什么是SC Express？

圖1. SC Express數(shù)據(jù)采集（DAQ）模塊包含用于測量傳感器和高電壓的集成的信號調(diào)理模塊

達到更高的測量精度

許多傳感器的信號在輸出前都需要進行調(diào)理之后才能精確數(shù)字化。信號調(diào)理的典型應(yīng)用包括放大、激勵、隔離和濾波。多年以來，工程師通過分離連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端系統(tǒng)來實現(xiàn)信號調(diào)理，而后再將經(jīng)過調(diào)理以后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。技術(shù)的更新和設(shè)備的小型化使得現(xiàn)在公司能夠?qū)⑿盘栒{(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能集成到同一個設(shè)備中，避免使用容易導(dǎo)致出錯的連接電纜和轉(zhuǎn)接器，就可以達到更高的測量精度。針對每種測量類型的SC Express模塊都具有獨特的設(shè)計以獲得更佳的精度，包括熱電偶測量可以具有更低的恒溫誤差、橋路測量的精度無需依賴于激勵電壓的精度。

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PXI Express 專用數(shù)據(jù)吞吐

SC Express模塊搭建于x1 PXI Express總線上，每個設(shè)備有250 MB/s的專用帶寬。由于PXI Express提供的額外帶寬，SC Express模塊能夠使用和多路復(fù)用設(shè)備相同的通道數(shù)和連接性進行同步采樣。不同與以往的多路復(fù)用設(shè)備，采樣率會隨著通道數(shù)的增加而降低，現(xiàn)在，您可以使用同步采集設(shè)備在增加通道數(shù)的同時保持采樣率不變。

圖2. SC Express模塊可與PXI平臺上超過1,500種I/O設(shè)備實現(xiàn)同步

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PXI平臺高級定時和同步

在過去的十多年中，PXI平臺為測量系統(tǒng)提供了高級定時和同步功能。PXI Express建立在PXI的性能之上并添加了附加的定時和同步特性，如100 MHz差分系統(tǒng)時鐘、差分信號傳輸及差分星形觸發(fā)。通過差分時鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)對儀器時鐘的噪聲抑制能力更佳了并且能以更高的頻率進行傳輸。SC Express系列通過PXI Express總線來實現(xiàn)單一機箱或多個機箱中模塊與模塊間的嚴格時間同步。當需要在PXI平臺上同步超過1,500個模塊時，SC Express能夠提供高靈活性，幫助您開發(fā)測量系統(tǒng)，從而滿足您的應(yīng)用需求。

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通過PXI Express測量應(yīng)變片和基于橋路的傳感器

NI PXIe-4330 24位同步橋路輸入模塊針對高性能應(yīng)力、載荷、力和扭矩測量應(yīng)用提供.02%的標準精度和每通道25 kS/s的采樣率。橋路輸入模塊采用比率計的設(shè)計，即模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）參考激勵電壓，從而能達到更高精度。該方法使測量無需依賴于激勵電壓的穩(wěn)定性和精度。此外，通過使用獨特的delta-sigma ADC能同時提供卓越的AC性能和DC精度，而傳統(tǒng)的delta-sigma ADC僅僅能提供不錯的AC規(guī)范參數(shù)。

圖3. 您可以使用帶TB-4330 前置接線盒的NI PXIe-4330來實現(xiàn)螺栓端子連接

NI PXIe-4330能執(zhí)行四分之一橋路、半橋和全橋測量并具有自動同步特性；所包含的驅(qū)動軟件確保了多模塊和機箱之間的嚴格時間同步，且通道間的同步偏移僅5 ppb。該設(shè)備可向每條通道提供.625至10 V的激勵，并具有遠程探測功能（remote sensing）以補償由于連接電壓源和橋路間導(dǎo)線的電阻所造成的誤差。為了提高靈活性，內(nèi)置完整橋路（120 W，350 W和1 kW）和分路校準（50 kW，100 kW），而這些設(shè)置對每個通道都是軟件可選的。您應(yīng)選用NI PXIe-4330和NI TB-4330前置接線端子來直接連接信號和傳感器。

圖4. NI PXIe-4330 具有內(nèi)置反鋸齒濾波器，可消除高頻噪聲

8通道橋路輸入模塊能在單個機箱中擴展至136條通道的系統(tǒng)，多機箱間同步時可擴展至數(shù)千條通道。高精度、同時開始特性以及同步特性使NI PXIe-4330模塊成為高通道數(shù)結(jié)構(gòu)測試應(yīng)用的理想選擇，如風(fēng)洞、橋梁監(jiān)測和碰撞試驗等。

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通過PXI Express測量熱電偶

NI PXIe-4353熱電偶模塊可在32條通道的測量中達到.30 °C標準精度和24位分辨率。NI TB-4353恒溫接線盒提供強大的冷端補償（CJC）能力，可達到較高的精度水平。CJC通過在冷端提供補償溫度并應(yīng)用適當?shù)男拚齺砀纳茰y量精度。恒溫接線盒通過優(yōu)化熱傳導(dǎo)的特殊設(shè)計最小化誤差，使得內(nèi)置的CJC熱敏電阻能夠精確測量熱電偶端的溫度。TB-4353前置接線盒包含8個分布于接線盒中的CJC熱敏電阻，能夠準確測量接線盒內(nèi)各個位置的冷端溫度。

圖5. NI PXIe-4353通過3個ADC多路復(fù)用32條熱電偶通道，8條CJC通道及兩條自動清零通道。

為了獲得更高的性能，NI PXIe-4353在三個不同的ADC上共享輸入，支持多種定時模式（最大90 S/s/ch），能夠在速度、精度和噪聲抑制三方面之間達到性能平衡。 模塊還包含300 Vrms CAT II組隔離，使得在各類應(yīng)用環(huán)境都能獲得高靈活性，同時能消除串擾。組隔離允許連接浮地熱電偶以及連接相對機箱地高達300 V共模電壓的熱電偶。此外，模塊配有2個自動清零通道，用于補償偏移誤差，同時也用于每條通道上的熱電偶開路檢測電路。

32通道熱電偶模塊能在單臺機箱中擴展成544通道系統(tǒng)，多機箱間同步時可擴展到數(shù)千條通道。平臺的高精度和擴展性使NI PXIe-4353非常適合精確測量應(yīng)用，無論針對單通道還是大型系統(tǒng)，如燃料電池測試、溫度實驗箱監(jiān)控。

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通過PXI Express測量高電壓

NI PXIe-4300可以同步測量8個高達±300 V差分高電壓的模擬輸入信號。該模塊具有300 Vrms通道間CAT II隔離、3,300 Vrms通道與地之間5秒抗壓，從而保護用戶和設(shè)備免受危險電壓侵害。測量類型II專門用于電路與配電系統(tǒng)直接連接的測量應(yīng)用場合。該類型是指地區(qū)級配電，如標準民用電壓輸出（美國115 V，歐洲230 V)。

NI PXIe-4300模塊每條通道都配備一個16位ADC，可以達到250 kS/s每通道的采樣率，能夠以每塊模塊4 MB/s以及單機箱68 MB/s的速率進行傳輸。由于NI PXIe-4300采用了PXI Express技術(shù)，用戶即使同時使用數(shù)十個模塊的采集通道以最高采樣率進行采集也不會超出總線傳輸帶寬限制。為了消除高頻噪聲，NI PXIe-4300還在每條通道上提供了可編程的低通濾波器（10 kHz，100 kHz，旁通)。

對于±10 V信號輸入可選用NI TB-4300連接盒；±300 V信號輸入可選用NI TB-4300B連接盒。TB-4300是嚴格的饋通接線盒。TB-4300B提供30:1的輸入信號衰減，附帶高電壓保護電路。比例常數(shù)保存在EEPROM中，驅(qū)動軟件會根據(jù)選擇的范圍決定比例數(shù)值自動應(yīng)用到信號上。TB-4300和TB-4300B都是前置的螺絲端子接線盒。

該8通道模擬輸入模塊能在單個機箱中擴展至136條通道的系統(tǒng)，多機箱間同步時可擴展至數(shù)千條通道。300 V電壓的測量能力以及具備的CAT II通道間隔離的特性使NI PXIe-4300成為自動化測量，如燃料電池和蓄電池測試的理想選擇。

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使傳感器測量更簡單

SC Express系列提供了軟硬件上的易用特性，縮短安裝和開發(fā)時間。集成的信號調(diào)理和智能接線盒簡化了硬件安裝；同時，新型橋路通道類型和多設(shè)備任務(wù)等軟件特性縮短了軟件開發(fā)時間。

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集成信號調(diào)理

在同一設(shè)備上集成信號調(diào)理和ADC使得設(shè)備尺寸更小、測量性能更高。集成的信號調(diào)理使設(shè)備組件更少從而簡化了線纜管理和校準，進而降低了大通道數(shù)測量系統(tǒng)的安裝和維護成本。

表1. 每個SC Express模塊都有專用的兼容接線盒

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智能接線盒

SC Express前置接線盒具備特定測量類型的信號調(diào)理功能，使用螺絲端子進行連接。每個模塊類型都有專用的接線盒，其中NI PXIe-4300高電壓模擬輸入模塊可以使用兩個不同的接線盒，如表1中列舉。前置接線盒具有相同的外觀，因此設(shè)計了不同的防反插裝置使其僅能匹配合適的模塊。此設(shè)計避免了用戶誤將高電壓接線盒與低電壓傳感器模塊相連接。

圖6. SC Express前置接線盒設(shè)計有防反插裝置，僅匹配合適的模塊

SC Express前置接線盒不僅能在軟件中自動識別，同時還是可熱插拔的。這就使故障檢查更易于實施，因為用戶能在PXI測量系統(tǒng)不斷電的情況下連接和移除接線盒。最后，每個接線盒都包含對準卡槽，防止在將接插件連接到PXI Express模塊的過程中弄斷引腳。智能接線盒有助于縮短安裝和故障檢排時間從而提高效率。

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新型力、壓力和扭矩NI-DAQmx通道類型

NI-DAQmx驅(qū)動軟件包含針對橋路測量的新特性，如可以為力、壓力、和扭矩測量定制通道類型。這就允許用戶從DAQ助手或NI-DAQmx API中選擇合適的測量類型。測量結(jié)果的物理單位可以選擇N、lb、Pa、psi、Nm等。DAQ助手和NI-DAQmx API中的這些通道類型包括偏移消除和分路校準功能。新的通道類型允許用戶根據(jù)傳感器制造商提供的規(guī)范參數(shù)選擇輸入斜率和截距、表格或多項式系數(shù)來設(shè)置單位轉(zhuǎn)換。美國國家儀器公司不斷在軟件上實現(xiàn)突破，不斷簡化數(shù)據(jù)采集和傳感器測量的編程。

圖7. NI-DAQmx驅(qū)動簡化了針對應(yīng)力、力、壓力和扭矩測量應(yīng)用的編程

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NI-DAQmx 支持對多設(shè)備任務(wù)

美國國家儀器公司同時還增強了NI-DAQmx驅(qū)動性能，采用創(chuàng)新方法對單個機箱中多塊SC Express系列板卡進行配置，從而實現(xiàn)同步。您可通過一個NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)添加來自不同板卡的各種測量類型的通道。您可以使用圖8中顯示的簡單的NI LabVIEW代碼對18槽PXI 機箱多達544個通道進行同步。

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圖8. 使用相同的NI-DAQmx代碼使用1至544通道進行采集

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結(jié)論

SC Express系列產(chǎn)品擁有PXI平臺上最高性能的數(shù)據(jù)采集和信號調(diào)理功能。其精度和數(shù)據(jù)吞吐的提高以及最佳的同步性能，使您可以設(shè)計出靈活、高擴展性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，涵蓋了從低通道數(shù)至高通道數(shù)的各類應(yīng)用。美國國家儀器公司的高級PXI Express技術(shù)和易用的軟件特性能幫助您縮短開發(fā)時間，應(yīng)對最復(fù)雜的測量需求。