超高速 , 高速數(shù)據(jù)采集卡 , 在工業(yè)控制,科研教學(xué)中的應(yīng)用案例
1.醫(yī)療器械
2.數(shù)字圖像處理
3.振動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備
4.射頻信號(hào)處理
5.基帶信號(hào)數(shù)字處理
6.雷達(dá)信號(hào)處理
7.快速高速采集卡應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)介:
傅立葉變換
8.數(shù)字濾波
9.超聲信號(hào)分析
10.數(shù)字廣播信號(hào)分析
11.噴墨式墨盒系統(tǒng)測(cè)
12.無線局域網(wǎng)絡(luò)基頻發(fā)射模塊測(cè)試系統(tǒng)
13.高壓放電測(cè)試
9.超聲信號(hào)分析
數(shù)字式超聲波檢測(cè)和成像處理系統(tǒng)是采用PC微機(jī),，以高速實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)及數(shù)字成像為主要技術(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由下列部分組成：雙微機(jī)（或工控機(jī)）系統(tǒng),、超聲波脈沖發(fā)射器,、超聲波信號(hào)接收器、高速數(shù)據(jù)采集卡,、數(shù)據(jù)處理和分析軟件包以及傳感器,、探頭運(yùn)動(dòng)和掃描控制系統(tǒng)等,提高信噪比和檢測(cè)精度，應(yīng)選擇了大于Nyquist采樣率的過采樣技術(shù),。確定了整個(gè)系統(tǒng)的采樣速率必須達(dá)到100MHZ以上,。
10.數(shù)字廣播信號(hào)分析
11.噴墨式墨盒系統(tǒng)測(cè)
12.無線局域網(wǎng)絡(luò)基頻發(fā)射模塊測(cè)試系統(tǒng)
只要選擇規(guī)格20～100 MS/s 的采樣頻率(sampling rate)，30～60MHz 的帶寬,，可以供多組模擬信號(hào)同時(shí)輸入,，同時(shí)模擬輸入的范圍可通過軟件選擇,在搭配功能齊全的計(jì)算機(jī)，再加上一些研發(fā)人員開發(fā)的相關(guān)軟硬件接口,，其實(shí)就可以很快速的設(shè)計(jì)出一套價(jià)格低廉,、功能實(shí)用、又可以輕易大量復(fù)制的WLAN模塊檢測(cè)設(shè)備,。用于無線局域網(wǎng)絡(luò)基頻發(fā)射模塊測(cè)試.
13.高壓放電測(cè)試
高速數(shù)據(jù)采集及毛刺檢測(cè)系統(tǒng)
峰值檢測(cè)技術(shù)是數(shù)字存儲(chǔ)示波器及數(shù)據(jù)采集卡中的重要技術(shù)之一,，用來實(shí)現(xiàn)波形的毛刺捕捉,。為了準(zhǔn)確檢測(cè)包絡(luò)信號(hào)的毛刺,，我們首先檢測(cè)信號(hào)峰值，并判斷信號(hào)峰值的類型,，是真正的峰值,， 還是毛刺的峰值,。通過設(shè)置一定門限來區(qū)分毛刺和真正的峰值。其核心算法判斷峰值中心,，并同時(shí)向左向右（時(shí)間前后）進(jìn)行邊緣長(zhǎng)度搜索,，一旦在門限以內(nèi)還存在另一個(gè)峰值，就可以判斷毛刺的存在,。
哪怕倆個(gè)峰值相互重合,，通過檢測(cè)峰值邊緣長(zhǎng)度也能判別疊加在峰值上的毛刺。為防止信號(hào)噪聲的干擾,，我們引入低通一階導(dǎo)和低通二階導(dǎo)的概念,。檢測(cè)流程如下：
基于光纖設(shè)計(jì)的電力局放數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
應(yīng)用背景
局部放電（簡(jiǎn)稱局放）是造成電力變壓器絕緣劣化的重要原因之一，局方的檢測(cè)和評(píng)價(jià)一直是變壓器絕緣狀況監(jiān)測(cè)的重要手段之一,。局放測(cè)試是通過測(cè)量變壓器內(nèi)部局放所產(chǎn)生的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè),，以避免常見的點(diǎn)暈等干擾。局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有超高頻傳感器,、信號(hào)調(diào)理單元,、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)組成，其結(jié)構(gòu)框架如圖所示,。
解決方案
通過高速數(shù)據(jù)采集卡對(duì)變壓器局放所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行采集,，記錄并處理數(shù)據(jù)，由工控機(jī)顯示測(cè)量結(jié)果,，再通過數(shù)字接口控制信號(hào)調(diào)節(jié)單元的中心頻率帶寬等參數(shù),。
高速高分辨率信號(hào)采集卡構(gòu)成超聲探傷系統(tǒng)
Gage CompuScope 14100型信號(hào)采集卡可提供100MHz的采樣率以及50MHz的模擬輸入帶寬，以滿足超聲傳感器的需求,。圖1是該系統(tǒng)的原理圖,。
來自超聲脈沖發(fā)生/接收器的±1V信號(hào)輸出直連到數(shù)字卡的BNC輸入端。采集卡的輸入阻抗為50Ω且可編程,，提供與BNC線50Ω阻抗相適應(yīng)的輸入終端,，并消除多重信號(hào)反射產(chǎn)生的失真。延遲器的輸出被連接到采集卡的BNC外置觸發(fā)輸入,。采集卡提供14位的采樣精度,。因?yàn)樘綔y(cè)到的裂隙回波是任意小的，所以高采樣精度在超聲無損探測(cè)中是必須的,。
圖2顯示了一個(gè)真實(shí)的來自疊片鋼部件的超聲信號(hào),。圖像描繪了零件前壁反射的較大的回波，后面跟了較小的回波,，說明表面之后就是裂隙,。裂隙的回波和前壁回波之間的時(shí)間差，與裂隙的深度之間有如下的關(guān)系,。
D=vΔt/2其中,，D為裂隙的深度,，Δt為前壁回波的時(shí)延，v為超聲波在鋼中的波速,。
超聲掃描的目的是在整個(gè)掃描中確定Δt,，并繪制一張標(biāo)示整個(gè)部件上裂隙深度的分布圖。
跟蹤回波的振幅隨裂隙的尺寸而增加,。全部超聲波信號(hào)的振幅由脈沖發(fā)生/接收器增益進(jìn)行調(diào)整,。這樣前壁回波幾乎充滿信號(hào)采集卡的輸入范圍，本例中是±1V,。
結(jié)果是,，在前壁回波不發(fā)生削頂失真的前提下，裂隙回波無法進(jìn)一步放大,。圖3展示了圖2中裂隙回波放大后的圖像,，上面的波形是8位分辨率，下面的是14位分辨率,。
八通道高速采集卡在核輻射衰減探測(cè)探測(cè)中的應(yīng)用：
一用戶要用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)放射性核輻射的衰減進(jìn)行監(jiān)測(cè),。計(jì)劃利用基于PC的數(shù)字化卡對(duì)從核輻射探測(cè)器獲取的成型脈沖進(jìn)行數(shù)字化,。其應(yīng)用要求至少12 bit分辨率,、每秒最低50 MS/s樣點(diǎn)采樣率，并且采集存儲(chǔ)深度最低256K,，需8通道卡,。數(shù)據(jù)采集卡的速度和可靠性對(duì)測(cè)量過程很重要,。起初用戶需要四張雙通道卡，但最終采用了Gage的Com-puScope8384八通道PCI數(shù)據(jù)采集卡,。CS8384能以50 MS/s的速率采集模擬信號(hào),，分辨率為14 bit，板上采集存儲(chǔ)深度可達(dá)2 GS,，一張卡即可解決問題,。
從核輻射探測(cè)器獲取的成型脈沖的速率(發(fā)生的頻率)和幅度是變化的。波形大概為高斯波形,，總寬度為3μs～5μs,，是最大幅度的一半(FWHM)。每個(gè)脈沖的特征描述對(duì)精準(zhǔn)斷定輻射物質(zhì)的放射性非常關(guān)鍵,。這些物質(zhì)的計(jì)數(shù)率從非常低的(每分鐘O.02個(gè)脈沖)到相對(duì)高的(每分鐘大于1 000個(gè)脈沖)都有,。
用戶要求盡可能少遺漏衰減事件，同時(shí)連續(xù)將脈沖數(shù)字化,。在數(shù)據(jù)采集過程中重新顯示數(shù)字化的脈沖非常重要,，并需要在近實(shí)時(shí)狀態(tài)下進(jìn)行。
他們需要采集卡以50 MS/s將兩個(gè)輸入電壓信號(hào)數(shù)字化,。電壓分辨率至少1/4 096,。這意味著需要至少12 bits的垂直分辨率,。每個(gè)記錄的點(diǎn)數(shù)高達(dá)4096個(gè),，每通道最少需要256 KS采集內(nèi)存,。
用CS8384外部時(shí)鐘，50 MS/s采樣率采集最小的256點(diǎn)用時(shí)5.12μs,。再將采集到的512 Bytes(每個(gè)樣點(diǎn)2Bytes)通過PCI總線主控(200MB/s)傳輸?shù)絇C-RAM進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存,，每通道用時(shí)3μs。之后,，名義上需要100μs為下一個(gè)觸發(fā)進(jìn)行重整,。因此，在8通道系統(tǒng)中,，一個(gè)周期全部時(shí)間(脈沖重復(fù)間隔)在最好的情況下約為PRI=8 channelsx3μs+100μs=124μs
因此連續(xù)觸發(fā)PRF好于7 kHz,。這比客戶要求的>17 Hz(每分鐘1000個(gè)脈沖)好500倍。
理論上,，我們無法保證顯示所有脈沖,，也無法保證不丟失脈沖。對(duì)任何基于GUI軟件的應(yīng)用來說,，適配刷新都是很大的瓶頸,。在Gage的基于Windows的GageScope軟件設(shè)計(jì)中，通常要達(dá)到30 Hz或更快的刷新率來保證它不閃動(dòng),。用戶自己也可開發(fā)軟件以達(dá)到這一速率,。如果這樣，Gage將為其提供CompuScope/C/C#軟件開發(fā)包,。
Gage的8通道卡不但采樣率高,，還可在單一系統(tǒng)中最多集成128個(gè)通道，同時(shí)具有很多其它特性,，如外部時(shí)鐘,、時(shí)鐘輸入輸出、觸發(fā)輸入輸出,、10 MHz參考時(shí)鐘,、時(shí)間戳記、高速PCI傳輸率,，以及長(zhǎng)存儲(chǔ)深度和前觸發(fā)多記錄模式等,。
高速數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用于彈丸激波測(cè)量
1前言
根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度大于局部聲速時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊波,，彈道聲波是超聲速彈丸飛行時(shí)沖擊空氣分子所形成的激波,。采用激波原理進(jìn)行報(bào)靶是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，利用激波信號(hào)進(jìn)行超音速飛行體探測(cè),，是一種新的目標(biāo)探測(cè)方法,。國內(nèi)外都對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了研究,，但能以低成本成功應(yīng)用到實(shí)際射擊訓(xùn)練中的還很少。本文針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)原理,，采用了結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集卡,，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行了初期信號(hào)采集及其驗(yàn)證分析。
2問題的提出以及方案選擇
要提高報(bào)靶精度,，關(guān)鍵是要準(zhǔn)確測(cè)量彈丸穿越靶區(qū)瞬間的位置,，彈丸飛行速度極快，用其他方法難以對(duì)其進(jìn)行跟蹤,，因此采用激波實(shí)現(xiàn)報(bào)靶,，根據(jù)聲學(xué)原理，采用測(cè)量超聲速飛行的彈丸在空氣中激發(fā)的彈道波實(shí)現(xiàn)定位,。但是,，彈丸在穿過靶區(qū)的瞬間是否存在激波，其信號(hào)特征如何,，強(qiáng)度究竟有多?這成了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的首要問題,。
本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1所示，由信號(hào)采集傳感器,、信號(hào)處理,、數(shù)據(jù)采集卡、PC計(jì)算機(jī)組成,，具有顯示打印功能,。
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