CN104034961A - 一种放电脉冲自动采集存取系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放电脉冲自动采集存取系统及方法，所述系统包含：传感器，用于感知无规律的放电脉冲跳变信号，并转换成电压跳变信号；基于PXI规范的模块，用于：采集、存储满足设定条件的脉冲跳变信号的波形数据并显示波形图；记录索引信息并基于索引信息进行放电脉冲波形数据的检索和回放，其中所述的索引信息为：采集信号跳变的时刻和对应的第几次取样。所述基于PXI规范的模块进一步包含：采集子模块，用于依据设定的电平阈值，采集满足设定条件的放电脉冲信号，把波形数据存入波形文件并显示波形图；和索引信息存储子模块，用于创建索引文件并在该文件中记录索引信息，所述索引信息包含发生放电脉冲跳变的时间和对应的第几次取样两类信息。

Description

一种放电脉冲自动采集存取系统

技术领域

本发明涉及一种基于LABVIEW的放电信号自动采集存取系统，具体涉及一种放电脉冲自动采集存取系统及方法。

背景技术

空间辐射环境下，深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。近25年(1973至1997)的统计结果表明，由介质充放电现象造成的航天器异常约占总异常现象的54.2％，其中由深层充放电效应引起的约占45.7％。因此深入研究深层充放电效应对保障航天器安全有着重要的意义。实验中采用电子枪或Sr90放射源，在高真空和恒温条件下，模拟空间辐射环境对航天器常用聚合物介质辐照。通过监测样品的表面电位、放电电流和电磁脉冲信号，研究介质深层充放电现象随电子束流强度、介质厚度和电阻率等的变化规律，可用于评估航天器介质材料深层充电效应，为深层充放电效应防护设计提供重要参考依据。

该实验的特点是：试验时间很长，一般要持续辐照上百小时。原来用示波器采集，实验人员又不能长时间待在有辐射危害的环境中，只能间隔半小时或一小时进实验室采集一次数据，即使这样，日夜人工采集也非常辛苦，人不在的时候或跳变太快都会漏掉需要采集的跳变，大大影响实验结果。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服传统示波器采集放电脉冲方法的不足，本发明提供一种放电脉冲自动采集存取系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种放电脉冲自动采集存取系统，所述系统包含：

传感器，用于感知无规律的放电脉冲跳变信号，并转换成电压跳变信号；

基于PXI规范的模块，用于：

采集、存储满足设定条件的脉冲跳变信号的波形数据并显示波形图；

记录索引信息并基于索引信息进行放电脉冲波形数据的检索和回放，其中所述的索引信息为：采集信号跳变的时刻和对应的第几次取样。

可选的，上述基于PXI规范的模块进一步包含：

采集子模块，用于依据设定的电平阈值，采集满足设定条件的放电脉冲信号，把波形数据存入波形文件并显示波形图；和

索引信息存储子模块，用于创建索引文件并在该文件中记录索引信息，所述索引信息包含发生放电脉冲跳变的时间和对应的第几次取样两类信息。

本发明还提供了一种放电脉冲自动采集存取方法，所述方法包含：

步骤101)自动采集超过阈值的放电脉冲跳变信号，显示波形图并把波形数据存入波形图文件，并对波形图文件的索引信息进行存储，其中所述的索引信息就是波形图文件的文件名，包含：放电脉冲跳变信号发生的时刻和对应的第几次取样两类信息；

步骤102)基于存储的索引信息对所存波形图文件进行检索和回放。

可选的，上述步骤101)包含：

步骤101-1)创建a.txt索引文件；

步骤101-2)设置各种参数及放电脉冲触发阈值；

步骤101-3)启动采集过程；

步骤101-4)设定超时时间；

步骤101-5)基于传感器感知是否有超过阈值的脉冲跳变，如果有则跳到步骤101-8)，否则向下执行；

步骤101-6)判断设定的超时时间是否已到，当超时时间已到，就向下执行，否则就转入步骤101-5)；

步骤101-7)清除超时标志，并判断超时退出键是否按下，如果超时退出键未按下则返回步骤101-4)；否则进入步骤101-11)；

步骤101-8)取出采集的数据并依据取出的数据绘图；

步骤101-9)将当前的取样时间和第几次采样两类信息组成独立的一行，写入索引文件中；

步骤101-10)将步骤101-9)获得的包括取样时间和第几次采样两类信息的字符串前面加入文件路径信息，后面加上图形文件的后缀，组成带路径的文件名，并把这次采集的波形数据存入该文件中；

步骤101-11)判断是否按下了程序终止键，如果按下了就向下执行，否则跳到步骤101-3)继续采集下一次跳变；

步骤101-12)结束。

进一步可选的，上述步骤102)包含：

步骤102-1)打开a.txt索引文件；

步骤102-2)创建一维空数组B；

步骤102-3)将循环次数(初始是0)乘以索引文件每行字符串的长度(包括换行符EOL)赋给变量A；

步骤102-4)判断变量A是否大于或等于a.txt文件的长度，如果是则跳到步骤102-8)，否则向下执行；

步骤102-5)在a.txt文件中从A位置截取表示时间和采集次数的字符串；

步骤102-6)将上一步截取的字符串插入数组B中；

步骤102-7)循环次数加1，并跳到步骤102-3)；

步骤102-8)把数组B作为初值赋给组合框控件C；

步骤102-9)判断是否按了退出键，如果是则跳到步骤102-13)，否则向下执行；

步骤102-10)判断是否在组合框下拉列表中根据时间和第几次采集进行了新的选择，如果是就向下执行；否则跳到步骤102-9)；

步骤102-11)根据选择取出表示时间和第几次采集的字符串，在其前面加路径，后面加波形图文件后缀，转换为带路径的文件名；

步骤102-12)打开该文件名的文件，读出波形数据并显示波形图，再关闭文件，最后跳到步骤102-9)；

步骤102-13)结束。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：把传感器模块、模块化仪器通过控制程序完美结合在一起，实现了对无规律的脉冲跳变信号全自动智能采集的功能，这些是任何高端的数字示波器也根本无法做到的。而且如果要分别采集多路不同信号的脉冲跳变，只要再相应增加几个高速数字化仪，利用多线程同时运行几个独立的程序，就可以实现对多个不同跳变信号的采集。而数字示波器也只能把一路的跳变信号作为触发源进行触发采集，实现不了多个触发源分别进行触发采集的功能。所以本系统有明显的技术优势。

附图说明

图1是航天器充放电实验装置组成示意图；

图2放电脉冲自动采集程序框图；

图3放电脉冲检索与回放程序框图；

图4检索与回放Labview程序框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

如图1所示，放电脉冲自动采集系统包含：电场探头、电场仪、罗氏线圈等传感器和基于PXI规范的模块(即PXI模块化仪器平台)。

本系统使用虚拟仪器进行全自动智能检测及采集，所谓虚拟仪器是指基于计算机的仪器，这个概念最早是由美国国家仪器公司(NI)提出来的。目前正沿着总线与驱动程序标准化、硬件及软件模块化、编程平台图像化和硬件模块即插即用的方向发展。随着计算机和网络技术的飞速发展，虚拟仪器在数据采集、自动测试和测量仪器等领域得到广泛应用。

本系统硬件配置：采用NI公司PXI硬件平台，该平台由PXI机箱、PXI控制器和PXI仪器模块组成。它具有开放式架构，内有高端的定时和触发总线，结合模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件，便可以完成智能信号采集任务。具体到本系统，使用PXI-1042机箱，嵌入了PXI-8186控制器，以及PXI5154模块。NI-PXI5154是高速数字化仪：10Mhz参考时钟，300MHz带宽，两输入通道，2G采样率，128MB存储深度。PXI5154模块要用两个，一个用于监测放电电流脉冲，另一个用于监测放电电场脉冲。

本系统软件实现：采用LabWindows/CVI为软件开发平台，通过调用厂家提供的相关函数来实现采集信号跳变的功能。NI-PXI5154的驱动程序为NI-SCOPE，它是NI公司提供的一个API函数和DAQ驱动程序库。通过调用NI-SCOPE的相关函数来完成对NI-PXI5154的初始化、参数设置及数据采集、关闭等基本功能。

本发明提供的放电脉冲自动采集存取系统由两个功能组成。第一个功能是：自动采集电压的跳变信号和索引存储。即每次发生满足要求的跳变时，要把跳变的波形信号采集下来并存入一个独立的波形文件中；并且在程序开始时建立用于索引的文本文件。该文件的每一行由一次发生跳变的时间及第几次跳变合成的字符串组成，所以每次采集到跳变后，要在索引文件中加入一条索引，这个索引文件是为以后进行数据的检索和回放预备的。第二个功能是：用另一个程序把所存储的波形文件进行检索和回放。它的功能是把上一个程序产生的索引文件转换成一个下拉列表文件，方便用户在下拉列表中根据跳变发生的时间或第几次跳变去选择要打开哪一个波形文件，选择后就可以打开那次跳变的波形图，方便用户查看。

跳变的采集过程：首先新建一个a.txt文本文件，对NI-scope初始化，设定各种采集参数，确定触发电平，启动采集。然后循环判断是否电平已经触发，如果触发了，就读出采集的数据并用波形图控件显示波形图，并取当前的时间和第几次采样组成一个索引行写入a.txt索引文件。还要取出表示当前时间和第几次采样的字符，前面加文件路径，后面加后缀“.w”，转换为带路径的文件名，以建立新的图形文件，并把这次的波形数据存入该图形文件中，再关闭此文件。这就完成了一次完整的采集过程。这时如果已经按了“终止键”，程序就关闭ni-scope并关闭a.txt文件，退出程序。如果没有按下“终止键”，程序将跳回“启动采集”步骤，开始下一次采集过程。

上面的采集过程为了中途能够结束采集并退出程序，还需要有一个技巧。启动采集后设定一个超时时间，比如5秒，到时后，先清除超时标记再判断是否内部循环里的“超时退出键”已经按下。如果没有按下再回到设定超时时间的步骤，继续循环等待；如果按下就退出等待跳变的循环。再去判断“终止键”是否按下，如果按下就如前述进行相应处理并退出程序。

跳变波形图的回放过程：首先打开a.txt索引文件，把索引文件每一行表示时间和第几次跳变的字符截取出来插入一个数组中，再把这个数组作为初值赋给组合框控件。根据组合框下拉列表的选择，取出表示时间和次数的字符，在其前面加路径，后面加后缀“.w”，转换为带路径的文件名。打开该文件，读波形数据并显示波形图，然后关闭该文件，等待下一次组合框下拉列表的选择，需要退出时使用“退出键”触发一个事件结构完成退出操作，结束程序。

实施例

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

如何用labview进行文件存储的说明：

设立文件a.txt，其行格式为“时间‘－’第几次采集”。其中时间字段：长度为8的字符串，格式为ddHHMMSS(即日、时、分、秒各占2字节)。采集次数从100开始计，是为了保证固定占用3个字节。最后以EOL控制符(2字节)结束，全长14个字节。

发生脉冲跳变时，用Waveform格式存储波形数据文件，每个文件保存一个波形，长度由每次从缓冲区中读出的个数决定。文件名为“时间+第几次采集.w”，其中时间的格式也是ddHHMMSS，与a.txt中的时间字段完全相同。

这样，a.txt文件不仅仅是一个正常情况下的数据文件，而且也是全部数据文件的索引文件。由这个文件可以方便地检索到波形数据文件的名称，进而可方便地打开这些文件。

当采集到一个脉冲跳变以后，用“获取日期/时间”函数获得采样发生的时间。再用“格式化日期/时间字符串”函数转化为格式是日、时、分、秒各2位数字组成的字符串。

把采集次数用“数值至十进制数字字符串转换”函数转换为数字字符串。

把时间、第几次采集的字符串用“连接字符串”函数连接起来，中间插入一个“－”，在最后结尾处加上EOL控制字符，这样就构成了a.txt文件中的一行。然后将其送到“写入文本文件”函数，完成一次脉冲跳变的a.txt文件记录。

再看.w文件的记录，在程序中把在前面形成的时间字符串前加上路径字符串(例如d：\abc\)，结尾加后缀(.w)，从而将得到的字符串转换为路径字符串，再送给“写入波形至文件”函数，打开文件，将当前的波形存入该文件。然后关闭，这样就完成了一次采集脉冲跳变的全过程。

基于LabWindows/CVI为软件的放电脉冲数据检索和回放的方法如图4所示，具体为：

在采集过程中，如果要运行另一个程序，检索和回放采集的放电脉冲波形也是可以做到的。当a.txt文件一直处于打开状态，即一直被占用着，这种情况下，若用另一个程序打开该文件仍可以不发生冲突，只要以“读”的方式调用该文件，就不会出现任何问题。

该程序主要由两部分组成：首先是一个循环结构，然后是一个含事件结构的循环结构。

对于第一个循环，进入循环之前先将a.txt文件当前时刻的全部内容读出，并放到一个字符串变量中。进入循环后，根据设计的格式将字符串变量按每14个字节一段的原则进行切分，放在一个数组中，以便后面的操作。这样，每次循环得到一个字符串(注意，该子字符长度是12，而不是14，因为第13、14两个字节组成EOL控制字符，由于它们不再被需要，故切去)，循环次数由总字符串长度控制，当14*i大于等于该长度时，循环结束。这时把得到的字符串数组送到循环外。

在第二个循环框中使用了Combo Box控件，它是一个字符串类的控件，可以容纳若干个字符串，用下拉列表的方式供用户选择，最终输出选中的字符串。Combo Box控件需要建立其属性节点(属性为“字符串集合”)。它与前一个循环相连接，就把第一个循环得到的字符串赋给了Combo Box控件。

第二个循环结构中的Event结构和Case结构的说明：

在Event结构中有两个case：[0]“stop”：value chang；[1]“Combo Box”：valuechang。当事件[0]发生时(即按下了退出键)，TRUE值穿过case结构的TRUE帧，控制循环结束。当事件[1]发生时，Combo Box选中的字符串被送到case结构的FALSE帧，取出其前12个表示时间和第几次采集的字符，在其前面加路径“d:\abc\”，后面加后缀“.w”，从而转换为路径字符串，然后打开该名称命名的文件、读波形数据并显示波形图。

为了实现上述自动采集电压的跳变信号和索引存储，具体方法如图2所示，具体包含各个步骤如下：

步骤1：新建a.txt文件；

步骤2：对ni-scope初始化；

步骤3：设置各种参数；

步骤4：启动采集；

步骤5：设定超时时间；

步骤6：判断是否有满足要求的电压跳变，如果有就跳到步骤10，否则向下执行；

步骤7：判断是否超时，如果是就向下执行，否则跳回步骤6；

步骤8：清除超时标志；

步骤9：判断超时退出键是否按下，如果是就跳到步骤14；否则跳到步骤5；

步骤10：读出缓冲区波形数据并画图；

步骤11：取当前的时间(日时分秒)和第几次采集组成一行(最后加EOL换行控制符)，写入a.txt文件；

步骤12：取出步骤11得到的表示当前时间和第几次采集的字符串，前面加文件路径，后面加后缀“.w”，转换为带路径的文件名；

步骤13：打开步骤12命名的带路径的新文件，把这次采集的波形数据存入该图形文件中，并关闭此文件；

步骤14：判断是否按下了终止键，如果是就向下执行；否则跳到步骤4；

步骤15：关闭ni-scope；

步骤16：关闭a.txt文件；

步骤17：程序结束。

为了实现上述数据检索与回放，程序的流程应按照(图3)所示，具体包含各个步骤如下：

步骤1：打开a.txt文件；

步骤2：创建一维空数组B；

步骤3：循环次数(初始是0)乘以14赋给A；

步骤4：判断A是否大于或等于a.txt文件的长度，如果是则跳到步骤8，否则向下执行；

步骤5：在a.txt文件中从A位置截取表示时间和采集次数的12个字符；

步骤6：把上面截取的12个字符插入数组B中；

步骤7：循环次数加1，并跳到步骤3；

步骤8：把数组B作为初值赋给组合框控件C；

步骤9：判断是否按了退出键，如果是则跳到步骤13，否则向下执行；

步骤10：判断是否在组合框下拉列表中根据时间和第几次采集进行了新的选择，如果是就向下执行；否则跳到步骤9；

步骤11：根据选择取出表示时间和第几次采集的字符串，在其前面加路径，后面加后缀“.w”，转换为带路径的文件名；

步骤12：打开该文件名的文件，读出波形数据并显示波形图，再关闭文件，最后跳到步骤9；

步骤13：退出程序。

总之，本发明的技术方案实现了不需要任何人工参与就可以把样品放电引起的电压跳变用波形图完整详实地记录下来，可以对陆续的跳变不断采集并存盘(无用的信号不采集)；进而可用另一个程序方便地查看这些波形和所发生的时刻。这就完全实现了放电脉冲信号自动采集的智能化。既提高了采集实验的质量，不让一个跳变过程漏掉；又大大减轻了实验人员的工作强度，还能使实验人员远离有辐射危害的环境。此项发明有很大的实用价值。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种放电脉冲自动采集存取系统，其特征在于，所述系统包含：

传感器，用于感知无规律的放电脉冲跳变信号，并转换成电压跳变信号；

基于PXI规范的模块，用于：

采集、存储满足设定条件的脉冲跳变信号的波形数据并显示波形图；

记录索引信息并基于索引信息进行放电脉冲波形数据的检索和回放，其中所述的索引信息为：采集信号跳变的时刻和对应的第几次取样。

2.根据权利要求1所述的放电脉冲自动采集存取系统，其特征在于，所述基于PXI规范的模块进一步包含：

采集子模块，用于依据设定的电平阈值，采集满足设定条件的放电脉冲信号，把波形数据存入波形文件并显示波形图；和

索引信息存储子模块，用于创建索引文件并在该文件中记录索引信息，所述索引信息包含发生放电脉冲跳变的时间和对应的第几次取样两类信息。

3.一种放电脉冲自动采集存取方法，该方法基于权利要求1-2中任意一条权利要求记载的放电脉冲自动采集存取系统，所述方法包含：

步骤101)自动采集超过阈值的放电脉冲跳变信号，显示波形图并把波形数据存入波形图文件，并对波形图文件的索引信息进行存储，其中所述的索引信息就是波形图文件的文件名，包含：放电脉冲跳变信号发生的时刻和对应的第几次取样两类信息；

步骤102)基于存储的索引信息对所存波形图文件进行检索和回放。

4.根据权利要求3所述的放电脉冲自动采集存储方法，其特征在于，所述步骤101)包含：

步骤101-1)创建a.txt索引文件；

步骤101-2)设置各种参数及放电脉冲触发阈值；

步骤101-3)启动采集过程；

步骤101-4)设定超时时间；

步骤101-5)基于传感器感知是否有超过阈值的脉冲跳变，如果有则跳到步骤101-8)，否则向下执行；

步骤101-6)判断设定的超时时间是否已到，当超时时间已到，就向下执行，否则就转入步骤101-5)；

步骤101-7)清除超时标志，并判断超时退出键是否按下，如果超时退出键未按下则返回步骤101-4)；否则进入步骤101-11)；

步骤101-8)取出采集的数据并依据取出的数据绘图；

步骤101-9)将当前的取样时间和第几次采样两类信息组成独立的一行，写入索引文件中；

步骤101-10)将步骤101-9)获得的包括取样时间和第几次采样两类信息的字符串前面加入文件路径信息，后面加上图形文件的后缀，组成带路径的文件名，并把这次采集的波形数据存入该文件中；

步骤101-11)判断是否按下了程序终止键，如果按下了就向下执行，否则跳到步骤101-3)继续采集下一次跳变；

步骤101-12)结束。

5.根据权利要求3所述的放电脉冲自动采集方法，其特征在于，所述步骤102)包含：

步骤102-1)打开a.txt索引文件；

步骤102-2)创建一维空数组B；

步骤102-3)将循环次数(初始是0)乘以索引文件每行字符串的长度(包括换行符EOL)赋给变量A；

步骤102-4)判断变量A是否大于或等于a.txt文件的长度，如果是则跳到步骤102-8)，否则向下执行；

步骤102-5)在a.txt文件中从A位置截取表示时间和采集次数的字符串；

步骤102-6)将上一步截取的字符串插入数组B中；

步骤102-7)循环次数加1，并跳到步骤102-3)；

步骤102-8)把数组B作为初值赋给组合框控件C；

步骤102-9)判断是否按了退出键，如果是则跳到步骤102-13)，否则向下执行；

步骤102-10)判断是否在组合框下拉列表中根据时间和第几次采集进行了新的选择，如果是就向下执行；否则跳到步骤102-9)；

步骤102-11)根据选择取出表示时间和第几次采集的字符串，在其前面加路径，后面加波形图文件后缀，转换为带路径的文件名；

步骤102-12)打开该文件名的文件，读出波形数据并显示波形图，再关闭文件，最后跳到步骤102-9)；

步骤102-13)结束。