基于LXI的仪器实现物理测量的优点

 

　　像温度、应力、压力和流量等物理测量广泛应用在工业和控制等领域中，这些物理测量的实现常常需要面对测量准确性、测量位置分散、测量的连线等诸多问题。基于LXI标准的新仪器允许测试设备放置在测试点以及提供简易的设置和时间触发机制，能有效解决或改善这些问题。

　　物理测量经常用在设计验证、监测和控制应用中以确定物理参数，例如温度、应力、压力和流量。这些物理测量采用传感器将物理现象转换成电压、电阻或者频率，然后通过某种测量设备对这些电信号进行测试。这些物理测量相关的一些挑战包括：测量的准确性、测量的位置、测量的物理连线、测量的设置与执行。

　　工程师在数据采集时通常需要采集和分析来自多个位置的数据。例如，工程师需要监测和控制大楼中不同位置的温度，化学工程师可能需要监测和控制像汽油或者饮料等流体的流动。这些类型的测量一般需要到不同测量位置的长连接线，或者安装在不同位置的测量设备。使用长的连接线通常需要很高的成本，可能因为外部噪声对微弱的电信号的干扰影响到测量的精度。

　　

 

　　图1：到网络的不同连接方案。

　　将测量设备安装在测量位置处是一种较好的办法。然而，对于上面所述的应用，这要求工程师要么使用很贵的GPIB(通用接口总线)延长器或者在每个测量位置使用一台电脑。或者在某些情况下，工程师手动进行测量，将数据保存在测试设备中，然后再下载到PC中。对于分布式数据采集来说，上面的这些方法都不是理想的方案。

　　测量的设置和执行同样也可能具有挑战性。在设计验证中，工程师通常必须进行物理测试以确保最终的产品将能满足在不同条件下的规范。设计工程师可能测量温度来评估热量的上升、冷却以及在产品外壳内的气流效应，以便能设计出满足要求的风扇。测量的各个方面的定义通常可能非常繁琐，通常会难以记得这个测量是否已经完成。

　　温度是最常见的物理测量。温度测量通过使用热电偶来实现，电阻温度检测器(RTD)或者热敏电阻传感器将温度转变成电压或者电阻，然后通过测试设备(如万用表)测量这个电压或者电阻。热电偶是两个不同金属形成的结，当这个结被加热，热电偶产生一个电压。这个电压与参考结点的电压相比较，差值用来确定相关的温度。RTD和热敏电阻都是基于阻抗的传感器。随着温度变化，传感器的输出电阻相应地改变。传感器的选择应该基于测量的类型以及精度和线性度。

　　几乎任何的万用表都可以用来测量传感器产生的电压或电阻。对于基本的万用表，万用表测量参数值，需要工程师将电压值转换成物理测量值。然而，有一些仪器可以直接支持传感器，包括内部对传感器的补偿和直接显示测试值。

　　除了使用直接支持传感器的仪器外，当今某些仪器(包括万用表)中一些额外功能能帮助解决这些挑战。这些功能包括：帮助仪器设置与实现的软件;支持的方程式，因此设备不支持的传感器输出可以轻易地转换成工程单位;具有复用器或通用开关的仪器将很多测试点或传感器连接到测试仪器;帮助确定测量是否在期望的范围之内的告警功能。

　　

 

　　图2：34980A多功能开关/测量设备的仪器网页。

　　安捷伦34970A和34980A开关/测试产品支持这些功能，在进行物理测量时这些功能对工程师的工作可以起到很大帮助。

　　基于LXI的新仪器如何帮助测试

　　符合LXI的新仪器通过提供允许测试设备放置在测试点的标准以及提供简易的设置和时间触发机制，能帮助解决这些挑战。LXI标准的关键特性包括：

　　* 用于连接和通信方案的以太网标准

　　* 定义驱动器的编程、发现与安全的接口标准

　　* 从一个网络浏览器进行数据访问的仪器网络服务器(instrument web server)

　　* 时间与事件同步触发标准

　　* 大小、功率、冷却和LED指示器的物理标准

　　当进行物理测量时，LXI的以太网需求允许仪器连接到网络，这样仪器将能更靠近被测试设备放置，可以在远端很容易地收集测量值和对测量进行监测。工程师监测在一栋大楼、多栋大楼或者甚至全球的若干个位置中的多个温度点，可以将LXI仪器放在被测试设备的旁边，很容易地通过网络将数据发回到中央PC。现在的物理连接更短，减少了整体成本以及噪声干扰对测试的影响。

　　以太网需求也提供了一种到网络的简单连接。它通过以太网标准来定义如何通过网络访问仪器。以太网的一些关键方面包括动态主机配置协议(DHCP)和动态或手动域名系统(DNS)来分配IP地址，以及可选的Auto-MDIX来自动确定和调整以太网电缆线的极性。使用这些标准使其很容易将仪器连接到网络，对于不同的销售商的实现能保持一致。

　　可以将仪器连接到企业网络实现宽带访问或者更快的响应时间，可以使用专用的网络。对于个人应用，可以使用交叉线连接到本地电脑。

　　

 

　　图3：温度监控应用的一个页面示例。

　　通过网络浏览器访问仪器

　　仪器网络服务器(instrument web server)允许通过一个标准的网络浏览器对仪器访问。网络服务器在仪器内，而仪器网页由仪器提供支持，不需要安装任何特别的软件，网页可以通过不同操作系统中的标准网络浏览器查看。

　　采用仪器网络服务器，工程师可以打开一个网络浏览器，输入连接到网络的仪器的IP地址，通过网络浏览器可以直接访问该仪器。LXI标准定义网页的最低要求内容。某些仪器提供基本的功能，提供仪器的简单信息观察用于监控目的，而其他产品提供全功能的图形网页界面，通过图形网络界面可以完全访问和控制仪器。

　　安捷伦34980A多功能开关/测量系统得到了LXI协会的认证，通过图形网页界面提供了对仪器的完全测量和控制功能。一旦通过图形网页界面建立了对仪器的接入，可以很容易地对仪器进行测量设置、执行并解决问题。以温度测量和设置为例，简单地打开DMM配置窗口，选择期望的测量功能(见图3)。

　　34980A通过允许每个通道被配置用于某个特定的测量，提供了很容易的测量设置。34980A支持AC/DC电压，2线和4线阻抗、频率、周期和AC/DC电流。34980A还直接支持温度传感器，传感器的变换在仪器内部实现。

　　同样，因为34980A支持通过网络浏览器的仪器访问和控制，能轻易地实现不同地点之间工程师的协作：如果测试上存在问题，在不同地点的工程师可以登录到仪器的网页，监控或者改变产品的配置;进行测试并且无须一定在仪器旁边就能解决问题，这种界面可以用登录密码来进行保护。34980A网页界面还支持产生报告来发现仪器的状态和系统开关、发送/接收SCPI命令以及监控总线上的流量。

　　基于时间或者事件测量的触发标准

　　通过规定三类LXI仪器，LXI的触发要求允许更灵活的仪器触发。C类仪器是基本类产品，包括LAN发现、配置、网络界面和物理标准的基本内容。LXI定义了LAN事件包， C类仪器对这个事件包的实现是可选的。这些包可以触发仪器，就像任何其他触发一样。仪器发送这个包来表明在仪器或者被测设备上发生了一些事件。例如，一个测试设备可以告诉扫描仪通过网络快速、高效地进入到下一个通道。

　　

 

　　B类仪器要求支持LXI LAN事件和触发，并增加了对IEEE 1588的需求。IEEE 1588提供了在仪器中准确同步实时时钟的一种方法。采用IEEE 1588时钟，仪器可以对测量加入时戳(time-stamp)，或者可以在将来被配置成对触发进行响应。这允许对等的和多播(单对多)通信，可以让一个仪器告诉其他仪器在什么时候开始或者停止一个测量。这对于分布式数据采集来说非常有用，这种应用中在多个位置的测量需要被同步并加入时戳。

　　A类仪器具有C类和B类仪器的所有要求，但是增加了一个针对相互邻近放置的仪器的低等待时间硬件触发总线。这种情况是基于事件的触发，为工程师提供对触发的快速响应，这对于那些需要几乎实时响应的情况来说是非常重要的。

　　销售商正在开发IEEE 1588解决方案，这种新触发标准使得对多个设备进行同步成为可能，即使这些设备位于不同的地方。

　　本文小结

　　采用今天的仪器一些物理测量挑战可以很容易地解决，这些仪器能直接支持传感器，具有相关的软件、支持的公式和报警。使用基于LXI的仪器还具有下面的好处：

　　* 一种多个销售商支持的行业标准，测试开发快速而简单，能保证兼容性和测试寿命。

　　* 很容易将仪器放在网络上，靠近被测设备。对于分布式数据采集来说非常有用，可以监控在多个地方的测试。

　　* 易于连接到网络，具有已定义好的标准，不同销售商之间的实现具有一致性。

　　* 通过标准的网络服务器，方便对测量进行访问，这对于对远端的监控测试来说非常有用。一些仪器支持完全的测量控制，允许简单的测试设置，通过网络浏览器与其他的工程师一起解决问题。

　　* 在触发上具有更多的灵活性，允许基于时间或者基于事件触发的测量同步。利用基于时间的触发可以很容易地实现在多个地点的仪器同步。