NI SCXI-1140 差分放大器模块 – 8 通道同步采样,相位分析必备利器!

NI SCXI-1140:这块8 通道同步采样差分放大器模块,是 NI SCXI 信号调理平台中的明星产品。它集成了高阻抗仪表放大器跟踪保持 (Track-and-Hold, T/H) 放大器,专为解决多通道高速采集中的通道间时滞 (Skew) 问题而生

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NI SCXI-1140:这块8 通道同步采样差分放大器模块,是 NI SCXI 信号调理平台中的明星产品。它集成了高阻抗仪表放大器跟踪保持 (Track-and-Hold, T/H) 放大器,专为解决多通道高速采集中的通道间时滞 (Skew) 问题而生。通道数:8输入保护:±30 V可调增益:1,10,100,200,500。无论是结构测试还是瞬态信号捕捉,有了 SCXI-1140,你的数据时序就稳了。

SCXI-1140 产品概述

兄弟们,说起NI SCXI-1140,咱们得清楚它的江湖地位。这块板子是国家仪器 (National Instruments) 信号调理扩展机箱 (SCXI, Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation) 平台中的一个核心模块。它的主业是模拟输入信号调理,但它做的不是一般的调理,而是专精于高速、高精度多通道同步采样。它内置了 8 个通道,每个通道都是一套完整的差分信号链:高输入阻抗的仪表放大器 (Instrumentation Amplifier) 接着一个关键的跟踪保持 (Track-and-Hold, T/H) 放大器

为什么要用跟踪保持?这是 NI SCXI-1140 的灵魂。在高速采集场景中,如果你用一个 DAQ 板的 ADC (Analog-to-Digital Converter) 顺序去扫描 8 个通道,信号之间必然存在一个时间延迟,也就是时滞 (Skew),这在高频或相位敏感测试中是致命伤。而 NI SCXI-1140 的 8 个 T/H 放大器能够同时接收一个保持信号 (Hold Signal),瞬间将 8 个通道的信号值冻结在同一时刻,完美解决了同步问题。随后 DAQ 板再去慢慢数字化这些“冻结”的电压值。因此,NI SCXI-1140 在整个测量系统中的定位,就是高保真地捕获多通道信号的瞬时值,是确保测量准确性第一道防线

NI SCXI-1140

NI SCXI-1140

SCXI-1140 技术规格

参数名称 参数值
产品型号 SCXI-1140
制造商 National Instruments (NI)
产品类型 8 通道同步采样差分放大器模块
通道数 8 (差分输入)
输入阻抗 1 MΩ (Powered On)
可选增益 1,10,100,200,500 (DIP 开关选择)
最大输入电压 ±10 V (在增益 1 时)
过压保护 ±30 V (通电时)
输出电压范围 ±10 V
通信模式 并行 (Parallel) 或多路复用 (Multiplexed)
兼容机箱 SCXI-1000,SCXI-1001 等 SCXI 系列机箱
驱动软件 NI-DAQ,NI-DAQmx

主要特点和优势

NI SCXI-1140 能够成为测试测量领域的“老炮儿”们手里的**“金刚钻”,靠的是几个关键的核心技术点**。

真正的同步采样:消除通道间时滞

我们前面提到了,这块 SCXI-1140 最大的卖点就是同步采样 (Simultaneous Sampling)。这 8 个通道的 T/H 放大器,能在外部触发信号的控制下,同时进行**“保持”操作。这对于需要进行模态分析 (Modal Analysis)** 或瞬态信号采集的应用至关重要。你想想,在测量一个冲击波通过 8 个传感器的时间差时,如果你的采集设备本身就有时滞,那你的测试结果就完全跑偏了。SCXI-1140 保证了所有信号的采样点在时间上是严格对齐的,这才是数据保真度的根本。

差分输入与可编程增益:高品质信号调理

SCXI-1140 每个通道都采用差分输入 (Differential Input),这是应对工业现场电磁干扰 (Electromagnetic Interference, EMI) 和共模噪声最佳实践。它具有高达 1 MΩ 的输入阻抗,能有效减小对被测电路的影响。更重要的是,每个通道都配备了独立、可切换增益的仪表放大器。你可以通过 DIP 开关将增益设置为 1,10,100,200 或 500,这意味着你可以将微弱的信号(例如来自某些应变片 (Strain Gauge) 的毫伏级信号)放大到 DAQ 卡的最佳输入范围 (±10 V),最大化 ADC 的分辨率,同时享有 ±30 V 的过压保护

灵活的模式配置:适应不同的采集卡

SCXI-1140 提供了并行 (Parallel) 和多路复用 (Multiplexed) 两种输出模式,这是它兼容性强的体现。在并行模式下, 8 个通道会对应连接到 DAQ 卡上的 8 个独立输入通道,适合最高速的采集;而在多路复用模式下, 8 个通道的输出可以共用 DAQ 卡上的单个通道,这对于通道数量有限的 DAQ 卡来说,是扩展通道数 (Channel Expansion) 的一种经济方案。这种设计极大地提高了 SCXI 系统的配置灵活性。此外,它还能方便地与 SCXI-1142 等低通滤波模块 (Low-Pass Filter Module) 进行级联 (Cascade) 使用,进一步进行抗混叠滤波 (Anti-Aliasing Filtering),保证信号质量。

The NI SCXI-1140 Differential Amplifier Module is a classic piece of measurement hardware designed for critical data acquisition (DAQ) applications that demand high temporal fidelity. Its primary architectural strength lies in its 8-channel simultaneous-sample-and-hold (T/H) capability. This feature is paramount for preserving the inter-channel phase relationship of signals, which is often distorted by the inherent sequential scanning of a standard analog-to-digital converter (ADC) in a DAQ device. The T/H amplifiers on the SCXI-1140 freeze the input signal values at the exact same moment, virtually eliminating measurement skew between channels.

Furthermore, the module features differential inputs coupled with high-input-impedance instrumentation amplifiers. This robust front-end signal conditioning is critical in electrically noisy industrial and laboratory environments, providing excellent common-mode noise rejection (CMRR). Users can independently select the gain (up to 500) for each channel via DIP switches, allowing the module to condition both low-level sensor outputs and high-level signals efficiently into the ±10 V range suitable for the downstream DAQ board. The SCXI-1140 also supports both parallel and multiplexed scanning modes, offering system designers the flexibility to optimize either sampling rate or channel count utilization with their existing DAQ hardware.

应用领域

NI SCXI-1140 的应用领域,基本上都围绕着动态测试、高精度、多点同步这几个关键词。

结构和振动测试:这是 SCXI-1140 的老本行。在汽车、航空航天领域的结构测试中,需要同步采集数百个加速度计 (Accelerometer) 或应变片的信号,以进行模态分析疲劳测试SCXI-1140 的 8 通道同步功能,确保了在高速冲击或振动过程中,所有测试点的瞬态响应都能被精确捕捉,为结构动力学分析提供可靠的时域数据

瞬态事件捕捉:在电力系统、高压实验室或爆炸冲击测试中,需要捕捉持续时间极短的电压或电流信号。SCXI-1140 能够精确地锁存 (Latch) 瞬态信号的峰值或关键时序点,它的高输入保护 (±30 V) 也让它能更好地应对测试现场的突发过载

声学和声源定位:在声音采集和分析中,麦克风阵列需要采集多通道声信号。声波速度很快,任何微小的时滞都会导致声源定位的巨大误差SCXI-1140 确保了阵列中所有麦克风信号在时间轴上完全对齐,从而实现精确的波形叠加和相位比较

工业质量控制:在需要高速同步监测多个参数的生产线上,例如同时测量多个点的温度、压力和位移,并要求它们之间的时序关系必须严格准确时,NI SCXI-1140 凭借其高精度多模式支持,成为数据采集前端的可靠选择

NI SCXI-1140

NI SCXI-1140

相关产品

SCXI 是一个模块化系统,NI SCXI-1140 通常需要搭配其他模块和机箱才能工作。以下是它的一些“好搭档”

SCXI-1000/SCXI-1001:SCXI 机箱。这是 SCXI-1140 的物理载体电源提供者SCXI-1000 可容纳 4 个模块,SCXI-1001 可容纳 12 个模块。

SCXI-1301连接终端块。这是 SCXI-1140 现场接线的桥梁,通常以螺丝端子形式提供,用于连接 8 个输入通道。

SCXI-1142:8 通道可编程低通滤波器模块。可与 SCXI-1140 级联,在 T/H 采样之前对信号进行抗混叠滤波,尤其适用于振动和高频采集

NI PCI-6251 或 PXI-6251DAQ 采集卡SCXI-1140 模块调理后的信号最终需要通过这些 DAQ 卡进行数字化,它们是 SCXI 系统的后端核心

SCXI-1120/SCXI-1121:通用隔离或多功能 I/O 模块。这些是 SCXI 家族中其他类型的信号调理模块,可能与 SCXI-1140 共存于同一机箱,用于处理不同类型的传感器信号。

安装与维护

安装前准备:在安装 NI SCXI-1140 模块之前,必须确保 SCXI 机箱(如 SCXI-1000)的电源已经完全切断操作手册中这是头一条。SCXI-1140 模块需要直接插入 SCXI 机箱的任意空闲槽位,并确保其背面的** 96 针 SCXIbus 连接器与机箱背板完全接合**。如果需要使用外部保持触发信号 (External Hold Trigger) 实现精确同步,需要确保前面板连接器终端块 SCXI-1301 已正确连接到外部时钟源。在配置之前,请检查 SCXI-1140 侧面的 DIP 增益开关设置,它们必须与你的现场传感器信号电平以及 DAQ 软件配置保持一致,否则数据会失真。

维护建议: SCXI-1140 是高精度模拟模块,维护的重点在于环境和校准。首先,保持 SCXI 机箱及其周围环境的清洁干燥,避免灰尘和湿气影响模块的模拟电路性能