高精度多通道PXIe系统实现更高效的风洞测试

进行空气动力学模拟测试，以改善各种产品的物理设计，从而提高整体安全性，舒适性和性能。被测对象越大，测试就越复杂。基于 PXI 高速 （PXIe） 架构 的 测试 和 测量 解决 方案 可 帮助 简化 和 加速 系统 安装。

军用飞机通常要经过风洞测试，以分析战斗或其他与任务相关的模拟中的硬件和软件响应。在风洞测试的初始阶段，微型比例模型通常用于小型实验室的仿真，并根据从测试中获得的数据不断进行设计改进。然而，在小型风洞实验室中测量的气流体积不足以确定气流行为的更细微变化;在最后的测试阶段，仍然需要在大型风洞中进行大规模的实际测试。

例如，测试飞机的真实比例模型需要安装在被测物体的长度上的大量传感器，以获取与翼型和发动机等关键部件相关的数据，或确定由各种翼型形状引起的高速气流干扰。传感器数量的增加和测试规模的扩大增加了实现精确测试和测量的难度。

过去，传统的测试和测量解决方案使用数据记录仪从传感器获取数据。然而，不同类型的传感器需要不同的数据记录仪，这增加了实现集成数据分析和开发传感网络的难度。基于 业界 标准 计算机 总 线 的 PXI 模 块 化 仪器 平台 已成为 客户 的 另一种选择， 希望 在 测试 场景 中 实现 更大 的 灵活 性 和 效率， 而 不会 产生 额外 成本。基于 PXI Express （PXIe） 架构 的 高效、 精密 测试 和 测量 解决 方案 – 具有 多 通道 和 完全 集成 的 同步 功能， 可 与 传感器 连接 以 测量 不同 的 物理 量， 并 帮助 简化 和 加快 系统 安装。

风洞测试的挑战

传感器和数据记录仪之间的复杂关系

将大型物体测试到实际规模需要不同类型的传感器来测量表面压力，气流速度和振动加速度之间的相关性。由于难以集成不同类型和品牌的传感器，因此使用各种数据记录仪根据每个数据记录器中单独设置的系统时间从传感器连续采集和记录数据。用户需要为每个数据记录器安装电线，并为每个传感器的驱动器安装额外的信号布线，这增加了可能复杂且耗时的步骤。

由于非同步触发器，数据集成困难

同时在现场触发数据记录仪也具有挑战性。传统的解决方案是通过指定用于同步的总线接口连接数据记录器，并提供外部时钟参考。但是，这种设置使信号布线复杂化。此外，只有在测试结束时才能安全地检索记录器，并且只有在系统运行并且记录器计划记录数据期间才能在数据中心收集和分析数据。

缺乏统一的系统时钟导致数据精度漂移

另一个测试问题是保持测量的准确性和精确度。在传统的测试和测量系统中，每个数据记录仪都按照自己的系统时钟工作，并定期获取数据。然而，用户可能会发现单个数据记录器的时钟设置具有细微差别，这导致数据精度的微小漂移，然后在较长的测量时间内累积成更大的不准确性。从理论上讲，空气动力学实验需要捕获完全相同时间段内表面压力，气流速度和振动加速度下材料变化的数据;非同步数据记录将失去其用于分析的参考值。

高效、 多 通道 PXIe 系统 满足 精确 风 洞 测试 的 要求

模块化平台

PXIe 是 一个 模 块 化 电子 仪器 平台， 旨在 满足 上述 所有 挑战， 并 为 构 建 测试 和 测量 设备 提供 更 高效 的 解决 方案。凌华科技只是为测试和测量提供高质量PXIe设备的几家供应商之一，也是PXI系统联盟（PXISA）的发起成员，该联盟致力于推进PXI规范并支持互操作性测试，以实现有效的多供应商解决方案。

支持跨传感器数据采集

当今 的 PXIe 动态 信号 采集 （DSA） 模 块 可以 在 一个 模 块 中 提供 多个 24 位 模拟 输入 通道， 实现 紧密 的 同步。所有通道都有独立的信号放大器和模/数转换器，允许在通道之间同时传输数据，使这些模块能够支持从各种传感器采集数据。模块还可以包括高分辨率和高动态范围，适用于记录需要从低频到高频的定量测量的物理信号，例如振动、压力和流体体积。

简化电气布线

PXIe 平台 考虑 支持 IEPE（集成电子压电） 等 标准， 这些 标准 可以 应用 在 例如 通过 模拟 输入 （AI） 通道 支持 符合 IEPE 的 传感 设备。凌华科技的 PXIe-9529 DSA 模 块 的 前端 电路 旨在 提供 电源 来 激活 所 连接 的 IEPE 传感器。因此，用户可以使用接口直接连接传感设备，而无需额外的布线。这种结构有助于大大降低测试/测量仪器的布线复杂性（见图1）。

图 1：PXIe-9529 动态 信号 采集 （DSA） 模 块 x17 可 灵活 扩展 至 136 个 通道， 以 在 单 个 机 箱 中 进行 数据 采集。

通过交流/直流耦合减少测量不准确

PXIe DSA 模 块 中的 AI 通道 配备 交流/ 直流 耦合。由于不同制造商提供的传感器接线长度不同，这可能导致输入/输出阻抗与所连接模块不匹配，并导致信号均衡漂移，因此使用交流耦合可以帮助抑制阻抗不匹配导致的直流信号，并消除测量不准确。

通过 PXI 触发 结构 实现 同步

PXI 和 PXI Express 机 箱 可以 在 背 板 上 提供 PXI 触发 总 线， 以 允许 用户 对 主/ 从 模 块 的 部署 进行 编 程。当主模块接收到用于数据采集的触发信号时，它将立即通过内置的触发线将信号传递到机箱中的所有从模块。所有用于同步的导线都已内置于系统中，因此用户无需部署额外的布线或为外部触发信号源做准备。

统一的系统时钟

同样， PXIe 机 箱 包括 一个 系统 时钟， 可 为 具有 锁相 环 （PLL） 的 PXIe 模 块 提供 参考 定 时。该 系统 定 时 信号 被 精确 地 传输 到 所有 PXIe 模 块 槽 插 脚， 以 作为 某些 数据 采集 （DAQ） 板 或 采用 PLL 设计的 高速 数字 化 仪 的 外部 参考 时钟。DSA 模块中内置的 PLL 可以将时间基准从内部时钟切换到机箱提供的系统时钟，从而允许测试和测量系统设计人员将所有主板和模块的计时锁定到机箱提供的 10 MHz 参考时钟。通过这种方式，系统中的所有电路板和模块都可以在统一的时间段内获取准确、同步的数据（见图2）。

图 2：DSA 模块 中 内置 的 PLL 可以 切换 到 机 箱 提供 的 系统 时钟 的 时间 参考， 使 测试 和 测量 系统 设计 人员 能够 将 所有 板 卡 和 模 块 的 时 序 锁定 为 10 MHz 参考 时钟， 从而 在 统一 的 周期 内 提供 同步 数据。

实时数据处理

基于PC的测试测量系统继承了PCIe架构的高速、高效率数据传输性能，在数据采集过程中能够实时传输到控制中心，同时将数据存储到存储介质，甚至不同测试站的数据库之间进行数据传输和更新。

结论

为了在真实规模上实现精确的风洞测试和测量），大型物体需要部署高密度测量点和各种传感器来测量不同的物理量。更简化的布线、高性能架构（在本例中为 x86 架构）提供的更多计算能力以及出色的网络连接是减少系统安装和数据分析所需时间的关键因素。PXIe 系统 旨在 满足 这些 要求， 以 确保 从 不同 传感器 采集 的 数据 的 精度， 并 在 较长的 一段 时间 内 提供 精确 的 测试 和 测量 结果。

审核编辑：郭婷