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測試與測量  

運用LXI的儀器實現實體測量

上網時間: 2006年03月24日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LXI-based instrument  基於LXI儀器  Physical Measurement  實體測量  TD 

像溫度、應力、壓力和流量等實體測量廣泛應用在產業和控制等領域中,這些實體測量的實現經常要面對測量準確性、測量位置分散、測量的連線等諸多問題。基於LXI標準的新儀器允許測試設備放置在測試點以及提供簡易的設置和時間觸發機制,能有效解決或改善這些問題。

實體測量經常用在設計驗證、監測和控制應用中以確定實體參數,如溫度、應力、壓力和流量。這些實體測量採用感測器將實體現象轉換成電壓、電阻或者頻率,然後透過某種測量設備對這些電訊號進行測試。這些實體測量相關的一些挑戰包括:測量的準確性、測量的位置、測量的實體連線、測量的設置與執行。

工程師在數據採集時通常需要採集和分析來自多個位置的數據。例如,工程師需要監測和控制大樓中不同位置的溫度,化學工程師可能需要監測和控制像汽油或者飲料等流體的流動。這些類型的測量一般需要到不同測量位置的長連接線,或者安裝在不同位置的測量設備。使用長的連接線通常需要很高的成本,可能因為外部噪音對微弱的電訊號的干擾影響到測量的精密度。

將測量設備安裝在測量位置處是一種較好的辦法。然而,對於上面所述的應用,這要求工程師要麼使用很貴的GPIB(通用介面匯流排)延長器或者在每個測量位置使用一台電腦。或者在某些情況下,工程師手動進行測量,將數據保存在測試設備中,然後再下載到PC中。對於分佈式數據採集來說,上面的這些方法都不是理想的方案。

圖1:到網路的不同連接方案。

測量的設置和執行同樣也可能具有挑戰性。在設計驗證中,工程師通常必須進行實體測試以確保最終的產品將能滿足在不同條件下的規格。設計工程師可能測量溫度來評估熱量的上升、冷卻以及在產品外殼內的氣流效應,以便能設計出滿足要求的風扇。測量的各個方面的定義通常可能非常繁瑣,通常會難以記得這個測量是否已經完成。

溫度是最常見的實體測量。溫度測量透過使用熱電偶來實現,電阻溫度檢測器(RTD)或者熱感應電阻感測器將溫度轉變成電壓或者電阻,然後透過測試設備(如萬用表)測量這個電壓或者電阻。熱電偶是兩個不同金屬形成的結,當這個結被加熱,熱電偶產生一個電壓。這個電壓與參考結點的電壓相較,差值用來確定相關的溫度。RTD和熱感應電阻都是基於阻抗的感測器。隨著溫度變化,感測器的輸出電阻相對地改變。感測器的選擇應該基於測量的類型以及精密度和線性度。

幾乎任何的萬用表都可以用來測量感測器產生的電壓或電阻。對於基本的萬用表,萬用表測量參數值,需要工程師將電壓值轉換成實體測量值。然而,有一些儀器可以直接支援感測器,包括內部對感測器的補償和直接顯示測試值。

除了使用直接支援感測器的儀器外,目前某些儀器(包括萬用表)中一些額外功能能幫助解決這些挑戰。這些功能包括:幫助儀器設置與實現的軟體;支援的方程式,因此設備不支援的感測器輸出可以輕易地轉換成工程單位;具有多工器或通用開關的儀器將很多測試點或感測器連接到測試儀器;幫助確定測量是否在期望的範圍之內的告警功能。

安捷倫34970A和34980A開關/測試產品支援這些功能,在進行實體測量時這些功能對工程師的工作可以提供很大幫助。

基於LXI的新儀器如何幫助測試

符合LXI的新儀器透過提供允許測試設備放置在測試點的標準以及提供簡易的設置和時間觸發機制,能幫助解決這些挑戰。LXI標準的關鍵特性包括:

* 用於連接和通訊方案的乙太網路標準

* 定義驅動器的程式、安全的介面標準

* 從一個網路瀏覽器進行數據存取的儀器網路伺服器(instrument web server)

* 時間與事件同步觸發標準

* 大小、功率、冷卻和LED指示器的實體標準

當進行實體測量時,LXI的乙太網路需求允許儀器連接到網路,這樣儀器將能更靠近被測試的設備,可以在遠端很容易地收集測量值和對測量進行監測。工程師監測在一棟大樓、多棟大樓或者甚至全球的若干個位置中的多個溫度點,可以將LXI儀器放在被測試設備的旁邊,很容易地透過網路將數據發回到中央PC。現在的實體連接更短,減少了整體成本以及噪音干擾對測試的影響。

乙太網路需求也提供了一種到網路的簡單連接。它透過乙太網路標準來定義如何通過網路存取儀器。乙太網路的一些關鍵方面包括動態主機配置協議(DHCP)和動態或手動域名系統(DNS)來分配IP地址,以及可選的Auto-MDIX來自動確定和調整乙太網路電纜線的極性。使用這些標準使其很容易將儀器連接到網路,對於不同的銷售商的實現能保持一致。

圖2:34980A多功能開關/測量設備的儀器網頁。

可以將儀器連接到企業網路實現寬頻存取或者更快的響應時間,或可使用專用的網路。對於個人應用,可以使用交叉線連接到本地電腦。

透過網路瀏覽器存取儀器

儀器網路伺服器(instrument web server)允許透過一個標準的網路瀏覽器對儀器存取。網路伺服器在儀器內,而儀器網頁由儀器提供支援,不需要安裝任何特別的軟體,網頁可以透過不同作業系統中的標準網路瀏覽器查看。

採用儀器網路伺服器,工程師可以打開一個網路瀏覽器,輸入連接到網路的儀器的IP地址,透過網路瀏覽器可以直接存取該儀器。LXI標準定義網頁的最低要求內容。某些儀器提供基本的功能,提供儀器的簡單資訊觀察用於監控目的,而其他產品提供全功能的圖形網頁介面,透過圖形網路介面可以完全存取和控制儀器。

安捷倫34980A多功能開關/測量系統得到了LXI協會的認證,透過圖形網頁介面提供了對儀器的完全測量和控制功能。一旦透過圖形網頁介面設立了對儀器的接取,可以很容易地對儀器進行測量設置、執行並解決問題。以溫度測量和設置為例,簡單地打開DMM配置窗口,選擇期望的測量功能(見圖3)。

34980A透過允許每個通道被配置用於某個特定的測量,提供了很容易的測量設置。34980A支援AC/DC電壓,2線和4線阻抗、頻率、週期和AC/DC電流。34980A還直接支援溫度感測器,感測器的變換在儀器內部實現。

同樣,因為34980A支援透過網路瀏覽器的儀器存取和控制,能輕易地實現不同地點之間工程師的合作:如果測試上存在問題,在不同地點的工程師可以登錄到儀器的網頁,監控或者改變產品的配置;進行測試並且無須一定在儀器旁邊就能解決問題,這種介面可以用登錄密碼來進行保護。34980A網頁介面還支援產生報告來發現儀器的狀態和系統開關、發送/接收SCPI命令以及監控匯流排上的流量。

基於時間或者事件測量的觸發標準

透過規定三類LXI儀器,LXI的觸發要求允許更靈活的儀器觸發。C類儀器是基本類產品,包括LAN發現、配置、網路介面和實體標準的基本內容。LXI定義了LAN事件封包,C類儀器對這個事件封包的實現是可選的。這些封包可以觸發儀器,就像任何其他觸發一樣。儀器發送這個封包來顯示在儀器或者被測設備上產生了一些事件。例如,一個測試設備可以告訴掃描儀透過網路快速、高效地進入到下一個通道。

B類儀器要求支援LXI LAN事件和觸發,並增加了對IEEE 1588的需求。IEEE 1588提供了在儀器中準確同步即時時脈的一種方法。採用IEEE 1588時脈,儀器可以對測量加入時戳(time-stamp),或者可以在將來被配置成對觸發進行響應。這允許對等的和多播(單對多)通訊,可以讓一個儀器告訴其他儀器在什麼時候開始或者停止一個測量。這對於分佈式數據採集來說非常有用,這種應用中在多個位置的測量需要被同步並加入時戳。

A類儀器具有C類和B類儀器的所有要求,但是增加了一個針對相互鄰近放置的儀器的低等待時間硬體觸發匯流排。這種情況是基於事件的觸發,為工程師提供對觸發的快速響應,這對於那些需要幾乎即時響應的情況來說是非常重要的。

銷售商正開發IEEE 1588解決方案,這種新觸發標準使得對多個設備進行同步成為可能,即使這些設備位於不同的地方。

本文小結

採用今天的儀器一些實體測量挑戰可以很容易地解決,這些儀器能直接支援感測器,具有相關的軟體、支援的公式和警報。使用基於LXI的儀器還具有下面的好處:

* 一種多個銷售商支援的產業標準,測試開發快速而簡單,能保證相容性和測試壽命。

* 很容易將儀器放在網路上,靠近被測設備。對於分佈式數據採集來說非常有用,可以監控在多個地方的測試。

* 易於連接到網路,具有已定義好的標準,不同銷售商之間的實現具有一致性。

* 透過標準的網路伺服器,方便對測量進行存取,這對於對遠端的監控測試來說非常有用。一些儀器支援完全的測量控制,允許簡單的測試設置,透過網路瀏覽器與其他的工程師一起解決問題。

* 在觸發上具有更多的靈活性,允許基於時間或者基於事件觸發的測量同步。利用基於時間的觸發可以很容易地實現在多個地點的儀器同步。

作者:Sheri DeTomasi

開關/測量產品經理

安捷倫科技




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