NI结构测试解决方案和技术

更多错误，因为数据变化非常之快。国家仪器使用PXI Express实现一个机箱或多个机箱中的设备之间的紧密同步。例如，NI PXIe-4330桥梁传感器输入模块的通道差异为单个模块或者单个底盘的不同模块之间低于100 ns。国家仪器提供功能强大的灵活解决方案，实现各个通道、模块和底盘之间的同步，以满足结构应用的要求。

可靠的、确定性控制施加刺激

高性能同步控制对于静态和疲劳结构测试至关重要。对于许多情况，疲劳测试所用的输入刺激与仪器同样重要。为此，需要用确定性实时系统稳定、不间断地重复相同的载荷型式达数百万次。要实现这一点，通常向液压控制阀(称为伺服阀)发出一个刺激信号，调节液压作动器向结构施加作用力。系统测量并反馈此力，以建立一个控制环路。此环可以在包含仪器的确定性系统上，或者先进的数字式伺服阀上运行。

为了满足这些需要，国家仪器推出一种新型工业控制器，称为可编程自动化控制器(PAC)。PAC集传统可编程逻辑控制器(PLC)的功能与基于PC机的控制系统于一身。

图4. CompactRIO系统实例

NI PAC基于高度可靠的、坚固的平台，例如NI CompactRIO和PXI。这些模块化平台提供了高级分析与信号处理功能，能够在Windows等标准操作系统上运行，或者在实时操作系统上运行以获得更高的可靠性和确定性，或者现场可编程门阵列(FPGA)以获得最高的性能。利用FPGA，用户可以运行控制算法、进行分析，以及在芯片层次上做出决策，对结构测试进行最高的性能控制。尽管功能强大，然而用户仍然能够使用图形开发环境LabVIEW轻松地对这些设备进行编程。LabVIEW简化了实时操作系统和FPGA的复杂度，同时提供拖放控制算法，使用户能够专注于结构专家经验领域。[pagebreak]

图形开发环境

成千上万的工程师使用LabVIEW图形编程环境来开发复杂的测试和控制系统，使用类似于流程图的直观图形标记和线条进行结构测试。LabVIEW实现了与数千种硬件设备的无缝集成，例如使用CAN和EtherCAT等现场总线的数字式液压伺服阀。LabVIEW提供数百种内置库用于疲劳及模态测试的高级分析和可视化。LabVIEW平台可以针对多个目标进行扩缩以满足结构需要，从运行Windows的笔记本电脑到运行实时操作系统的PXI试验台到使用CompactRIO和FPGA的液压控制系统。LabVIEW的灵活性使其特别适合于高级结构测试。

图5. LabVIEW图形编程

LabVIEW对结构测试的益处：

快速编程 - 通过拖放图形功能块创建类似流程图的图形表示来进行编程

硬件集成 - 将任意仪器或传感器与内置库和驱动程序相连接

多个目标 - 开发并重新使用Windows、Mac、Linux、实时操作系统和FPGA代码

多个编程架构 - 集成基于文本的代码或其他计算模型

专业用户界面 - 使用数百个拖放控件和图形实现与数据的交互

基于配置的实时测试和仿真软件

通过为实时测试和仿真功能添加基于配置的闭环控制和刺激能力，NI VeriStand简化了实时目标的编程。另外，NI VeriStand还与硬件集成，以提供确定性I/O。NI VeriStand非常适合能够用来构造静态及疲劳测试和控制系统的开箱即用软件架构。

图6. NI VeriStand实时测试和仿真软件

结构测试用NI VeriStand的益处：

闭环控制、刺激产生和模型执行

确定性单点I/O、数据记录和报警

运行时间可编辑用户界面

高级分析和信号处理

LabVIEW、NI声音及振动测量套件和NI DIAdem软件具有数百个内置信号处理和分析函数，为用户应用提供具体的算法。下文所述是若干结构测量所用的分析算法：

全部及部分八度音阶分析

模态分析

雨流法

峰值及均方根(RMS)检测

快速傅立叶变换(FFT)、功率谱、变功率谱和频率响应

求均值、过滤、开窗

这些功能的子集可以在实时操作系统和FPGA上运行，以提供实时、在线分析。另外，NI软件还包含先进的可视化技术，以快速显示并分析高级处理技术。

功能强大的数据管理技术

在太多时候，结构测试工程师采集了大量的技术数据，然而却很少考虑数据存储以及将来的使用。数据是昂贵的，特别是对于结构测试应用，因为在这些应用中，需要记录的瞬态事件很难，如果可能的话，进行复制。有用的数据常常遗失、埋藏在没有分类的、难以挖掘的数据文件中。由于缺乏适当的可视化工具，人们甚至可能并不知道有用数据的存在。国家仪器提供了一种三级数据管理解决方案，实现灵活、有组织的文件存储、完善的搜索能力，以及交互式后处理环境。

为了分别满足三个要求，NI技术数据管理(TDM)解决方案由三个组件组成：使用测试文件存储描述性信息的TDM数据模型、搜索和挖掘各种格式的测试数据所用的NI DataFinder，以及分析、可视化和报告