NI Compact RIO在海洋环境多物理场测量中的应用

2012-07-21 18:30:22来源: 21ic

  一、引言

  近些年来,随着人类对于海洋开发力度的增加,关于海洋方面的研究越来越广泛深入。相应地,海洋中各种环境物理场也成为了研究关注的焦点。因为对于海洋环境物理场的了解,意味着人们可以更加熟悉海洋,利用其环境物理场的变化规律,使我们在海洋地质勘测、地震预警、海洋捕捞、石油勘探等领域,更加的方便、有效。

  而随着海洋物理场水下物理场测量测试需求的增加,传统的测试手段已经无法满足现在的测量需要,繁多的各物理场采集系统硬件设备测量灵活性差,系统的安全性和可靠性低的缺点,已严重限制了在需要多个环境物理场同时进行测量中的应用。因此,对于一个小型化、智能化、布放便捷的海洋环境物理场测量系统的研究开发已经成为必需。

  二、硬件系统介绍:

  1.系统总体设计思想:

  本系统是基于海洋中多个环境物理场的综合测量方法。海洋环境物理场包括多种物理环境,有传统的声、以及近些年来逐渐引入的磁、电、水压,甚至于刚刚引起关注的光、荧光、地震波,各个物理场均有其特有的特性,这让现有的水下物理场采集系统越来越无法满足测量的需要;对于海洋的环境物理场,单点的测量系统所获取的数据已经无法满

足对于海洋环境物理场测量与分析的需求,而通过水下测量阵的多点探测,可以搜集到测量海域内大量的海洋环境物理场数据,为研究人员准确的确定物理场的参数提供了方便。

  同时,为了预测海洋环境物理场的变化趋势,一个能够长期在水下工作的测量系统也是必须的。对于本系统的设计,需要一个多点采集阵列,通过岸上的PC机,对水下的各个采集点进行控制,各个采集点将采集到的数据通过光纤传送到岸上,进行显示和处理,基于以上几点考虑以及根据海上作业的特殊需要,我们对于本套系统提出的要求是:

  (1)智能化:灵活多样的测量方式,因为水下的多种物理场,其对采样率、采样精度的要求不同;快捷、方便的采集软件,利于程序员调试、测量人员操作;
  (2)小型化:为了方便海上实测、布放的需要,以及对于水密舱的设计需要,小型的采集系统将是我们的首选。

  (3)系统的安全、稳定性:系统可以长期、稳定的进行数据采集工作,这就要求系统水密性高,在海上要适应不同的温度条件,耐水流冲击以及布放时的冲撞,同时,长期工作时的功耗低,散热性好,能够保证系统的稳定工作。
 
  综上考虑,在对多个采集系统进行综合比较分析之后,我们选择了NI公司的NI CompactRIO控制和采集系统。该系统是一种小巧而坚固的工业化控制和采集系统,采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O,缩写为RIO) FPGA技术实现超高性能和可自定义功能。NI CompactRIO包含一个实时控制器与可重新配置的FPGA芯片,适用于可靠的独立嵌入式或分布式应用系统;其多样的热插拔工业I/O模块,内置可直接和传感器/调节器连接的信号调理,均符合大多数海洋环境物理场测量的需要;优良的抗震耐温性能超越了老式的采集系统,保证了测试的可靠性与安全性;小巧的外形,使得系统的体积大大减少,方便了研究人员的海上布放与测量工作;较低的功耗,也使得系统工作的稳定性增强;同时,NI公司的LabVIEW和LabVIEW RT 模块、LabVIEW FPGA模块提供了良好的图形化开发环境,利用LabVIEW软件,可以快捷的设置NI cRIO采集模块的采集属性;对于整个水下测量系统,可以利用NI cRIO系统集成的接口设备以及便捷的软件设置,将水下各个测量点方便的集成在一起,并通过网络,和岸上工作站相连。

  2.硬件简介

  2.1 NI cRIO-9004特性指标:

  配置有一个串口和10/100M自适应以太网接口,由此和其他设备及PC机连接;工作电压范围在11到30V之间,当有8个采集通道同时工作的情况下,功耗只有24W;有512M的存储空间以及64M的DRAM;LabVIEW RT操作系统。

  2.2 NI cRIO-9103特性指标:

  4个模块插槽;3百万门可再配置FPGA系统;196KB RAM;

  2.3 cRIO-9233特性指标:

通道数………4个模拟输入通道
A/D转换精度……………24 bits
数据采样率…………2K/s~50K/s
时钟频率… …………12.8MHz

[1] [2] [3]

关键字:NI  Compact  RIO  海洋环境  物理场测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0721/article_5489.html
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