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测量技术人员都熟悉这样的场景:有三位同事需要通过数据采集测量通道来执行不同的测量任务,而明天会面临需要测量通道来完成更大测量任务的挑战。通过多个数据采集设备同步的方法,可以解决这种困境的发生。那么具体工作原理是什么呢?
当需要完成周期性重复的相同测量时,可使用经典的多通道测量系统作为既定方案。当有时需要多通道测量,有时需要少量通道测量,且可以同时完成不同的测量任务时,就需要更高的系统灵活性。你可以通过购买几个相同的数据采集系统来实现,但成本高昂,该解决方案基本上满足不了灵活性使用的应用情况。其他制造商价格相对低廉的替代方案除了测量结果可能不准确外,其劣势在于用户首先熟悉操作原理,更不要说系统安装和不熟悉制造商特定的软件带来的影响。另一方面,如果高质量的设备和软件可以灵活地用于各种测量任务,那么这将显著提率并节省采购成本。将智能化的单个设备都组合在一起是提率和节省成本的基础。
通过精密时间协议(PTP)同步的系统解决方案
采集测量信号时,将测量信号同步非常重要,否则测试结果可能会出错。大体上,可通过两种方式同步。传统方案:将带有系统时钟的独立线路运行在每个设备上,并确保同步记录相应的测量值(采样)。另一种方案是为每个设备装备精密时钟并周期性同步。
PTP根据IEEE 1588-2008标准(相当于PTP V2)阐述了不借助辅助电缆调整本地网络组件时钟,使其达到亚微秒级精度的复杂方法。如果现在提供的测量值具有准确的时间标识,多种设备的数据可以在上级计算机上汇总,通过时间戳及时显示。
精密时间协议(PTP)的优点是用户不必再担心同步问题。设备自行通过普通网线同步。只是拓扑结构符合PTP要求。因此,各个PTP设备之间不得存在具有PTP功能的交换机,因为它们不能保证数据包始终以相同的速度发送。
PTP能识别两种时钟类型:主机和从机。从机分别与相应的主机同步。根据“佳主机时钟算法”(BMC)自动确定设备组合中的时钟。从选择的“高主机”开始同步,然后同步下一个可能在下一阶段作为主机的从机。初始化成功后,定期检查同步性,并在时重新校准时钟。
火箭推进试验台示例:PTP同步型LabAmp,型号5167A和516,用于6个组件的力测量以及与燃烧室内燃烧不稳定性相关的3次压力波动测量。
在实践中运用精密时间协议(PTP)– 搭配kistler设备的应用示例
PTP实施过程中呈现出了质量差异。越靠近信号的实际数字化时间实施PTP,同步就越。因此,对于kistler的KiDAQ设备和LabAmp设备来说,数字化后的测量值可立即在模拟/数字转换器后的现场可编程门阵列(FPGA)中获取时间戳。从而可以实现亚微秒级的精度。
同步测量时,可以灵活地组合使用数个KiDAQ和LabAmp数据采集设备。以此提供一个可任意扩展的灵活测量系统,该系统不存在扩展限制。例如,压电加速度传感器的高动态信号可以通过 LabAmp 516获取并结合温度、电压和连接在KiDAQ数据采集系统上的压阻式压力信号 同步。此时连接设备的数量并不重要。由于各种KiDAQ采集模块的种类丰富,所以实际上没有不能覆盖的传感器类型。
从软件方面来说,KiStudio Lab着眼未来。在这里测试配置、测量和数据分析都十分快速、简单、直观。随着时间的推移,基于网络的测量软件也可以接管各种kistler现有软件工具的功能并不断扩展新功能。
通过精密时间协议(PTP),kistler的各个KiDAQ和LabAmp数据采集设备可以方便且经济地组合成一个更大的数据采集系统,无需额外的同步线路。系统自动在后台高精度同步,并便捷地调取采集的数据。