作时，将一块AMC2322设为主模块，其余 的设为从模块，主模块除了向自己提供采样时钟外，还向其余的模块提供采样时钟，这样就 可以做到128通道的完全同步。9. 如权利要求1至8任一权利要求所述的数据采集系统，该系统主要用于航天器动力 学环境中。10. —种数据采集方法，其包括以下步骤 响应信号由信号输入隔离箱接入VXI总线机箱； 通过采集模块A/D转换器完成动力学响应数据的采集； 所有采集数据通过VXI总线经由IEEE13...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯咬齐，崔俊峰，于丹，王鹤，沈凤霞，韩晓健，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]