NI SC Express系列為高性能傳感器測量提供了帶有集成信號調理的PXI Express數據采集（DAQ）設備。NI使用行業標準的PXI 平臺，實現了獨特的模擬設計技術，為多達幾十到幾千個通道的高級測量設備提供了高精度、高帶寬、緊湊定時。

圖1：PXI Express傳感器測量系統功能強大、可擴展性強。

高測量精度

SC Express測量將熱電偶中的等溫誤差降到較小

您可以將熱電偶測量誤差歸結為多種來源，包括噪聲、分辨率、偏置誤差和設備增益誤差以及外部噪聲、熱電偶誤差、冷端補償（CJC）誤差。冷端補償誤差通常是熱電偶測量設備中較大的誤差。NI PXIe-4353熱電偶模塊通過測量鄰近的熱敏電阻作為冷端補償。從讀數中，NI-DAQmx驅動程序軟件自動確定合適的偏置，并將它應用到熱電偶較終測量結果中。

圖2：TB-4353具有八個CJC熱敏電阻，用于測量終端模塊的任何溫度梯度。

CJC誤差的主要因素是熱敏電阻誤差和等溫誤差。NI TB-4353等溫終端模塊使用高精度熱敏電阻，它在室溫下只有15 °C誤差，其中包括來自測量設備的誤差。等溫誤差是熱敏電阻的溫度和冷端的實際溫度之間的溫差。系統環境和測量設備的設計都會影響該誤差。TB-4353具有獨特的設計，讓熱量可以在冷端和熱敏電阻之間均勻地擴散。它還具有八個熱敏電阻，分步在終端模塊上，用NI PXIe-4353進行測量從而進一步提高CJC測量精度。這些CJC通道具有專用模擬數字轉換器（ADC），因此他們可以和熱電偶測量同時進行。

使用比例法測量基于惠斯登電橋的傳感器

包含應變壓、稱重傳感器、壓力傳感器和力矩傳感器在內的許多傳感器都是基于惠斯登電橋的原理來進行測量的。通過測量惠斯登電橋兩個橋臂的分壓點壓差來得到的實際輸出。電橋的輸出電壓與激勵電壓成正比。但是，電橋輸出（VCH）和激勵電壓（VEX）之間的比例在激勵電壓變換時依舊保持恒定，這個無單位的比例（VCH/VEX）是我們所感興趣的。為了精確測量基于電橋傳感器的比例輸出，您必須知道電橋輸出電壓（VCH）和激勵電壓。

圖3：測量惠斯登電橋兩個橋臂的分壓點壓差來得到的實際輸出。

NI PXIe-4330橋式輸入模塊具有連續測量激勵電壓的電路，并能將測得的激勵電壓作為實際信號ADC的參考電壓。用這個方法，激勵電壓的變化可以得到補償，模塊將橋輸出電壓和激勵電壓的比例數據直接反饋給計算機。正是得益于這種比例設計，使用NI PXIe-4330橋式輸入模塊得到的測量結果較大限度地減小了溫度漂移和其他激勵電壓變化的影響。

24位Delta-Sigma調制

NI PXIe-4330橋式輸入模塊和NI PXIe-4353熱電偶輸入模塊利用24位delta-sigma模數轉換器得到更高精度的應變測試，橋式電路測試和溫度測試。Delta-sigma ADC與其它類型ADC相比較大的不同是使用過采樣技術，結合抽樣濾波并量化噪聲整形技術。Delta-sigma ADC作為信號的低通濾波器和量化噪聲的高通濾波器，因此可以將噪聲擴展到高頻區域。這個現象稱為噪聲整形，它使用數字抽樣，從調制器輸出濾出高頻部分，去除量化噪聲。這樣能使噪聲能量在感興趣的頻帶中被減小，意味著更高的信噪比（SNR）或更大的動態范圍。Delta-sigma調制具有更優反鋸齒和更高分辨率等多個優點。

較大帶寬

PXI Express提高數據吞吐量

利用背板中的PCI Express技術，PXI Express將PXI的可用帶寬從132 MB/s提高到6 GB/s，提高了近 45倍，同時保持了與PXI模塊的軟硬件兼容性。PCI Express相對PCI較顯著的改進是其點對點總線拓撲。用于PCI的共享總線被共享的交換機替換，為每個設備提供了對總線的直接訪問。與PCI將帶寬平分到總線所有設備上不同，PCI Express為每個設備提供了其專用的數據流水線。數據以包的方式通過發送和接受信號對（稱為通道）進行串行傳輸，它允許每個方向每個通道250 MB/s帶寬。多個通道可以組合在一起，得到x1（一倍）、x2、x4、x8、x12、x16和x32通道帶寬，提高單槽帶寬。與PCI總線相比，PCI Express大大改進了的數據帶寬，將對板載內存的需求將到較低，并且允許更快的數據流傳輸。

PXI Express傳感器測量

SC Express模塊基于x1 PXI Express，為每個設備提供了250 MB/s帶寬將數據傳送到控制器。由于PXI Express提供了更高帶寬，SC Express模塊提供了與多路復用具有相同通道數的同步采樣能力。通常，多路復用設備增加通道將會降低采樣速率，與此不同的是您可以使用同步采樣設備，增加通道數仍然可以維持采樣率。如圖4所示，SC Express模塊可以擴展到高通道數，并且使用較高采樣速率，而不會超過通訊總線的帶寬。

圖4：SC Express模塊擴展到高通道數，而不會超過通訊總線帶寬。

數據流盤性能

當通信總線帶寬不再是測量速度或通道數的制約因素的時候，數據處理速度或流盤的性能就成為系統性能的主要障礙。NI-DAQmx驅動程序允許數據流直接傳輸到技術數據管理流（TDMS）文件格式，實現兆兆字節的數據存儲，能達到高達400 MB/s的記錄吞吐量。您可以使用NI LabVIEW數據搜索工具包或NI DIAdem數據管理軟件方便地進行可視化管理、分析，并從大型數據中集中報告有用的信息。

世界范圍的同步

PXI Express定時與同步

作為較新一代的PXI平臺，PXI Express的技術設計為測量I/O設備提供了更高級別的同步，并且同時保持了向后的兼容性。PXI Express背板中的100 MHz差分時鐘能夠讓多個設備將其采樣時鐘同步到相同的參考時鐘上。背板上的觸發線路讓機箱設備可以進行協同觸發，并且使用相同的100 MHz時鐘邊沿。與過去的PXI機箱相同，利用一塊定時和同步模塊可以將一個PXI Express機箱中的背板時鐘以更高精度的時鐘來替換，或者還可以用于同步多個PXI Express機箱中的測量設備。如果應用需要多個機箱在長距離下同步，可以用GPS或IRIG-B PXI定時模塊使用共同的時間信號同步多個機箱。

使用NI-DAQmx多設備任務節省開發時間

NI提供了更加強大的 NI-DAQmx驅動程序，讓我們可以以一種全新的方法來配置多個SC Express模塊進行同步采集。您可以對同一機箱里的任何類型的單一SC Express模塊使用多設備任務編程。并且在相同的多設備任務程序中可以支持從一個通道到多達544個通道的擴展。更進一步，您還可以使用單一NI-DAQmx任務將多個板卡中的不同測量類型自動地同步起來，如圖5所示。

圖5：此方塊圖給出了用多個測量類型采集多個模塊的范例LabVIEW代碼。

舉例而言，一個18槽機箱中插有NI PXIe-4330橋式輸入模塊和NI PXIe-4498動態信號采集（DSA）模塊，它們可以用單一任務編程，從而將模塊間偏差降低到150 ns。表1中的組合支持多測量類型下的多設備任務。

表1：支持多設備任務的PXI Express模塊組合。

此外，您可以通過在軟件中配置定時時鐘源來共享時鐘信號，從而將SC Express模塊與PXI平臺上的超過1500個模塊同步。

結論

NI的SC Express系列數據采集設備能測量傳感器信號和高電壓信號，并提供了高精度、高帶寬和世界范圍的同步。SC Express系列在PXI Express上提供了較先進的信號調理，能夠幫助您實現高性能的測量并且降低開發時間。