進行空氣動力學(xué)模擬測試，以改善各種產(chǎn)品的物理設(shè)計，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驗室的仿真，并根據(jù)從測試中獲得的數(shù)據(jù)不斷進行設(shè)計改進。然而，在小型風(fēng)洞實驗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)洞中進行大規(guī)模的實際測試。

例如，測試飛機的真實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)模的擴大增加了實現(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) 計算機 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 實現(xiàn) 更大 的 靈活 性 和 效率， 而 不會 產(chǎn)生 額外 成本?；?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)每個數(shù)據(jù)記錄器中單獨設(shè)置的系統(tǒng)時間從傳感器連續(xù)采集和記錄數(shù)據(jù)。用戶需要為每個數(shù)據(jù)記錄器安裝電線，并為每個傳感器的驅(qū)動器安裝額外的信號布線，這增加了可能復(fù)雜且耗時的步驟。

由于非同步觸發(fā)器，數(shù)據(jù)集成困難

同時在現(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)束時才能安全地檢索記錄器，并且只有在系統(tǒng)運行并且記錄器計劃記錄數(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)時鐘導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度漂移

另一個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，每個數(shù)據(jù)記錄儀都按照自己的系統(tǒng)時鐘工作，并定期獲取數(shù)據(jù)。然而，用戶可能會發(fā)現(xiàn)單個數(shù)據(jù)記錄器的時鐘設(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)實驗需要捕獲完全相同時間段內(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 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PXI規(guī)范并支持互操作性測試，以實現(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 模 塊 中 提供 多個 24 位 模擬 輸入 通道， 實現(xiàn) 緊密 的 同步。所有通道都有獨立的信號放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，允許在通道之間同時傳輸數(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 擴展 至 136 個 通道， 以 在 單 個 機 箱 中 進行 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) 實現(xiàn) 同步

PXI 和 PXI Express 機 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，它將立即通過內(nèi)置的觸發(fā)線將信號傳遞到機箱中的所有從模塊。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為外部觸發(fā)信號源做準(zhǔn)備。

統(tǒng)一的系統(tǒng)時鐘

同樣， PXIe 機 箱 包括 一個 系統(tǒng) 時鐘， 可 為 具有 鎖相 環(huán) （PLL） 的 PXIe 模 塊 提供 參考 定 時。該 系統(tǒng) 定 時 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)計的 高速 數(shù)字 化 儀 的 外部 參考 時鐘。DSA 模塊中內(nèi)置的 PLL 可以將時間基準(zhǔn)從內(nèi)部時鐘切換到機箱提供的系統(tǒng)時鐘，從而允許測試和測量系統(tǒng)設(shè)計人員將所有主板和模塊的計時鎖定到機箱提供的 10 MHz 參考時鐘。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 箱 提供 的 系統(tǒng) 時鐘 的 時間 參考， 使 測試 和 測量 系統(tǒng) 設(shè)計 人員 能夠 將 所有 板 卡 和 模 塊 的 時 序 鎖定 為 10 MHz 參考 時鐘， 從而 在 統(tǒng)一 的 周期 內(nèi) 提供 同步 數(shù)據(jù)。

實時數(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傳輸?shù)娇刂浦行?，同時將數(shù)據(jù)存儲到存儲介質(zhì)，甚至不同測試站的數(shù)據(jù)庫之間進行數(shù)據(jù)傳輸和更新。

結(jié)論

為了在真實規(guī)模上實現(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 時間 內(nèi) 提供 精確 的 測試 和 測量 結(jié)果。

審核編輯：郭婷