NI Compact RIO在海洋环境多物理场测量中的应用

作者：时间：2012-07-21来源：网络收藏

　　一、引言

　　近些年来，随着人类对于海洋开发力度的增加，关于海洋方面的研究越来越广泛深入。相应地，海洋中各种环境物理场也成为了研究关注的焦点。因为对于海洋环境物理场的了解，意味着人们可以更加熟悉海洋，利用其环境物理场的变化规律，使我们在海洋地质勘测、地震预警、海洋捕捞、石油勘探等领域，更加的方便、有效。

　　而随着海洋物理场水下物理场测量测试需求的增加，传统的测试手段已经无法满足现在的测量需要，繁多的各物理场采集系统硬件设备测量灵活性差，系统的安全性和可靠性低的缺点，已严重限制了在需要多个环境物理场同时进行测量中的应用。因此，对于一个小型化、智能化、布放便捷的海洋环境物理场测量系统的研究开发已经成为必需。

　　二、硬件系统介绍：

　　1．系统总体设计思想：

　　本系统是基于海洋中多个环境物理场的综合测量方法。海洋环境物理场包括多种物理环境，有传统的声、以及近些年来逐渐引入的磁、电、水压，甚至于刚刚引起关注的光、荧光、地震波，各个物理场均有其特有的特性，这让现有的水下物理场采集系统越来越无法满足测量的需要；对于海洋的环境物理场，单点的测量系统所获取的数据已经无法满

足对于海洋环境物理场测量与分析的需求，而通过水下测量阵的多点探测，可以搜集到测量海域内大量的海洋环境物理场数据，为研究人员准确的确定物理场的参数提供了方便。

　　同时，为了预测海洋环境物理场的变化趋势，一个能够长期在水下工作的测量系统也是必须的。对于本系统的设计，需要一个多点采集阵列，通过岸上的PC机，对水下的各个采集点进行控制，各个采集点将采集到的数据通过光纤传送到岸上，进行显示和处理，基于以上几点考虑以及根据海上作业的特殊需要，我们对于本套系统提出的要求是：

　　（1）智能化：灵活多样的测量方式，因为水下的多种物理场，其对采样率、采样精度的要求不同；快捷、方便的采集软件，利于程序员调试、测量人员操作；
　　（2）小型化：为了方便海上实测、布放的需要，以及对于水密舱的设计需要，小型的采集系统将是我们的首选。

　　（3）系统的安全、稳定性：系统可以长期、稳定的进行数据采集工作，这就要求系统水密性高，在海上要适应不同的温度条件，耐水流冲击以及布放时的冲撞，同时，长期工作时的功耗低，散热性好，能够保证系统的稳定工作。

　　综上考虑，在对多个采集系统进行综合比较分析之后，我们选择了NI公司的NI CompactRIO控制和采集系统。该系统是一种小巧而坚固的工业化控制和采集系统，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，缩写为RIO) FPGA技术实现超高性能和可自定义功能。NI CompactRIO包含一个实时控制器与可重新配置的FPGA芯片，适用于可靠的独立嵌入式或分布式应用系统；其多样的热插拔工业I/O模块，内置可直接和传感器/调节器连接的信号调理，均符合大多数海洋环境物理场测量的需要；优良的抗震耐温性能超越了老式的采集系统，保证了测试的可靠性与安全性；小巧的外形，使得系统的体积大大减少，方便了研究人员的海上布放与测量工作；较低的功耗，也使得系统工作的稳定性增强；同时，NI公司的LabVIEW和LabVIEW RT 模块、LabVIEW FPGA模块提供了良好的图形化开发环境，利用LabVIEW软件，可以快捷的设置NI cRIO采集模块的采集属性；对于整个水下测量系统，可以利用NI cRIO系统集成的接口设备以及便捷的软件设置，将水下各个测量点方便的集成在一起，并通过网络，和岸上工作站相连。