PXI多通道瞬态信号测试系统

摘  要： 采用National Instruments(NI)公司高速示波器和定时模块，对石油行业中的电起爆/点火技术进行了实验研究，开发出一套火工品器件的瞬态时间特性测试系统。基于LabVIEW 高效的软件开发环境和强大功能以及LabVIEW Signal Processing Toolset丰富的信号处理函数，结合PXI-5112和PXI-6602硬件模块，成功有效地完成了电起爆/点火器件信号的瞬态时间特性的实验测试。

系统硬件构成及实现

系统主要由主控计算机、PXI采集系统和中间适配器三部分组成（如图1所示）。主控计算机和PXI数据采集系统通过PXI-MXI-3连接。中间适配器主要用于现场试验仪器的启动控制以及提供12路引爆外触发数字信号。

系统中12 路点火/引爆信号由6 块PXI-5112 数字示波器模块采集完成。PXI-5112 具有两路8位垂直分辨率的模拟输入通道，最高实时采样率为100MS/s；具有CH0、CH1、TRIG 三路硬件触发通道，触发方式包括数字触发和模拟触发。试验时系统需实时记录采集信号并进行事后处理以检测各通道的信号前延、峰值时间等参数，因此要求12 路起爆信号必须同步进行采样。系统设计中将PXI背板时钟总线和RTSI同步触发总线结合，实现6块PXI-5112工作的时钟同步和触发同步，工作方式为Master-Slave方式。同时，系统要求用于触发外部仪器的同步触发脉冲，系统设计采用定时计数模块PXI-6602的8路定时计数器输出作为同步触发输出，保证整个系统仪器触发和采集触发的同步工作。

系统同步触发、采集设计

测试系统的重点是实现外部仪器设备和PXI系统中采集模块及定时计数模块的同步触发和同步采集。PXI总线为每一个插槽提供误差小于1ns的10MHz参考时钟，示波器模块PXI-5112通过Phase-Locked Loop(锁相环)技术可以使100MHz的采样时钟与10MHz的参考时钟保持同步。软件设计时，将PXI背板总线上的10MHz参考时钟路由到RTSI总线上作为6块PXI-5112的工作时钟，保证时钟同步；将Master PXI-5112的Stop Trigger通过RTSI总线，作为触发信号触发其余五块Slave PXI-5112，保证采集同步。定时计数模块PXI-6602具有8个32位定时/计数器和32位5V TTL数字I/O，100kHz、20MHz、80MHz三个内部时基，多种灵活的工作模式保证了进行高精度的计数和定时。软件设计中仍通过配置各路定时计数器共用一个Gate门限信号，用一路数字I/O输出启动所有定时计数通道同步输出。同步触发及同步采集软件设计流程如图2所示。

测试软件设计

系统测试软件采用虚拟仪器的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)图形化软件开发平台，它包含丰富的用于数据采集、分析、表达及存储的库函数，提供了巨大的编程灵活性和完善的性能，提供了实现仪器编程与数据采集系统的便捷途径，以及在大量熟练用户基础上定型的功能强大的辅助工具，具有很高的可靠性，能够充分实现操作灵活、功能强大和用户界面友好的软件设计要求。软件是测试系统的重要组成部分，它将系统中各部分的功能有机结合，并在其相互协作和数据传递的过程中起决定性的作用，使整个系统有效、稳定地运行。根据测试系统要求，系统测试软件的功能结构如图3所示。系统管理软件实现人机信息交互、设备管理、信号采集、数据的存储和分析处理以及信息的显示和表达等功能调度。

实验测试

该系统经设计、调试完成后，完成了电起爆/点火实验。参数配置：采样率100MS/s，采集时间10ms，CH0触发，触发方式Edge，触发电平1V，预触发10%。利用控件Graph的Graph Plaette属性中图形缩放和光标测量功能测量触发信号前沿到点火、起爆信号前沿的作用时间t。计算出点火、起爆瞬态信号最大峰值A(max)，以及作用时间的均方根?滓值。点火、起爆测试结果如图4、图5所示。

系统完成后，多次对火工品器件进行起爆、点火比对试验。实验结果表明：该测试系统稳定，测试精度高，能满足石油行业中火工品器件出厂参数测试要求。