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PXDAQ16172G高精度（16bit）高速率（10M）4通道千兆網(wǎng)聲發(fā)射采集

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長沙鵬翔電子科技有限公司

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PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器是鵬翔科技為分布式和遠程采集檢測而開發(fā)的一款高精度高速率的聲發(fā)射采集卡，該卡具有16bit采樣精度和每通道10M/S的采樣率，采用標準的千兆網(wǎng)接口，數(shù)據(jù)通過率高達64MB/s，是迄今為止世界上千兆網(wǎng)聲發(fā)射采集器。除了硬件提取特征參數(shù)和聲發(fā)射波形外，還可實時傳輸波形流，適合大學，研究所和鍋特檢機構(gòu)的分布式和遠程聲發(fā)射應用。

PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射儀的主要特點
1、16bit高精度采樣，每個通道采樣率均為10M；
2、信號帶寬1kHz~2MHz，10層PCB高密度設(shè)計；
3、全鋁外殼，無風扇低功耗設(shè)計，超大散熱片，可全天候不間斷工作；
4、超小體積，外殼尺寸僅為134mm（寬）*126mm（深）*47mm（高）；
5、除4路獨立的聲發(fā)射通道外，還有4路模擬外參數(shù)和4路數(shù)字I/O；
6、內(nèi)部運行Linux系統(tǒng)，可跨平臺使用；
7、可任意設(shè)置IP地址，單一網(wǎng)段內(nèi)支持64臺設(shè)備聯(lián)網(wǎng)使用，組成256通道網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射儀；
8、支持網(wǎng)線同步和GPS授時同步；
9、支持POE供電和12V電池組供電；
10、額定功耗僅為10W；
11、支持標準千兆網(wǎng)通訊協(xié)議，可使用交換機來實現(xiàn)多臺組網(wǎng)；
12、支持千兆網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)高達60公里的遠距離傳輸；
13、鵬翔科技自主研發(fā)，具有完整的知識產(chǎn)品，可根據(jù)用戶要求對FPGA編程，針對行業(yè)用戶提供OEM產(chǎn)品；
14、提供Labview驅(qū)動和C++二次開發(fā)包；
15、自動貼片機生產(chǎn)，嚴格遵循ISO質(zhì)量控制規(guī)范（ISO質(zhì)量認可證書編號：00116Q310156R0S/4300）。

PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射儀的主要參數(shù)
聲發(fā)射通道數(shù)：4通道；
采樣精度：16bit；
采樣率：每通道10Msps；
信號帶寬：1kHz~2MHz；
傳輸帶寬：64MB/s；
總線接口：千兆網(wǎng)口；
供電：DC12V 或POE供電；
同步方式：網(wǎng)線同步（最長100米）或GPS授時同步可選；
功耗：正常功耗10W（極限功耗20W）；
傳感器測試：AST功能（需配合帶AST功能的前置放大器實現(xiàn)）；
運行平臺：跨平臺（ARM9內(nèi)核運行Linux系統(tǒng)）；
IP地址：可遠程設(shè)置IP，前面板上6位LED顯示IP地址；

大致來說，聲發(fā)射儀器經(jīng)歷了四個階段的發(fā)展，也可認為前面經(jīng)歷了四代聲發(fā)射儀。
階段，1965年，美國Dunegan推出了商業(yè)化的聲發(fā)射儀，一直到1983年基本都是純模擬技術(shù)實現(xiàn)的聲發(fā)射儀，也是代聲發(fā)射儀，信號帶寬100kHz-1MHz；

第二代聲發(fā)射儀，1983~1994年，美國PAC的SPARTAN-AT開始引入微處理器，并將聲發(fā)射系統(tǒng)模塊化，部分數(shù)字化，信號帶寬提高到100kHz~1.2MHz；

第三代聲發(fā)射儀，1994~2003年，美國DW、美國PAC和德國Vallen將聲發(fā)射儀全面數(shù)字化，聲發(fā)射傳感器接收到的信號經(jīng)過放大器放大之后直接經(jīng)AD變換器專為數(shù)字信號，然后用數(shù)字電路硬件提取特征參數(shù)，并按照PDT、HDT、HLT等時間常數(shù)來提取聲發(fā)射波形，信號帶寬拓寬到1kHz~2MHz；

第四代聲發(fā)射儀，2003~2015年，美國PAC將18bit的高速ADC引入PCI總線聲發(fā)射卡，開啟了18bit的高精度采集，除了特征參數(shù)和波形外，還啟用了包含全部原始信息的波形流功能。在此期間，USB接口的聲發(fā)射儀也開始出現(xiàn)，并逐步從USB2.0發(fā)展到USB3.0，總線傳輸速度也從40MB提高到400MB，信號帶寬提高到1kHz~3MHz；

雖然第四代聲發(fā)射儀擁有了18bit高采樣精度以及高采樣率，但由于PCI或USB總線的帶寬限制，只能傳輸聲發(fā)射特征參數(shù)和根據(jù)PDT、HDT和HLT提取的有限的聲發(fā)射波形，大部分的原始波形流數(shù)據(jù)都只能丟失而無法上傳到計算機。或者是以有限的帶寬來傳輸部分波形流，譬如單塊PCI卡的總采樣率不超過10M時可以傳輸波形流。而聲發(fā)射研究的信號頻率逐漸提高（日本富士公司甚至推出了10MHz頻率的聲發(fā)射傳感器REF10M），使得采樣率也逐步提高，而且傳統(tǒng)的特征參數(shù)和聲發(fā)射特征波形的分析方法無法滿足用戶日益增長的研究需求，因此提高聲發(fā)射卡的帶寬迫在眉睫。于是鵬翔科技從2009年開始封閉式研發(fā)，并在2015年底推出了PCIE總線的聲發(fā)射卡，單卡8通道，每通道18bit30M采樣，頻率帶寬高達1kHz~5MHz，且采用PCIE x8倍速傳輸，板卡傳輸帶寬高達2.6GB/s，第四代聲發(fā)射儀存在的傳輸瓶頸得到解決。除了聲發(fā)射特征參數(shù)和波形的硬件實時提取之外，波形流功能也得以不受帶寬限制的全速采集和實時傳輸。同時，適合分布式檢測的千兆網(wǎng)接口的網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射儀開始出現(xiàn)，并將逐步向萬兆光纖傳輸發(fā)展，實現(xiàn)遠距離的分布式聲發(fā)射檢測。同時聲發(fā)射儀器的信號帶寬提高到1kHz~5MHz，這也意味著第五代的聲發(fā)射儀開始大量投入市場應用并逐漸得以普及。

每臺PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器擁有4個獨立的聲發(fā)射同步采集通道，最多支持64臺采集器組網(wǎng)同步采集，接上64口交換機上即可實現(xiàn)256通道的聲發(fā)射儀。采集器面板上還有6位LED指示本機的IP地址，而且每個采集器的IP地址可遠程修改。且采集器內(nèi)部獨立運行Linux系統(tǒng)，可以跨平臺使用。是一個標準的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而不僅僅是使用千兆瓦口來傳輸數(shù)據(jù)。

PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器采用了高集成、高密度的10層PCB結(jié)構(gòu)，具有16位的高精度，每塊卡4個通道，每通道10M的采樣率，并且采用了標準的千兆網(wǎng)接口，是迄今為止性能極為強大的網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器。由于其具有高性能、低噪聲、跨平臺等特點，是適合大學、研究所和檢測機構(gòu)應用的網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集設(shè)備。

由于采用了Xilinx公司的Z7高性能FPGA，PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器能硬件實時提取十多種聲發(fā)射特征參數(shù)，分別是：幅度amplitude、能量energy、振鈴計數(shù)counts、門檻threshold、上升時間rise time、持續(xù)時間duration、相位信號、峰值計數(shù)counts to peak、信號均方根值RMS、平均信號電平ASL、循環(huán)計數(shù)cycle counter、阻尼damping……

PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器除了實時提取特征參數(shù)和根據(jù)PDT、HDT和HLT時間常數(shù)來提取聲發(fā)射波形外，還可以64MB/s的速度實時傳輸和存儲聲發(fā)射數(shù)據(jù)文件。

由于規(guī)?；?jīng)營和批量化生產(chǎn)，鵬翔科技是國內(nèi)為數(shù)不多的滿足ISO9001質(zhì)量標準（證書編號：00116Q310156R0S/4300）的聲發(fā)射技術(shù)公司。PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器為高集成、高密度、多層（10層）PC卡，板卡的設(shè)計、自動貼片、回流焊、組裝、檢測等所有工作都由本公司獨立完成。下圖為生產(chǎn)這種卡的表面貼裝技術(shù)（SMT）生產(chǎn)線和可靠性測試的部分設(shè)備。

PXDAQ16172G高精度高速率4通道千兆網(wǎng)聲發(fā)射采集器技術(shù)參數(shù)一覽表

電氣參數(shù)
聲發(fā)射通道	通道數(shù)	4通道/板
	AD采樣精度	16bit（最小量化臺階為305微伏）
	每通道采樣率	10MSPS
	信號頻率帶寬	1kHz~2MHz
	數(shù)據(jù)通過率	64MB/s（千兆網(wǎng)接口）
	信號輸入范圍	±10
	動態(tài)范圍	＞85dB
	門檻	15dB
	功耗	20W
	輸入阻抗	50Ω或1000Ω（通過撥碼開關(guān)選擇）
	向前置放大器供電	28V（限流83mA，通過撥碼開關(guān)選擇供電與不供電）
	AST功能	自動傳感器測試（需前置放大器配合）
信號處理	AE信號增益	0dB或6dB增益程控可選
	模擬濾波器	4個高通和4個低通濾波器可任意組合
		4個高通（1kHz、20kHz、100kHz、200kHz）
		4個低通（100kHz、200kHz、500kHz、2MHz）
	數(shù)字濾波器	6個上限值和4個下限值可組合為45個濾波頻段
		6個上限值（100k/200k/400k/800k/1.2M/2MHz）
		4個下限值（20k/100k/200k/400k）
	采樣率設(shè)置	100k、200k、500k、1M、2M、5M、10MSPS
	信號幅度	100dB（ASL 99dB）
	特征參數(shù)提取	到達時間、門檻、幅度、持續(xù)時間、能量、峰值計數(shù)、振鈴計數(shù)、上升時間、阻尼、RMS、ASL、相位……

	聲發(fā)射波形提取	根據(jù)PDT、HDT、HLT三個時間常數(shù)來提取
	原始波形流	4個通道，單板52MB/s波形流采集并實時傳輸
外參數(shù)通道	通道數(shù)	4通道/卡，多板可累加使用
	AD采樣精度	16bit(最小量化臺階為305微伏)
	每通道采樣率	100kSPS
	信號輸入范圍	±10V、±1V、±0.1V、±0.01V，程控可選
	時間驅(qū)動的數(shù)據(jù)率	1 ~600毫秒，程控可選
	電壓時間門	第1個外參數(shù)通道可用電壓時間門功能
輔助I/O	數(shù)字I/0	4通道數(shù)字信號輸入/輸出
	循環(huán)加載疲勞計數(shù)	數(shù)字IO通道1~4中的任一輸入通道
	觸發(fā)輸入輸出	第3個數(shù)字通道
	音頻輸出	軟件控制的外差混頻器，可對外輸出音頻信號
	撞擊指示燈	前面板自帶LED指示
物理及環(huán)境參數(shù)
	采集器尺寸	全鋁外殼（寬134mm x 深126mm x 厚47mm）
	重量	含外殼765g（裸板166g）
	聲發(fā)射通道連接器	BNC *4
	外參數(shù)通道連接器	DB15（需使用DB15-BNC轉(zhuǎn)接線，其中4路模擬輸入，4路數(shù)字IO）
	工作溫度	0~+55℃
	存儲溫度	-20~ +60℃

Q1：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的精度是多少位，如何驗證？

A1：PXDAQ16172G聲發(fā)射采集器的精度是16位的，除了查看板卡上的ADC芯片型號外，還可將PXAES軟件的門檻設(shè)為0，然后空采，再將聲發(fā)射波形轉(zhuǎn)為txt文本格式，可以看到最小值為305微伏，也就是16bit的最小量化臺階，即可驗證ADC的采樣精度。而且PXDAQ16172G聲發(fā)射采集器電路板上的每一個芯片都沒有打磨，所有參數(shù)指標都經(jīng)得起推敲和驗證。

Q2：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的采樣率是多少，如何驗證？
A2：PXDAQ16172G聲發(fā)射采集器每通道的采樣率是10MSPS，除了查看板卡上的ADC芯片型號外，還可用PXAES軟件來連續(xù)采集正弦波，將采樣率設(shè)為10M，連續(xù)采集一定時間段，再查看存儲的數(shù)據(jù)大小，即可推算出單通道的采樣率。而且PXDAQ16172G聲發(fā)射采集器每個通道是獨立的AD，可以64MB/s的帶寬實時傳輸與存儲。

Q3：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的信號頻率帶寬是多少，如何驗證？
A3：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的信號頻率帶寬是1kHz~2MHz，除了查看板卡上的模擬濾波器芯片型號外，還可用PXAES軟件來實際采集2MHz的信號看波形是否有失真。雖然根據(jù)奈奎斯特采樣定理采樣率只需達到信號頻率的兩倍即可采集信號，但實際上需要5倍頻甚至10倍頻才能保證信號的不失真，因此PXDAQ16172G將采樣率設(shè)為10M，在采集2MHz信號時可以達到5倍頻，因而保證了聲發(fā)射信號的高保真。

Q4：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的聲發(fā)射特征參數(shù)是硬件提取的嗎，具體可提取哪些聲發(fā)射參數(shù)？
A4：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器采用了Xilinx公司的Z7高性能FPGA，可硬件實時提取十多種聲發(fā)射特征參數(shù)：幅度amplitude、能量energy、振鈴計數(shù)counts、門檻threshold、上升時間rise time、持續(xù)時間duration、相位信號、峰值計數(shù)counts to peak、信號均方根值RMS、平均信號電平ASL、循環(huán)計數(shù)cycle counter、阻尼damping……

Q5：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器除了特征參數(shù)外，還可提供什么聲發(fā)射信號數(shù)據(jù)？
A5：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器除了特征參數(shù)外，還可根據(jù)PDT、HDT和HLT時間常數(shù)來提取聲發(fā)射波形，并且可以64MB/s的速度實時傳輸并存儲原始的波形流文件。因為PXDAQ16172G采用了千兆高速以太網(wǎng)總線，實際的數(shù)據(jù)傳輸帶寬高達64Mb/s，是USB總線所無法達到的。

Q6：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器支持多臺同時使用嗎？
A6：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器采用千兆網(wǎng)口的初衷就是面向網(wǎng)絡(luò)化的分布式應用，支持交換機下并行同步采集，采集器面板上還有6位LED指示本機的IP地址，而且每個采集器的IP地址可遠程修改。且采集器內(nèi)部獨立運行Linux系統(tǒng)，可以跨平臺使用。是一個標準的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而不僅僅是使用千兆瓦口來傳輸數(shù)據(jù)。

Q7：PXDAQ16172G可以兩臺聯(lián)機同步采集嗎？最多支持多少臺采集器同步采集？
A7：PXDAQ16172G后面板上除了一個數(shù)據(jù)傳輸與控制的千兆以太網(wǎng)接口外，還有兩個用于時鐘同步的網(wǎng)口，可以實現(xiàn)2臺距離在100米以內(nèi)的同步。如果更遠距離，可以選擇帶GPS授時同步的型號。最多可支持64臺設(shè)備組網(wǎng)同步采集，也就是實現(xiàn)256通道的同步采集。采集器面板上的6位LED指示燈以二進制的方式來顯示本機的IP地址。

Q8：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的功耗如何，怎樣供電？
A8：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器采用低功耗設(shè)計，整機正常功耗在10W以內(nèi)，極限功耗為18.6W（輸入連續(xù)不斷的大幅度的高頻信號）。可采用12V電源適配器供電（或電池供電），或采用POE供電方式。

Q9：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器支持二次開發(fā)嗎？
A9：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器除了支持標準的聲發(fā)射系統(tǒng)軟件（PXAES）和事后波形流分析軟件（PXAES-POST）外，還提供了PXDAQ16172G的底層開發(fā)環(huán)境（SDKLabview-16172G）選配，即C語言動態(tài)連接庫SDK及用于Labview開發(fā)的驅(qū)動程序。用戶可根據(jù)不同需要開發(fā)出專用的實時采集處理系統(tǒng)。

Q10：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器體積多大，是否提供OEM服務？
A10：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器采用了10層PCB高密度設(shè)計，微型全鋁外殼，尺寸僅為：寬134mm x 深124mm x 高46mm，非常適合分布式或遠程聲發(fā)射檢測。也可向行業(yè)用戶提供不含機殼的OEM服務（兩塊PCB堆疊設(shè)計，PCB尺寸120mm*110mm）。

Q11：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器的質(zhì)量標準與電磁兼容性能如何？
A11：鵬翔科技取得了ISO質(zhì)量認可（證書編號：00116Q310156R0S/4300），包括PXDAQ在內(nèi)的全系列聲發(fā)射產(chǎn)品均自行生產(chǎn)（公司自行購置SMT自動貼片生產(chǎn)線），產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。而且在設(shè)計之初就考慮了嚴苛的電磁兼容標準，如有需求，我們可提供技術(shù)協(xié)助來配合客戶完成電磁兼容認證。

Q12：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器可以設(shè)置IP地址嗎？
A12：PXDAQ16172G是標準的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以查看和修改IP地址。IP地址可從192.168.1.1到192.168.1.63任意設(shè)置，單一網(wǎng)絡(luò)下可63臺設(shè)備組網(wǎng)同步使用。但由于192.168.1.0是網(wǎng)關(guān)，所以不能將IP地址設(shè)為192.168.1.0。PXAES聲發(fā)射系統(tǒng)軟件可以查看和修改每個采集器的IP地址，重啟設(shè)備后新的IP地址就會生效。

Q13：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器內(nèi)部有風扇嗎？
A13：PXDAQ16172G網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射采集器為無風扇全密封設(shè)計，在室溫下可24小時不間斷工作，如果在超過30度的環(huán)境下長期工作，可以選擇外置風扇套件（產(chǎn)品編碼：1455 ）。對于嚴酷環(huán)境下的長期使用，我們另外有一款大面積被動散熱的機箱，長寬高為240mm*140mm*60mm。