進(jìn)行空氣動力學(xué)模擬測試，以改善各種產(chǎn)品的物理設(shè)計(jì)，從而提高整體安全性，舒適性和性能。被測對象越大，測試就越復(fù)雜?；?PXI 高速 （PXIe） 架構(gòu) 的 測試 和 測量 解決 方案 可 幫助 簡化 和 加速 系統(tǒng) 安裝。

軍用飛機(jī)通常要經(jīng)過風(fēng)洞測試，以分析戰(zhàn)斗或其他與任務(wù)相關(guān)的模擬中的硬件和軟件響應(yīng)。在風(fēng)洞測試的初始階段，微型比例模型通常用于小型實(shí)驗(yàn)室的仿真，并根據(jù)從測試中獲得的數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。然而，在小型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中測量的氣流體積不足以確定氣流行為的更細(xì)微變化;在最后的測試階段，仍然需要在大型風(fēng)洞中進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)際測試。

例如，測試飛機(jī)的真實(shí)比例模型需要安裝在被測物體的長度上的大量傳感器，以獲取與翼型和發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部件相關(guān)的數(shù)據(jù)，或確定由各種翼型形狀引起的高速氣流干擾。傳感器數(shù)量的增加和測試規(guī)模的擴(kuò)大增加了實(shí)現(xiàn)精確測試和測量的難度。

過去，傳統(tǒng)的測試和測量解決方案使用數(shù)據(jù)記錄儀從傳感器獲取數(shù)據(jù)。然而，不同類型的傳感器需要不同的數(shù)據(jù)記錄儀，這增加了實(shí)現(xiàn)集成數(shù)據(jù)分析和開發(fā)傳感網(wǎng)絡(luò)的難度?；?業(yè)界 標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī) 總 線 的 PXI 模 塊 化 儀器 平臺 已成為 客戶 的 另一種選擇， 希望 在 測試 場景 中 實(shí)現(xiàn) 更大 的 靈活 性 和 效率， 而 不會 產(chǎn)生 額外 成本。基于 PXI Express （PXIe） 架構(gòu) 的 高效、 精密 測試 和 測量 解決 方案 – 具有 多 通道 和 完全 集成 的 同步 功能， 可 與 傳感器 連接 以 測量 不同 的 物理 量， 并 幫助 簡化 和 加快 系統(tǒng) 安裝。

風(fēng)洞測試的挑戰(zhàn)

傳感器和數(shù)據(jù)記錄儀之間的復(fù)雜關(guān)系

將大型物體測試到實(shí)際規(guī)模需要不同類型的傳感器來測量表面壓力，氣流速度和振動加速度之間的相關(guān)性。由于難以集成不同類型和品牌的傳感器，因此使用各種數(shù)據(jù)記錄儀根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)記錄器中單獨(dú)設(shè)置的系統(tǒng)時(shí)間從傳感器連續(xù)采集和記錄數(shù)據(jù)。用戶需要為每個(gè)數(shù)據(jù)記錄器安裝電線，并為每個(gè)傳感器的驅(qū)動器安裝額外的信號布線，這增加了可能復(fù)雜且耗時(shí)的步驟。

由于非同步觸發(fā)器，數(shù)據(jù)集成困難

同時(shí)在現(xiàn)場觸發(fā)數(shù)據(jù)記錄儀也具有挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的解決方案是通過指定用于同步的總線接口連接數(shù)據(jù)記錄器，并提供外部時(shí)鐘參考。但是，這種設(shè)置使信號布線復(fù)雜化。此外，只有在測試結(jié)束時(shí)才能安全地檢索記錄器，并且只有在系統(tǒng)運(yùn)行并且記錄器計(jì)劃記錄數(shù)據(jù)期間才能在數(shù)據(jù)中心收集和分析數(shù)據(jù)。

缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度漂移

另一個(gè)測試問題是保持測量的準(zhǔn)確性和精確度。在傳統(tǒng)的測試和測量系統(tǒng)中，每個(gè)數(shù)據(jù)記錄儀都按照自己的系統(tǒng)時(shí)鐘工作，并定期獲取數(shù)據(jù)。然而，用戶可能會發(fā)現(xiàn)單個(gè)數(shù)據(jù)記錄器的時(shí)鐘設(shè)置具有細(xì)微差別，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度的微小漂移，然后在較長的測量時(shí)間內(nèi)累積成更大的不準(zhǔn)確性。從理論上講，空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)需要捕獲完全相同時(shí)間段內(nèi)表面壓力，氣流速度和振動加速度下材料變化的數(shù)據(jù);非同步數(shù)據(jù)記錄將失去其用于分析的參考值。

高效、 多 通道 PXIe 系統(tǒng) 滿足 精確 風(fēng) 洞 測試 的 要求

模塊化平臺

PXIe 是 一個(gè) 模 塊 化 電子 儀器 平臺， 旨在 滿足 上述 所有 挑戰(zhàn)， 并 為 構(gòu) 建 測試 和 測量 設(shè)備 提供 更 高效 的 解決 方案。凌華科技只是為測試和測量提供高質(zhì)量PXIe設(shè)備的幾家供應(yīng)商之一，也是PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（PXISA）的發(fā)起成員，該聯(lián)盟致力于推進(jìn)PXI規(guī)范并支持互操作性測試，以實(shí)現(xiàn)有效的多供應(yīng)商解決方案。

支持跨傳感器數(shù)據(jù)采集

當(dāng)今 的 PXIe 動態(tài) 信號 采集 （DSA） 模 塊 可以 在 一個(gè) 模 塊 中 提供 多個(gè) 24 位 模擬 輸入 通道， 實(shí)現(xiàn) 緊密 的 同步。所有通道都有獨(dú)立的信號放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，允許在通道之間同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，使這些模塊能夠支持從各種傳感器采集數(shù)據(jù)。模塊還可以包括高分辨率和高動態(tài)范圍，適用于記錄需要從低頻到高頻的定量測量的物理信號，例如振動、壓力和流體體積。

簡化電氣布線

PXIe 平臺 考慮 支持 IEPE（集成電子壓電） 等 標(biāo)準(zhǔn)， 這些 標(biāo)準(zhǔn) 可以 應(yīng)用 在 例如 通過 模擬 輸入 （AI） 通道 支持 符合 IEPE 的 傳感 設(shè)備。凌華科技的 PXIe-9529 DSA 模 塊 的 前端 電路 旨在 提供 電源 來 激活 所 連接 的 IEPE 傳感器。因此，用戶可以使用接口直接連接傳感設(shè)備，而無需額外的布線。這種結(jié)構(gòu)有助于大大降低測試/測量儀器的布線復(fù)雜性（見圖1）。

圖 1：PXIe-9529 動態(tài) 信號 采集 （DSA） 模 塊 x17 可 靈活 擴(kuò)展 至 136 個(gè) 通道， 以 在 單 個(gè) 機(jī) 箱 中 進(jìn)行 數(shù)據(jù) 采集。

通過交流/直流耦合減少測量不準(zhǔn)確

PXIe DSA 模 塊 中的 AI 通道 配備 交流/ 直流 耦合。由于不同制造商提供的傳感器接線長度不同，這可能導(dǎo)致輸入/輸出阻抗與所連接模塊不匹配，并導(dǎo)致信號均衡漂移，因此使用交流耦合可以幫助抑制阻抗不匹配導(dǎo)致的直流信號，并消除測量不準(zhǔn)確。

通過 PXI 觸發(fā) 結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn) 同步

PXI 和 PXI Express 機(jī) 箱 可以 在 背 板 上 提供 PXI 觸發(fā) 總 線， 以 允許 用戶 對 主/ 從 模 塊 的 部署 進(jìn)行 編 程。當(dāng)主模塊接收到用于數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)信號時(shí)，它將立即通過內(nèi)置的觸發(fā)線將信號傳遞到機(jī)箱中的所有從模塊。所有用于同步的導(dǎo)線都已內(nèi)置于系統(tǒng)中，因此用戶無需部署額外的布線或?yàn)橥獠坑|發(fā)信號源做準(zhǔn)備。

統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘

同樣， PXIe 機(jī) 箱 包括 一個(gè) 系統(tǒng) 時(shí)鐘， 可 為 具有 鎖相 環(huán) （PLL） 的 PXIe 模 塊 提供 參考 定 時(shí)。該 系統(tǒng) 定 時(shí) 信號 被 精確 地 傳輸 到 所有 PXIe 模 塊 槽 插 腳， 以 作為 某些 數(shù)據(jù) 采集 （DAQ） 板 或 采用 PLL 設(shè)計(jì)的 高速 數(shù)字 化 儀 的 外部 參考 時(shí)鐘。DSA 模塊中內(nèi)置的 PLL 可以將時(shí)間基準(zhǔn)從內(nèi)部時(shí)鐘切換到機(jī)箱提供的系統(tǒng)時(shí)鐘，從而允許測試和測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將所有主板和模塊的計(jì)時(shí)鎖定到機(jī)箱提供的 10 MHz 參考時(shí)鐘。通過這種方式，系統(tǒng)中的所有電路板和模塊都可以在統(tǒng)一的時(shí)間段內(nèi)獲取準(zhǔn)確、同步的數(shù)據(jù)（見圖2）。

圖 2：DSA 模塊 中 內(nèi)置 的 PLL 可以 切換 到 機(jī) 箱 提供 的 系統(tǒng) 時(shí)鐘 的 時(shí)間 參考， 使 測試 和 測量 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 人員 能夠 將 所有 板 卡 和 模 塊 的 時(shí) 序 鎖定 為 10 MHz 參考 時(shí)鐘， 從而 在 統(tǒng)一 的 周期 內(nèi) 提供 同步 數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

基于PC的測試測量系統(tǒng)繼承了PCIe架構(gòu)的高速、高效率數(shù)據(jù)傳輸性能，在數(shù)據(jù)采集過程中能夠?qū)崟r(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲到存儲介質(zhì)，甚至不同測試站的數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和更新。

結(jié)論

為了在真實(shí)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)精確的風(fēng)洞測試和測量），大型物體需要部署高密度測量點(diǎn)和各種傳感器來測量不同的物理量。更簡化的布線、高性能架構(gòu)（在本例中為 x86 架構(gòu)）提供的更多計(jì)算能力以及出色的網(wǎng)絡(luò)連接是減少系統(tǒng)安裝和數(shù)據(jù)分析所需時(shí)間的關(guān)鍵因素。PXIe 系統(tǒng) 旨在 滿足 這些 要求， 以 確保 從 不同 傳感器 采集 的 數(shù)據(jù) 的 精度， 并 在 較長的 一段 時(shí)間 內(nèi) 提供 精確 的 測試 和 測量 結(jié)果。

審核編輯：郭婷