火炮分布式数据主从并行采集装置及方法与流程

本发明涉及一种火炮分布式数据主从并行采集装置，还涉及一种利用所述火炮分布式数据串行采集装置采集火炮分布式数据的方法。

背景技术：

参照图1。现有的火炮分布式数据串行采集装置包括采集系统1、采集系统2和采集系统3。基准信号0分别接采集系统1的触发入和通道入端口，信号1、信号2和信号3分别接采集系统1、采集系统2和采集系统3的通道入端口，采集系统1的触发出接采集系统2的触发入，采集系统2的触发出接采集系统3的触发入。以基准信号0为0时刻，采集系统1在0时刻采集信号1并延时0.91μs输出触发出信号，采集系统2在0.91μs采集信号2并延时0.92μs输出触发出信号，采集系统3在0.92μs采集信号3。由于各采集系统间最大采集延时达到0.92μs，从而造成被测信号1、信号2、信号3间的最大延时误差也达到0.92μs。

现有技术的不足之处在于：各采集系统间信号采集延时大。由于采用串行级联触发，前一台采集系统触发后延时一段时间才能带动后一台采集系统触发，串行级联的系统越多，采集系统间信号采集延时累积越大，无法满足火炮位于不同位置处各信号、各采集系统间的同步采集测试要求。

技术实现要素：

为了克服现有火炮分布式数据主从并行采集装置采集火炮分布式数据同步性差的不足，本发明提供一种火炮分布式数据主从并行采集装置及方法。本发明采用采集主机与采集从机间的主从同步控制方式，和千兆交换机通过并行通讯头信息数据进行延时校准的双校准机制，从而通过时间补偿进行各采集装置的延时偏差修正，确保各采集系统间的信号采集延时均小于0.01μs。本发明装置由一台主机触发，可以同时带动多至7台从机并行触发、并行采集，从而解决了火炮分布式数据采集中各采集系统间信号采集延时大的技术问题，降低了系统间的采集延时时间，提高了采集火炮分布式数据同步性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种火炮分布式数据主从并行采集装置，包括基准信号0，其特点是：还包括采集主机、采集从机1、采集从机2、千兆交换机和控制机。基准信号0同时接采集主机的触发入、通道入端口，信号1、信号2、信号3分别接至采集主机、采集从机1、采集从机2的通道入端口，采集主机的同步出接采集从机1的同步入、采集从机1的修正同步出接采集从机2的同步入，千兆交换机的四个网口分别接采集主机、采集从机1、采集从机2和控制机的网口。以基准信号0为0时刻，采集主机在0时刻采集信号1，延时0.01μs输出同步出信号；采集从机1在0.01μs时刻采集信号2，经千兆交换机的通讯头信息数据延时校准后，进行延时偏差修正并输出延时不大于0.01μs的修正同步出信号；采集从机2也在0.01μs时刻采集信号3，同上所述也输出延时不大于0.01μs的修正同步出信号；控制机用于各采集系统的网络自动识别和通信控制。

一种利用上述火炮分布式数据串行采集装置采集火炮分布式数据的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、采集装置指标、参数选用。

1)基准信号0，选用火炮击发回路的击发状态信号为基准信号0，电压幅值-4V～+4V，频率200Hz，下降沿触发。

2)采集主机、采集从机1和采集从机2的通道数是12通道，最高采样率100MS/s，直流精度±0.5％，频率范围DC～20MHz，模拟/数字转换精度12bit，通道输入接口BNC，同步出接口26槽，同步入接口36槽。

步骤二、采集装置联接。

1)输入信号联接：采用BNC电缆，一端接至基准信号0的输出端口，另一端通过三通转接器同时接至采集主机的触发入、通道入端口。将信号1、信号2和信号3分别接至采集主机、采集从机1和采集从机2的通道入端口。

2)主从同步联接：采用BNC电缆，一端分别接至采集主机、采集从机1的同步出端口，另一端分别接至采集从机1、采集从机2的同步入端口。

3)并行网络联接：采用千兆以太网线，一端分别接至千兆交换机的四个不同的网络端口，另一端分别接至采集主机、采集从机1、采集从机2和控制机的网络端口。

步骤三、通讯设置。

设置通讯接口为以太网，采集主机分组数为ID0，采集从机分组数为ID1，采集主机地址为自动检索，采集主机通道显示为6个模块，参与测量模块分别为ID0、ID1的第1个模块。

步骤四、采集条件设置。

测量条件设置：设置测量模式为触发、单次模式，获取模式为常规，测量时间为0.5s，采样率为100MS/s，测量采样点为50MS，记录通道数为CH1、CH2、CH13和CH14，耦合方式为DC，探头衰减比例为1︰1，电压量程分别为±5V、±20V。

触发条件设置：设置触发等级为单一，触发源为外部，触发斜率为下降沿，预触发为10％，触发延迟为0s。

显示条件设置：设置图表显示为波形、坐标轴和刻度均显示，图表时间轴显示形式为相对时间，插值为线性插值，刻度范围分别为-6V～+6V、-5V～+20V，波形颜色为默认。

步骤五、数据采集与数据保存。

1)数据采集。

火炮发射前，先调节确认基准信号0的方波信号，幅值-4V～+4V，频率200Hz，触发斜率为上升沿；再启动采集主机的开始采集模式，使处于触发等待状态下。

火炮发射时，击发控制回路接通使基准信号0自动输出方波触发信号，采集主机、采集从机1依次在0时刻、0.01μs时刻被自动触发，信号1、信号2依次在0时刻、0.01μs被自动采集，千兆交换机通过并行网络对信号2的通讯头信息数据进行延时校准，采集从机1进行延时偏差修正并输出延时不大于0.01μs的修正同步出信号，确保采集从机2、信号3也在0.01μs时刻被自动触发及自动采集。由于测试设置为单次触发模式，因此，当采集时间到达后，各单台采集系统自动停止采集。

2)数据保存。

波形数据保存：设置保存路径为本地磁盘、保存类型为.wdf、保存范围为整个区域，保存单位为采样点，并进行保存。

图片数据保存：设置保存路径为本地磁盘，保存类型为.bmp，并进行保存。

步骤六、波形数据处理、采集延时精度计算。

1)波形缩放、移动：进入缩放显示模式，对波形进行水平放大，直至屏幕显示水平放大倍数为200ns/格为止，并使波形位于屏幕中心位置。

2)波形数据测量：采用纵向光标进行，在波形两关注点左、右移动纵向光标，则在屏幕上自动显示出两关注点的数据编号、时间测量数据、时间差值、电压测量结果和电压差值。

3)采集延时精度计算：采用纵向光标分别计算出信号1、信号2和信号3之间的时间差，统计出时间差的最大值，即为采集延时精度。

本发明的有益效果是：本发明采用采集主机与采集从机间的主从同步控制方式，和千兆交换机通过并行通讯头信息数据进行延时校准的双校准机制，从而通过时间补偿进行各采集装置的延时偏差修正，确保各采集系统间的信号采集延时均小于0.01μs。本发明装置由一台主机触发，可以同时带动多至7台从机并行触发、并行采集，从而解决了火炮分布式数据采集中各采集系统间信号采集延时大的技术问题，降低了系统间的采集延时时间，提高了采集火炮分布式数据同步性。

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

附图说明

图1是背景技术火炮分布式数据串行采集装置的框图。

图2是本发明火炮分布式数据主从并行采集装置的框图。

具体实施方式

参照图2。本发明火炮分布式数据主从并行采集装置，包括基准信号0、采集主机、采集从机1、采集从机2、千兆交换机和控制机，基准信号0同时接采集主机的触发入、通道入端口，信号1、信号2、信号3分别接至采集主机、采集从机1、采集从机2的通道入端口，采集主机的同步出接采集从机1的同步入、采集从机1的修正同步出接采集从机2的同步入，千兆交换机的四个网口分别接采集主机、采集从机1、采集从机2、控制机的网口。以基准信号0为0时刻，采集主机在0时刻采集信号1，延时0.01μs输出同步出信号；采集从机1在0.01μs时刻采集信号2，经千兆交换机的通讯头信息数据延时校准后，进行延时偏差修正并输出延时不大于0.01μs的修正同步出信号；采集从机2在0.01μs时刻采集信号3，以上所述也输出延时不大于0.01μs的修正同步出信号；控制机用于各采集系统的网络自动识别、通信控制等。该装置最终实现分布式数据采集中各系统间的信号采集延时不大于0.01μs。

一种采用上述火炮主从并行数据采集装置进行火炮分布式数据采集的方法，其具体步骤如下：

步骤一，采集装置指标、参数选用。

1)基准信号0，选用火炮击发回路的击发状态信号为基准信号0，电压幅值-4V～+4V、频率200Hz、下降沿触发。

2)采集主机、采集从机1、采集从机2，选用通道数12通道、最高采样率100MS/s、直流精度±0.5％、频率范围DC～20MHz、模拟/数字转换精度12bit、通道输入接口BNC、同步出接口26槽、同步入接口36槽的采集系统。

步骤二、采集装置联接。

1)输入信号联接：采用一组BNC电缆，一端接至基准信号0的输出端口，另一端通过三通转接器同时接至采集主机的触发入、通道入端口。采用另一组BNC电缆，将信号1、信号2、信号3分别接至采集主机、采集从机1、采集从机2的通道入端口。

2)主从同步联接：采用一组同步电缆，一端分别接至采集主机、采集从机1的同步出端口，另一端分别接至采集从机1、采集从机2的同步入端口。

3)并行网络联接：采用一组千兆以太网线，一端分别接至千兆交换机的四个不同的网络端口，另一端分别接至采集主机、采集从机1、采集从机2、控制机的网络端口。

步骤三、通讯设置。

设置通讯接口为以太网，主机分组数为ID0，从机分组数为ID1，主机地址为自动检索，主机通道显示为6个模块，参与测量模块分别为ID0、ID1的第1个模块。

步骤四、采集条件设置。

测量条件设置：设置测量模式为触发、单次模式，获取模式为常规，测量时间为0.5s，采样率为100MS/s，测量采样点为50MS，记录通道数为CH1、CH2、CH13、CH14，耦合方式为DC，探头衰减比例为1︰1，电压量程分别为±5V、±20V。

触发条件设置：设置触发等级为单一，触发源为外部，触发斜率为下降沿，预触发为10％，触发延迟为0s。

显示条件设置：设置图表显示为波形、坐标轴、刻度均显示，图表时间轴显示形式为相对时间，插值为线性插值，刻度范围分别为-6V～+6V、-5V～+20V，波形颜色为默认。

步骤五、数据采集与数据保存。

1)数据采集。

火炮发射前，先调节确认基准信号0的方波信号、幅值-4V～+4V、频率200Hz、触发斜率为上升沿；再启动采集主机的开始采集模式，使处于触发等待状态下。

火炮发射时，击发控制回路接通使基准信号0自动输出方波触发信号，采集主机、采集从机1依次在0时刻、001μs时刻被自动触发，信号1、信号2依次在0时刻、0.01μs被自动采集，千兆交换机通过并行网络对信号2的通讯头信息数据进行延时校准，采集从机1进行延时偏差修正并输出延时不大于0.01μs的修正同步出信号，确保采集从机2、信号3也在0.01μs时刻被自动触发及自动采集。由于测试设置为单次触发模式，因此，当采集时间到达后，各单台采集系统自动停止采集。

2)数据保存。

波形数据保存：设置保存路径为本地磁盘、保存类型为.wdf、保存范围为整个区域、保存单位为采样点，并进行保存。

图片数据保存：设置保存路径为本地磁盘、保存类型为.bmp，并进行保存。

步骤六、波形数据处理、采集延时精度计算。

1)波形缩放、移动：进入缩放显示模式，对波形进行水平放大，直至屏幕显示水平放大倍数为200ns/格为止，并使波形位于屏幕中心位置。

2)波形数据测量：采用纵向光标进行，在波形两关注点左、右移动纵向光标，则在屏幕上自动显示出两关注点的数据编号、时间测量数据、时间差值、电压测量结果、电压差值等。

3)采集延时精度计算：采用纵向光标可分别计算出信号1、信号2、信号3之间的时间差，统计出时间差的最大值，即为采集延时精度。

表1是本发明主从同步采集装置的测试结果表

表1本发明主从同步采集装置测试结果表

表1中，第1至第3行为两个光标位置处波形的时间测量结果，其中第2行为波形的数据编号、编号光标差，第3行为波形的相对时间、时间光标差。第4至第8行为4个信号的电压测量结果，其中第5、6、7、8行分别为基准信号0、信号1、信号2、信号3的光标1测量值、光标2测量值、差值。从表1可以看出，信号1、信号2、信号3之间的数据编号差值为1、相对时间差值为0.01μs，即被测分步式数据信号1、信号2、信号3之间的最大延时误差为0.01μs。

本发明一是采用主从同步控制和并行千兆以太网进行延时校准的双校准机制、从而通过时间补偿进行各采集装置的延时偏差修正，确保各采集系统间的信号采集延时均小于0.01μs，实现各采集系统间采集延时由0.92μs至0.01μs。二是综合实现采样率由2MS/s至100MS/s、数据传输率由100Mbps至1000Mbps、测量精度±0.5％的指标，具有高速采集、高速存储、高速传输、高测量精度的综合功能。