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声发射采集卡

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声发射采集卡

PXDAQ16172G高精度(16bit)高速率(10M)4通道千兆网声发射采集

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产品介绍

 PXDAQ16172G网络声发射采集器是鹏翔科技为分布式和远程采集检测而开发的一款高精度高速率的声发射采集卡,该卡具有16bit采样精度和每通道10M/S的采样率,采用标准的千兆网接口,数据通过率高达64MB/s,是迄今为止世界上首台千兆网声发射采集器。除了硬件提取特征参数和声发射波形外,还可实时传输波形流,最适合大学,研究所和锅特检机构的分布式和远程声发射应用。

PXDAQ16172G网络声发射采集器的主要参数
声发射通道数:4通道;
采样精度:16bit;
采样率:每通道10Msps;
信号带宽:1kHz~2MHz;
传输带宽:64MB/s;
总线接口:千兆网口;
供电:DC12V 或POE供电;
同步方式:网线同步(最长100米)或GPS授时同步可选;
功耗:正常功耗10W(极限功耗20W);
传感器测试:AST功能(需配合带AST功能的前置放大器实现);
运行平台:跨平台(ARM9内核运行Linux系统);
IP地址:可远程设置IP,前面板上6位LED显示IP地址;

大致来说,声发射仪器经历了四个阶段的发展,也可认为前面经历了四代声发射仪。
第一阶段,1965年,美国Dunegan推出了首台商业化的声发射仪,一直到1983年基本都是纯模拟技术实现的声发射仪,也是第一代声发射仪,信号带宽100kHz-1MHz;

第二代声发射仪,1983~1994年,美国PAC的SPARTAN-AT开始引入微处理器,并将声发射系统模块化,部分数字化,信号带宽提高到100kHz~1.2MHz;

第三代声发射仪,1994~2003年,美国DW、美国PAC和德国Vallen将声发射仪全面数字化,声发射传感器接收到的信号经过放大器放大之后直接经AD变换器专为数字信号,然后用数字电路硬件提取特征参数,并按照PDT、HDT、HLT等时间常数来提取声发射波形,信号带宽拓宽到1kHz~2MHz;

第四代声发射仪,2003~2015年,美国PAC将18bit的高速ADC引入PCI总线声发射卡,开启了18bit的高精度采集,除了特征参数和波形外,还启用了包含全部原始信息的波形流功能。在此期间,USB接口的声发射仪也开始出现,并逐步从USB2.0发展到USB3.0,总线传输速度也从40MB提高到400MB,信号带宽提高到1kHz~3MHz;

虽然第四代声发射仪拥有了18bit高采样精度以及高采样率,但由于PCI或USB总线的带宽限制,只能传输声发射特征参数和根据PDT、HDT和HLT提取的有限的声发射波形,大部分的原始波形流数据都只能丢失而无法上传到计算机。或者是以有限的带宽来传输部分波形流,譬如单块PCI卡的总采样率不超过10M时可以传输波形流。而声发射研究的信号频率逐渐提高(日本富士公司甚至推出了10MHz频率的声发射传感器REF10M),使得采样率也逐步提高,而且传统的特征参数和声发射特征波形的分析方法无法满足用户日益增长的研究需求,因此提高声发射卡的带宽迫在眉睫。于是鹏翔科技从2009年开始封闭式研发,并在2015年底推出了PCIE总线的声发射卡,单卡8通道,每通道18bit30M采样,频率带宽高达1kHz~5MHz,且采用PCIE x8倍速传输,板卡传输带宽高达2.6GB/s,第四代声发射仪存在的传输瓶颈得到解决。除了声发射特征参数和波形的硬件实时提取之外,波形流功能也得以不受带宽限制的全速采集和实时传输。同时,适合分布式检测的千兆网接口的网络声发射仪开始出现,并将逐步向万兆光纤传输发展,实现远距离的分布式声发射检测。同时声发射仪器的信号带宽提高到1kHz~5MHz,这也意味着第五代的声发射仪开始大量投入市场应用并逐渐得以普及。

每台PXDAQ16172G网络声发射采集器拥有4个独立的声发射同步采集通道,最多支持64台采集器组网同步采集,接上64口交换机上即可实现256通道的声发射仪。采集器面板上还有6位LED指示本机的IP地址,而且每个采集器的IP地址可远程修改。且采集器内部独立运行Linux系统,可以跨平台使用。是一个标准的网络设备,而不仅仅是使用千兆瓦口来传输数据。

PXDAQ16172G网络声发射采集器采用了高集成、高密度的10层PCB结构,具有16位的高精度,每块卡4个通道,每通道10M的采样率,并且采用了标准的千兆网接口,是迄今为止性能最为强大的网络声发射采集器。由于其具有高性能、低噪声、跨平台等特点,是最适合大学、研究所和检测机构应用的网络声发射采集设备。

由于采用了Xilinx公司的Z7高性能FPGA,PXDAQ16172G网络声发射采集器能硬件实时提取十多种声发射特征参数,分别是:幅度amplitude、能量energy、振铃计数counts、门槛threshold、上升时间rise time、持续时间duration、相位信号、峰值计数counts to peak、信号均方根值RMS、平均信号电平ASL、循环计数cycle counter、阻尼damping……

PXDAQ16172G网络声发射采集器除了实时提取特征参数和根据PDT、HDT和HLT时间常数来提取声发射波形外,还可以64MB/s的速度实时传输和存储声发射数据文件。

由于规模化经营和批量化生产,鹏翔科技是国内为数不多的满足ISO9001质量标准(证书编号:00116Q310156R0S/4300)的声发射技术公司。PXDAQ16172G网络声发射采集器为高集成、高密度、多层(10层)PC卡,板卡的设计、自动贴片、回流焊、组装、检测等所有工作都由本公司独立完成。下图为生产这种卡的表面贴装技术(SMT)生产线和可靠性测试的部分设备。

 

技术参数
 PXDAQ16172G高精度高速率4通道千兆网声发射采集器技术参数一览表

电气参数
声发射通道 通道数 4通道/板
  AD采样精度 16bit(最小量化台阶为305微伏)
每通道最大采样率 10MSPS
信号频率带宽 1kHz~2MHz
数据通过率 64MB/s(千兆网接口)
信号输入范围 ±10
动态范围 >85dB
最低门槛 15dB
最大功耗 20W
输入阻抗 50Ω或1000Ω(通过拨码开关选择)
向前置放大器供电 28V(限流83mA,通过拨码开关选择供电与不供电)
AST功能 自动传感器测试(需前置放大器配合)
信号处理 AE信号增益 0dB或6dB增益程控可选
  模拟滤波器 4个高通和4个低通滤波器可任意组合
  4个高通(1kHz、20kHz、100kHz、200kHz)
4个低通(100kHz、200kHz、500kHz、2MHz)
数字滤波器 6个上限值和4个下限值可组合为45个滤波频段
  6个上限值(100k/200k/400k/800k/1.2M/2MHz)
4个下限值(20k/100k/200k/400k)
采样率设置 100k、200k、500k、1M、2M、5M、10MSPS
最大信号幅度 100dB(ASL 99dB)
特征参数提取 到达时间、门槛、幅度、持续时间、能量、峰值计数、
振铃计数、上升时间、阻尼、RMS、ASL、相位……
 
声发射波形提取 根据PDT、HDT、HLT三个时间常数来提取
原始波形流 4个通道,单板52MB/s波形流采集并实时传输
外参数通道 通道数 4通道/卡,多板可累加使用
  AD采样精度 16bit(最小量化台阶为305微伏)
每通道采样率 100kSPS
信号输入范围 ±10V、±1V、±0.1V、±0.01V,程控可选
时间驱动的数据率 1 ~600毫秒,程控可选
电压时间门 第1个外参数通道可用电压时间门功能
辅助I/O 数字I/0 4通道数字信号输入/输出
  循环加载疲劳计数 数字IO通道1~4中的任一输入通道
触发输入输出 第3个数字通道
音频输出 软件控制的外差混频器,可对外输出音频信号
撞击指示灯 前面板自带LED指示
物理及环境参数
  采集器尺寸 全铝外壳(宽134mm x 深124mm x 厚46mm)
重量 含外壳765g(裸板166g)
声发射通道连接器 BNC *4
外参数通道连接器 DB15(需使用DB15-BNC转接线,其中4路模拟输入,4路数字IO)
工作温度 0~+55℃
存储温度 -20~ +60℃
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常见问答

Q1:PXDAQ16172G网络声发射采集器的精度是多少位,如何验证?

A1:PXDAQ16172G声发射采集器的精度是16位的,除了查看板卡上的ADC芯片型号外,还可将PXAES软件的门槛设为0,然后空采,再将声发射波形转为txt文本格式,可以看到最小值为305微伏,也就是16bit的最小量化台阶,即可验证ADC的采样精度。而且PXDAQ16172G声发射采集器电路板上的每一个芯片都没有打磨,所有参数指标都经得起推敲和验证。

Q2:PXDAQ16172G网络声发射采集器的采样率是多少,如何验证?
A2:PXDAQ16172G声发射采集器每通道的采样率是10MSPS,除了查看板卡上的ADC芯片型号外,还可用PXAES软件来连续采集正弦波,将采样率设为10M,连续采集一定时间段,再查看存储的数据大小,即可推算出单通道的采样率。而且PXDAQ16172G声发射采集器每个通道是独立的AD,可以64MB/s的带宽实时传输与存储。

 Q3:PXDAQ16172G网络声发射采集器的信号频率带宽是多少,如何验证?
A3:PXDAQ16172G网络声发射采集器的信号频率带宽是1kHz~2MHz,除了查看板卡上的模拟滤波器芯片型号外,还可用PXAES软件来实际采集2MHz的信号看波形是否有失真。虽然根据奈奎斯特采样定理采样率只需达到信号最高频率的两倍即可采集信号,但实际上需要5倍频甚至10倍频才能保证信号的不失真,因此PXDAQ16172G将采样率设为10M,在采集2MHz信号时可以达到5倍频,因而保证了声发射信号的高保真。

Q4:PXDAQ16172G网络声发射采集器的声发射特征参数是硬件提取的吗,具体可提取哪些声发射参数?
A4:PXDAQ16172G网络声发射采集器采用了Xilinx公司的Z7高性能FPGA,可硬件实时提取十多种声发射特征参数:幅度amplitude、能量energy、振铃计数counts、门槛threshold、上升时间rise time、持续时间duration、相位信号、峰值计数counts to peak、信号均方根值RMS、平均信号电平ASL、循环计数cycle counter、阻尼damping……

Q5:PXDAQ16172G网络声发射采集器除了特征参数外,还可提供什么声发射信号数据?
A5:PXDAQ16172G网络声发射采集器除了特征参数外,还可根据PDT、HDT和HLT时间常数来提取声发射波形,并且可以64MB/s的速度实时传输并存储原始的波形流文件。因为PXDAQ16172G采用了千兆高速以太网总线,实际的数据传输带宽高达64Mb/s,是USB总线所无法达到的。

Q6:PXDAQ16172G网络声发射采集器支持多台同时使用吗?
A6:PXDAQ16172G网络声发射采集器采用千兆网口的初衷就是面向网络化的分布式应用,支持交换机下并行同步采集,采集器面板上还有6位LED指示本机的IP地址,而且每个采集器的IP地址可远程修改。且采集器内部独立运行Linux系统,可以跨平台使用。是一个标准的网络设备,而不仅仅是使用千兆瓦口来传输数据。


Q7:PXDAQ16172G可以两台联机同步采集吗?最多支持多少台采集器同步采集?
A7:PXDAQ16172G后面板上除了一个数据传输与控制的千兆以太网接口外,还有两个用于时钟同步的网口,可以实现2台距离在100米以内的同步。如果更远距离,可以选择带GPS授时同步的型号。最多可支持64台设备组网同步采集,也就是实现256通道的同步采集。采集器面板上的6位LED指示灯以二进制的方式来显示本机的IP地址。


Q8:PXDAQ16172G网络声发射采集器的功耗如何,怎样供电?
A8:PXDAQ16172G网络声发射采集器采用低功耗设计,整机正常功耗在10W以内,极限功耗为18.6W(输入连续不断的大幅度的高频信号)。可采用12V电源适配器供电(或电池供电),或采用POE供电方式。


Q9:PXDAQ16172G网络声发射采集器支持二次开发吗?
A9:PXDAQ16172G网络声发射采集器除了支持标准的声发射系统软件(PXAES)和事后波形流分析软件(PXAES-POST)外,还提供了PXDAQ16172G的底层开发环境(SDKLabview-16172G)选配,即C语言动态连接库SDK及用于Labview开发的驱动程序。用户可根据不同需要开发出专用的实时采集处理系统。

Q10:PXDAQ16172G网络声发射采集器体积多大,是否提供OEM服务?
A10:PXDAQ16172G网络声发射采集器采用了10层PCB高密度设计,微型全铝外壳,尺寸仅为:宽134mm x 深124mm x 高46mm,非常适合分布式或远程声发射检测。也可向行业用户提供不含机壳的OEM服务(两块PCB堆叠设计,PCB尺寸120mm*110mm)。

Q11:PXDAQ16172G网络声发射采集器的质量标准与电磁兼容性能如何?
A11:鹏翔科技取得了ISO质量认可(证书编号:00116Q310156R0S/4300),包括PXDAQ在内的全系列声发射产品均自行生产(公司自行购置SMT自动贴片生产线),产品质量稳定可靠。而且在设计之初就考虑了严苛的电磁兼容标准,如有需求,我们可提供技术协助来配合客户完成电磁兼容认证。

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