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[摘要]讨论建立多通道数振动和噪声数据采集系统常用的搭建方式，从时间历程数据采集和实时数据处理两方面，提供了增强系统性能的一些参考方法。
[关键词]数据采集 I-DEAS TEST 数据传输 数据处理
中图分类号：TP2文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120132－01
一、基于PC的多通道数据采集系统
机械产品零部件及整机研制和开发过程中，需要对其进行各种跟振动和噪声相关的试验工作。如果产品结构本身比较复杂，而且需要进行并行采集以得到所需的物理量参数，往往需要高通道数的采集系统才能满足要求。例如要搭建一个对车外辐射噪声源定位的“声学成像”系统，需要64通道甚至更高[1]；对运载火箭有效载荷舱的动力学环境试验需要上百个并行通道；飞机的地面振动试验通常需要数百个通道来采集激励和响应信号[2]。
对于如此多通道数、高速和高性能的测试系统，绝大多数的仪器厂家会选择基于PC的方式来进行数据采集系统的开发和配置。采集前端的数字化模块会把模拟信号转化为数字信号，量化后的数据通过一标准的数据总线，例如VXI或者PXI，然后通过标准接口方式，例如IEEE1394或者MXI-4，把数据传输到主计算机进行信号处理，显示和存盘。有时采集模块会包含专用的信号处理器来减轻主计算机信号处理的负荷。
应用程序与其支持的采集前端需要获取时间历程的数据，这是最基本的功能，有些应用场合需要直接获取对各时间历程进行处理后的数据，例如需要实时处理得到频响函数或者其它谱数据，这两种方式运行时所需求的系统资源不尽相同，分别进行讨论。
二、时间历程数据采集
在工程测试领域中，很多情况需要获取整个事件发生过程所有时间历程的数据，例如，需要对所有数据进行波形分析：
需要首先对时间历程数据进行波形编辑后，再对其后处理。例如需要对采集数据进行数字滤波后进行其它分析。
环境考核试验。例如进行振动、冲击试验，往往必须要获取响应信号的原始时间历程数据。
一次性试验。有的测试只能进行一次，测试完毕后，样件便遭到破坏，此情况强调时间历程数据采集的完整性。
对于时间历程数据采集，首先关心的是系统要能确保在整个获取数据的过程中不会丢失任何的数据块或者采样点。数据采集系统的前端具有很多的缓冲区，主要的原因是一些子系统，例如对时间历程数据存储比数模转换要慢的多，而缓冲器可以带来实时延迟的效果，保证系统的工作不会中断。通过分配足够数量的内存，可以减轻系统数据传输瓶颈部分的压力(例如数据写盘速度)，这对于以很高采样频率采集瞬间数据是很有价值的。
有的试验数据采集时间不确定或者比较长，例如振动台随机或者正弦激励环境试验，有时需要一次采集30分钟的响应数据甚至更长。我们对I-DEAS TEST软件与NI4472组成的64通道数据采集系统进行了数据传输速率方面的考核, 考核结果验证了一些提高总体系统数据传输速率的方法，这些方法也适用于 I-DEAS TEST与VT1432或者其它前端组成的数据采集系统。系统的现场照片和配置如图1。
因为硬盘写数据时寻道时间参数的限制，系统的数据传输的瓶颈往往在数据的写盘速度上, 通常采用高速硬盘和更快标准硬盘接口来解决这个问题，在此系统里采用磁盘阵列的方式使硬盘数据写盘速率得到增强, 系统在采样频率51.2KSa/sec下可以进行持续不停数据写盘，此时整体数据传输带宽大于9.83Mbyte/sec。
调整每帧的数据大小。在采集时间历程数据的时候，设置更大的帧会使系统保持更高的性能，因为传输数据块所需的通讯指令请求会变少。
增加共享内存值。I-DEAS TEST在数据采集中有一项为设置分配时间历程或者谱数据存盘前的共享内存大小，如果把这一项关掉，内存限制就会取消，系统自动分配采集所需要的共享内存空间[3]。
非分区硬盘，这样可以保证有连续的硬盘空间来存储数据。
最小化磁盘存储空间的碎片：大量的磁盘散乱的扇区会显著降低存盘速度。
增加自由存储空间：Ｗindows操作系统在磁盘空间快满的情况下会变的很慢，即使我们有足够的磁盘和完整的扇区来运行，性能也会降低很大。卸载或者删除一些数据来释放空间，并且对新的空间运行磁盘碎片整理程序。
三、实时数据处理
实时数据处理是指在数据采集的同时进行信号处理任务，实时数据处理所需资源跟时间历程采集不同，实时数据处理对数据传输性能要求不明显，主要强调的是信号处理能力。典型的分析方法包括快速傅立叶变换，倍频程分析等。实时信号处理主要有两种方式：主机信号处理和专用信号处理，此两种方式各有各自相对的优势和缺点。
基于主机的信号处理是把计算机作为处理器，利用PC作为处理器具有信号分析的最大灵活性，同时，基于PC的处理器可以充分享有计算机高速发展带来的好处，可以在原代码不变的情况下对通道数量进行增加或者扩展带宽。但是，在PC处理数据需要占用很大资源的情况下，同时进行的其它的操作或者运行程序会降低实时处理的性能，通道数量的增加也会对主机处理器的性能要求更高。
有的数据采集板卡上带有专用信号处理器(DSP)，在实时处理的时候这些处理器专门用来进行信号的处理，这样可以显著降低计算机的工作负荷，而且对于带有专用信号处理器的系统来说，通道数量的增加不会影响到系统实时处理的性能。当然，专用处理器也有其不方便的一面，例如专用处理器通常只具有有限的定义的函数，很难对其改变或者增加。专用处理器的产品更新也非常慢，随着时间的推移，有时技术会过时而很难及时的开发出新的产品。
因为计算机的发展和一些数据采集及处理软件的开发，对振动和噪声信号进行数据采集，这两种实时数据处理方式的差别已经难区分。I-DEAS TEST提供的数据采集和处理模块组，无论我们采用的是主机信号处理方式的采集板卡还是带有专用信号处理器的采集板卡，均可以使你计算机成为一个功能更加强大的动态信号分析仪。
如果我们对系统进行通盘考虑，并考虑那些通常对于仪器厂家认为是在他们控制范围之外的系统因素，完全可以在一定的条件下使系统的实时处理性能得到提高几个等级。
最常用的几种调整方法：1．关闭数据处理时不需要运行的计算机应用程序；2．减少需要执行I/O操作的指令，例如打印，从硬盘读写数据，或者
进行网络通讯；3．关闭其它占用系统内存的应用程序，有的应用程序比较占系统资源，导致I-DEAS TEST借助于利用虚拟内存；4．升级到多处理器的计算机，I-DEAS TEST 是一个多线程应用程序，可以充分利用附加处理器的空闲时间。Windows操作系统会自动分配线程以优化其使用效率[3]。
四、结束语
本文从时间历程数据采集和实时信号处理两个方面，对如何充分发挥系统的性能进行了分析，此类系统的使用者可以依此作为参考进行系统使用和维护。
参考文献：
[1]Alun Crewe,“Real-Time Pass-by Noise Source Identification Using a Beam-Forming Approach”,2002 Society of Automotive Engineers, Inc.
[2]杨文岐、李晓东、齐丕骞、杜修德，VXI-640 GVT测试系统及工程应用，《测控技术》2005.24(6):25-27.
作者简介：
孙德林，男，汉族，山东省莱阳市，鲁东大学交通学院，硕士，助教，主要研究方向：振动和噪声。
[关键词]数据采集 I-DEAS TEST 数据传输 数据处理
中图分类号：TP2文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120132－01
一、基于PC的多通道数据采集系统
机械产品零部件及整机研制和开发过程中，需要对其进行各种跟振动和噪声相关的试验工作。如果产品结构本身比较复杂，而且需要进行并行采集以得到所需的物理量参数，往往需要高通道数的采集系统才能满足要求。例如要搭建一个对车外辐射噪声源定位的“声学成像”系统，需要64通道甚至更高[1]；对运载火箭有效载荷舱的动力学环境试验需要上百个并行通道；飞机的地面振动试验通常需要数百个通道来采集激励和响应信号[2]。
对于如此多通道数、高速和高性能的测试系统，绝大多数的仪器厂家会选择基于PC的方式来进行数据采集系统的开发和配置。采集前端的数字化模块会把模拟信号转化为数字信号，量化后的数据通过一标准的数据总线，例如VXI或者PXI，然后通过标准接口方式，例如IEEE1394或者MXI-4，把数据传输到主计算机进行信号处理，显示和存盘。有时采集模块会包含专用的信号处理器来减轻主计算机信号处理的负荷。
应用程序与其支持的采集前端需要获取时间历程的数据，这是最基本的功能，有些应用场合需要直接获取对各时间历程进行处理后的数据，例如需要实时处理得到频响函数或者其它谱数据，这两种方式运行时所需求的系统资源不尽相同，分别进行讨论。
二、时间历程数据采集
在工程测试领域中，很多情况需要获取整个事件发生过程所有时间历程的数据，例如，需要对所有数据进行波形分析：
需要首先对时间历程数据进行波形编辑后，再对其后处理。例如需要对采集数据进行数字滤波后进行其它分析。
环境考核试验。例如进行振动、冲击试验，往往必须要获取响应信号的原始时间历程数据。
一次性试验。有的测试只能进行一次，测试完毕后，样件便遭到破坏，此情况强调时间历程数据采集的完整性。
对于时间历程数据采集，首先关心的是系统要能确保在整个获取数据的过程中不会丢失任何的数据块或者采样点。数据采集系统的前端具有很多的缓冲区，主要的原因是一些子系统，例如对时间历程数据存储比数模转换要慢的多，而缓冲器可以带来实时延迟的效果，保证系统的工作不会中断。通过分配足够数量的内存，可以减轻系统数据传输瓶颈部分的压力(例如数据写盘速度)，这对于以很高采样频率采集瞬间数据是很有价值的。
有的试验数据采集时间不确定或者比较长，例如振动台随机或者正弦激励环境试验，有时需要一次采集30分钟的响应数据甚至更长。我们对I-DEAS TEST软件与NI4472组成的64通道数据采集系统进行了数据传输速率方面的考核, 考核结果验证了一些提高总体系统数据传输速率的方法，这些方法也适用于 I-DEAS TEST与VT1432或者其它前端组成的数据采集系统。系统的现场照片和配置如图1。
因为硬盘写数据时寻道时间参数的限制，系统的数据传输的瓶颈往往在数据的写盘速度上, 通常采用高速硬盘和更快标准硬盘接口来解决这个问题，在此系统里采用磁盘阵列的方式使硬盘数据写盘速率得到增强, 系统在采样频率51.2KSa/sec下可以进行持续不停数据写盘，此时整体数据传输带宽大于9.83Mbyte/sec。
调整每帧的数据大小。在采集时间历程数据的时候，设置更大的帧会使系统保持更高的性能，因为传输数据块所需的通讯指令请求会变少。
增加共享内存值。I-DEAS TEST在数据采集中有一项为设置分配时间历程或者谱数据存盘前的共享内存大小，如果把这一项关掉，内存限制就会取消，系统自动分配采集所需要的共享内存空间[3]。
非分区硬盘，这样可以保证有连续的硬盘空间来存储数据。
最小化磁盘存储空间的碎片：大量的磁盘散乱的扇区会显著降低存盘速度。
增加自由存储空间：Ｗindows操作系统在磁盘空间快满的情况下会变的很慢，即使我们有足够的磁盘和完整的扇区来运行，性能也会降低很大。卸载或者删除一些数据来释放空间，并且对新的空间运行磁盘碎片整理程序。
三、实时数据处理
实时数据处理是指在数据采集的同时进行信号处理任务，实时数据处理所需资源跟时间历程采集不同，实时数据处理对数据传输性能要求不明显，主要强调的是信号处理能力。典型的分析方法包括快速傅立叶变换，倍频程分析等。实时信号处理主要有两种方式：主机信号处理和专用信号处理，此两种方式各有各自相对的优势和缺点。
基于主机的信号处理是把计算机作为处理器，利用PC作为处理器具有信号分析的最大灵活性，同时，基于PC的处理器可以充分享有计算机高速发展带来的好处，可以在原代码不变的情况下对通道数量进行增加或者扩展带宽。但是，在PC处理数据需要占用很大资源的情况下，同时进行的其它的操作或者运行程序会降低实时处理的性能，通道数量的增加也会对主机处理器的性能要求更高。
有的数据采集板卡上带有专用信号处理器(DSP)，在实时处理的时候这些处理器专门用来进行信号的处理，这样可以显著降低计算机的工作负荷，而且对于带有专用信号处理器的系统来说，通道数量的增加不会影响到系统实时处理的性能。当然，专用处理器也有其不方便的一面，例如专用处理器通常只具有有限的定义的函数，很难对其改变或者增加。专用处理器的产品更新也非常慢，随着时间的推移，有时技术会过时而很难及时的开发出新的产品。
因为计算机的发展和一些数据采集及处理软件的开发，对振动和噪声信号进行数据采集，这两种实时数据处理方式的差别已经难区分。I-DEAS TEST提供的数据采集和处理模块组，无论我们采用的是主机信号处理方式的采集板卡还是带有专用信号处理器的采集板卡，均可以使你计算机成为一个功能更加强大的动态信号分析仪。
如果我们对系统进行通盘考虑，并考虑那些通常对于仪器厂家认为是在他们控制范围之外的系统因素，完全可以在一定的条件下使系统的实时处理性能得到提高几个等级。
最常用的几种调整方法：1．关闭数据处理时不需要运行的计算机应用程序；2．减少需要执行I/O操作的指令，例如打印，从硬盘读写数据，或者
进行网络通讯；3．关闭其它占用系统内存的应用程序，有的应用程序比较占系统资源，导致I-DEAS TEST借助于利用虚拟内存；4．升级到多处理器的计算机，I-DEAS TEST 是一个多线程应用程序，可以充分利用附加处理器的空闲时间。Windows操作系统会自动分配线程以优化其使用效率[3]。
四、结束语
本文从时间历程数据采集和实时信号处理两个方面，对如何充分发挥系统的性能进行了分析，此类系统的使用者可以依此作为参考进行系统使用和维护。
参考文献：
[1]Alun Crewe,“Real-Time Pass-by Noise Source Identification Using a Beam-Forming Approach”,2002 Society of Automotive Engineers, Inc.
[2]杨文岐、李晓东、齐丕骞、杜修德，VXI-640 GVT测试系统及工程应用，《测控技术》2005.24(6):25-27.
作者简介：
孙德林，男，汉族，山东省莱阳市，鲁东大学交通学院，硕士，助教，主要研究方向：振动和噪声。