专利名称：一种分布式的大型同步数据采集与分析系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大型复杂的振动、噪声数据采集与分析系统和同步方法，尤其涉及一种分布式的大型同步数据采集与分析系统，适用于大型多通道的实时数据采集与分析、模态数据采集与分析、声学分析、冲击测量分析、旋转机械分析、振动与噪声测试等信号采集和分析处理领域。
背景技术：
随着工程结构的日益复杂，如航空航天大型设备部件、车辆整机、大型发电机组等复杂系统的结构设计和状态监测已不是仅靠经验就能满足人们在振动和噪声方面的苛刻要求，在复杂结构的雏形设计阶段就需要获得结构精确的动力学特性，在新产品设计完成后更需要对其可靠性、振动噪声等进行检测和分析。二进行大量的动力学环境模拟试验是获得动力学结构特性、检测可靠性等的较佳手段，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、产品质量保证方面起着重要作用，因此需要大型多通道的实时动态数据采集与分析系统来实现大容量的高速的数据采集与分析工作。由于测试对象体积大、形状复杂，往往要求系统有数百甚至上千个输入通道进行连续采集与实时处理，数据处理量大，分析复杂，这就要求大型数据采集与分析系统不仅要有足够多的采集通道、同时还要有优越的采样性能和分析精度、高速的数据传输、良好的可扩展性与适应性等特点。组建大型数据采集与分析系统通常采用自定义接口或VXI接口实现仪器内的各数据采集模块的数据传输，再以主从配置通过百兆以太网或光纤等计算机通讯，各数据采集与分析仪之间也通过百兆以太网进行级联和通讯。传统方法组建的大型数据采集与分析系统，有以下的不足1)采用主从结构的级联方式，随着级联仪器的增多，通道数增加，数据传输量成倍递增，而系统的传输带宽有限，只能以牺牲采样速率或测量精度为代价来实现大型采集分析系统；2)百兆以太网的传输带宽难以满足大型数据采集与实时分析的传输要求；3)采用自定义接口导致升级扩展困难，且难以兼容计算机技术的最新发展。而VXI 总线虽然在结构、可靠性方面很有优势，但因为现代计算机不支持这种总线结构，其理论传输带宽仅40MByte/s，不能满足大容量高速的数据传输需要，且其价格昂贵导致成本很高。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种分布式的大型同步数据采集与分析系统。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种分布式的大型同步数据采集与分析系统，包括工作站计算机、千兆以太网网线、千兆以太网集线器、同步电缆、实时数据采集与分析仪。工作站计算机通过千兆以太网集线器和网线连接一台或多台“实时数据采集与分析仪”，多台“实时数据采集与分析仪”以分布式并行的方式与工作站计算机实现实时数据传输和通讯；工作站计算机运行相关的数据采集与分析软件，实现了友好的人机交互；各实时数据采集与分析仪通过同步电缆传输同步信息实现整个系统准确的同步采样。1)所述的工作站计算机运行相关的多通道数据采集与分析软件，提供了友好的人机接口界面，供用户设置测试参数、配置采集通道、监测信号波形、操作信号文件等，所有的设置参数通过千兆网络传输给各“实时数据采集与分析仪”。还可将保存在各“实时数据采集与分析仪”内嵌入式计算机上的数据文件获取到工作站计算机中进行分析。工作站计算机需满足如下配置主频1.6G Hz双核或更好CPU，2G字节以上内存，80G字节以上高速硬盘、千兆以太网网口。2)所述的同步电缆为带屏蔽的包含至少两对双绞线的电缆，用于传输数据采集与分析仪器间的同步信息。3)所述的“实时数据采集与分析仪”包括PXI总线机箱、嵌入式计算机、同步模块、 数据采集处理模块，其中PXI总线机箱包括PXI总线背板及电源模块，电源模块产生PXI总线标准规定的各种电源信号并将其送给PXI总线背板，通过PXI总线背板给本台“实时数据采集与分析仪”供电；多个数据采集处理模块通过PXI总线背板的PXI总线实现仪器的内部通讯和同步，背板提供了一个插嵌入式计算机的系统槽及若干个插用户模块的用户槽。嵌入式计算机嵌入到PXI总线机箱的系统槽上，运行基于QNX Neutrino实时操作系统的实时处理和分析软件，实现与PXI总线上同步模块及数据采集处理模块的通讯和数据存储等。嵌入式计算机需满足如下配置的主频1.6G以上的双核CPU，4G字节DDR2内存，80G字节以上高速笔记本硬盘、千兆以太网网口。同步模块嵌入到PXI机箱用户槽的第一个插槽，用于接收来自前一台仪器传递来的同步信息，实现本机与系统的同步采样，并将同步信息发送给下一台仪器。数据采集处理模块嵌入到PXI机箱的用户槽上，是为具体实现用户需求的各种模块，常用的有同步数据采集模块、模拟信号输出模块，需要符合PXI总线规范，为组建大型系统还要求一个模块具备有多个采集或输出通道。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点①.采用千兆以太网实现多台仪器与工作站计算机高速数据传输，满足了数千通道同步采集与传输的带宽需求；②.多台仪器与工作站计算机之间采用并行通讯的处理模式，系统的性能不会随着级联仪器数的增加而降低；③.采用PXI总线作为单台仪器内部的通讯总线，仪器的可靠性高，仪器内部的模块可灵活配置。
图1是本实用新型的系统结构。图2是实时数据采集与分析仪结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种分布式的大型同步数据采集与分析系统，其特征在于包括工作站计算机、千兆以太网网线、千兆以太网集线器、同步电缆、实时数据采集与分析仪。工作站计算机通过千兆以太网集线器和网线连接一台或多台“实时数据采集与分析仪”，多台“实时数据采集与分析仪”以分布式并行的方式与工作站计算机实现实时数据传输和通讯；工作站计算机运行相关的数据采集与分析软件，实现了友好的人机交互；各实时数据采集与分析仪通过同步电缆传输同步信息实现整个系统准确的同步采样。工作站计算机选用HP公司型号为Z600的工作站计算机，该计算机配置有两个 Xeon E5504处理器，4G字节DDR3内存，可扩展1000G字节硬盘，集成千兆网网口，该工作站计算机能满足设计需要。同步电缆为带屏蔽的包含至少两对双绞线的电缆。如图2所示，“实时数据采集与分析仪”包括PXI总线机箱、嵌入式计算机、同步模块、数据采集处理模块。PXI总线机箱选用18槽的PXI总线机箱。该机箱包括1个插嵌入式计算机的系统插槽和17个普通用户插槽，若在17个用户插槽中插1个同步模块，16个4通道同步数据采集模块，则该机箱可组成拥有64个输入通道的“实时数据采集与分析仪”。由16台这样的仪器组成系统，则可组成有IOM个模拟输入通道的大型数据采集分析系统。嵌入式计算机选用NI公司的型号为PXI-8106的PXI嵌入式计算机，该计算机集成1颗主频为2. 16G的Core2双核CPU，可扩展4G字节DDR2内存，集成80G字节高速笔记本硬盘，有1个千兆以太网网口，该计算机的性能满足设计需要。数据采集处理模块选用杭州亿恒科技有限公司生产的PXI-1204数据采集模块 (已申请专利并授权ZL 200720303312. 5)，该模块有四个模拟输入通道，模数转换分辨率为 24Bit、转换频率最高达192kHz，模块上集成高速DSP处理器，该模块的性能满足设计需要。
权利要求1.一种分布式的大型同步数据采集与分析系统，其特征在于包括工作站计算机、 千兆以太网网线、千兆以太网集线器、同步电缆、实时数据采集与分析仪；所述的工作站计算机通过千兆以太网集线器和网线连接一台或多台实时数据采集与分析仪，多台实时数据采集与分析仪以分布式并行的方式与工作站计算机实现实时数据传输和通讯；所述的实时数据采集与分析仪通过同步电缆传输同步信息实现整个系统准确的同步采样。
2.根据权利要求1所述的一种分布式的大型同步数据采集与分析系统，其特征在于 实时数据采集与分析仪包括PXI总线机箱、嵌入式计算机、同步模块、数据采集处理模块；所述的PXI总线机箱包括PXI总线背板及电源模块，电源模块产生PXI总线标准规定的各种电源信号并将其送给PXI总线背板，通过PXI总线背板给本台实时数据采集与分析仪供电；PXI总线背板的PXI总线实现仪器的内部通讯，背板提供了一个插嵌入式计算机的系统槽及若干个插用户模块的用户槽；所述的嵌入式计算机嵌入到PXI总线机箱的系统槽上，通过PXI总线实现与同步模块及数据采集处理模块的实时通讯、数据分析与存储；所述的数据采集处理模块嵌入到PXI机箱的用户槽上。
专利摘要本实用新型涉及一种分布式的大型同步数据采集与分析系统，其特征在于包括工作站计算机、千兆以太网网线、千兆以太网集线器、同步电缆、实时数据采集与分析仪；所述的工作站计算机通过千兆以太网集线器和网线连接一台或多台实时数据采集与分析仪，多台实时数据采集与分析仪以分布式并行的方式与工作站计算机实现实时数据传输和通讯；所述的实时数据采集与分析仪通过同步电缆传输同步信息实现整个系统准确的同步采样。本实用新型具有如下优点满足了数千通道同步采集与传输的带宽需求；多台仪器与工作站计算机之间采用并行通讯的处理模式；采用PXI总线作为单台仪器内部的通讯总线，仪器的可靠性高，仪器内部的模块可灵活配置。
文档编号G01H17/00GK202329799SQ201120317978
公开日2012年7月11日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者沈平, 贺惠农, 金土芬 申请人:杭州亿恒科技有限公司