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引言

在车辆研制过程中需要进行各种试验，本系统是履带车综合性能试验台的测试子系统。试验台主要用于履带车整车热平衡试验，试验方案是在GB/T 12534-90《汽车道路试验方法通则》、GB/T12542-2009《汽车热平衡能力道路试验方法》的基础上制定的，基本测试数据包括：发动机的运行参数—转速、油耗、排气温度；测功器的运行参数—转速、扭矩、功率；各散热器的运行参数—流量、进口温度、出口温度、进口压力、出口压力；另外，需要对整车关键部位的振动、应变及车内、外指定位置的噪声等进行测量。另外，还需要配备CAN总线及数字I/O模块，以满足直接读取车辆ECU数据及现场控制功能。

测试系统构建

在试验中，涉及多种不同类型的测试参数。不同数据采集方式以及要求各异的数据分析能力，例如温度、压力等缓变信号要求准确性很高；转速及流量需要频率量采集卡进行采集；而振动、应变、噪声信号需要用专业的大动态范围信号采集卡采集，且采样频率要求很高，并需要进行实时频谱分析等。不同类型参数采集及分析相互独立，但数据结果往往又相互联系，因此对系统集成具有较高的挑战性。本系统采用CPCI总线，在CPCI这种先进、统一的测量测试平台上，利用东方所自行研制的同步背板，实现各模拟输入通道之间的高速同步采集。系统的整体框图如图1所示。高速模拟输入通道采用东方所研制的INV3018G 24位高性能数据采集卡；计数器及数字I/O采用台湾研华的MIC-3780板卡；CAN通讯模块采用研华MIC-3680板卡；以上板卡都是符合CPCI V2.0，R3.0规范，支持热插拔，可插入东方所INV3020DCPCI机箱的扩展槽中。而热电阻及热电偶等温度信号的采集采用了台湾研华的ADAM6018隔离热电偶输入模块和ADAM6015隔离热电阻RTD输入模块。

（1）电压、电桥、ICP测量

采用东方所的INV3020D型24位高性能CPCI采集系统。

CPCI技术是在PCI技术基础之上经过改造而成，具体有三个方面：一是继续采用PCI局部总线技术；二是抛弃PCI传统机械结构，改用经过20年实践检验了的高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求；三是抛弃PCI的金手指式互连方式，改用2mm密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力。

CPCI所具有高开放性、高可靠性、可热插拔（Hot Swap），使该技术除了可以广泛应用在通讯、网络、计算机电话等，也适合实时系统控制、产业自动化、实时数据采集、军事系统等需要高速运算、智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。

INV3020D型CPCI机箱具备13个扩展插槽，插入11块INV3018G型24位4路采集卡，组成44个测试通道，充分满足了电压、电桥、ICP测量通道的测试要求，再利用 2个扩展插槽，作计数器、CAN控制卡扩展用。

（2）温度采集

本系统要求采集不少于8通道热电偶，不少于48通道RTD温度传感器pt100，如果这些温度测量采用传统的模拟通道采集，将极大地增加系统模拟口的需求，降低系统的可扩展性，同时考虑到温度的变化速率相对比较慢，本方案采用ADAM-6015/6018智能以太网输入模块，按照网络分布式循环采集的方式采集温度。另外可把输入模块放置到温度测点相邻位置，减少温度测点与输入模块间的线缆长度，而输入模块跟网络交换机通过网络连接，极大地增加了系统可靠性，并降低了干扰。

（3）计数器输入/数字I/O

采用MIC-3780/3型CPCI计数器/定时器卡

8个独立的16位计数器，8个可能编程时间源，8路数字TTL信号输入/输出，高达20 MHz输入频率，可选的多个计数器时钟源，可编程计数器输出，计数器门控功能，灵活的中断源选择，板卡MIC-3780是一款用于CPCI系统的通用多通道计数器/定时器卡。本卡采用AM9513模块，通过CPLD实现计数器/定时器功能。此外，它还提供16位计数器通道和8位数字输出/输入。其强大的计数功能将完全满足现场控制之需。

（4）CAN总线通道

采用CPCI标准的CAN 通讯卡—MIC-3680，支持热插拔。

MIC-3680 具有热插拔功能的 2 个CAN端口，提供 2,500VDC 的光电隔离保护，集成 CAN 控制器分布在不同的位置，因此该卡支持两个端口同时控制两个独立的 CAN 网络。

CAN 支持多个主站，可以实时响应传感器和执行器信号，提供总线仲裁及查错功能，可以在检查到错误时自动重发数据，为关键任务的通讯网络提供了强大的扩展功能。

（5）电压、电桥、ICP测量

使用INV3020D型24位高性能CPCI采集系统，配套INV3018G采集卡，其输入方式有三种：电压DC、电压AC、ICP，程控可选。

桥压测量采用INV1861型便携式8通道应变调理器（本方案配备3台，组成24通道桥压测试系统），用于应变片或其他桥压型传感器的信号调理。该调理器体积小，重量轻，出色的抗电磁干扰特性，使用非常方便。它采用压接式插排，方便导线接入；同时，应用短路开关，准确迅速设定桥路连接方式。自动预平衡和多种桥压选择使应变测试准确快速进行。

测试系统的主要特点

（1）高度集成

所有测试功能集成于一套INV3020D系统中，可以同时进行振动、噪声、应变、温度、压力、油耗、转速、CAN等多种动静态信号的测量。

（2）高性能

模拟量通道为国际先进的24bit采集精度，120dB动态范围，抗混叠滤波衰减陡度超过300dB/Oct，每通道102.4KHz采样率,海量采集，采集深度仅受硬盘容量限制。

（3）高可靠

INV3020D系统基于CPCI工业总线设计，内置嵌入式电脑、SATA高速硬盘和2个冗余电源，系统稳定可靠，具备优秀的抗震、通风和供电能力。

应变调理具备强抗电磁干扰的能力，不仅可屏蔽汽车、机械等电磁干扰，甚至可屏蔽高速列车、大型轮船、飞机强电磁干扰。

（4）先进性

具备多项国际领先和先进的技术，包括CPCI扩展时钟同步技术、VTB变时基、AVD三测量、虚拟扩展采样通道、INV高精度频率计技术等。

如AVD三测量技术，一个振动传感器通过一路采集通道，就可实时连续获得三路信号（振动加速度、速度和位移）。一般的微积分计算在进行在线运算时，由于基线波动和局部噪声，造成接分后信号基线大幅波动和微分后噪声放大等问题，而AVD三测量技术使用领先的全程微积分变换技术而解决上述问题。

INV高精度频率计技术采用先进的YSL算法，可实时获得精确的信号频率、幅值、相位等信息，不受FFT的分辨率和泄漏影响，达到计量级精度，已在计量部门大量使用。

（5）自动化

自动化采集，内置操作系统，可无人值守进行自动定时采样，可通过网络进行远程监控。数据的自动管理和处理能力，具有科学的数据自动命名方法，大量数据可自动化批处理。

功能丰富操作便捷，由于集成在一套系统中，各种参数可以同步测量、统一管理、并行分析。

具备幅域统计、时域、编辑、梳状数字滤波、公式运算、自谱FFT、倍频程CPB、概率、相关、X-Y图、互谱、频响FRF、三维谱阵、时变参量等各种分析方法，先进的高精度频率计、高精度幅值计等，阶次、伯德、全息谱等旋转机械信号分析方法。