外文翻译 用于喷气机的大小型的数据采集系统

1、 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译系： 电子工程与光电技术 专 业： 电子信息工程 姓 名： 袁箭阳 学 号： 080401264 (用外文写)外文出处：large and small data acquisition systems. fusion engineering and design, 1999(43): 363-369 . 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：外文资料翻译内容基本正确，语句较通顺，反映了该学生具有一定的外文阅读能力和理解能力。成 绩良签 名年 月 日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文

2、用于喷气机的大小型的数据采集系统摘要大型和小型的数据采集系统在大部分物理实验中得到应用，比如喷气机。这篇论文描述了集中采集和触发系统（cats），它在诊断学方面提供了同步的高速数据采集技术，同时也介绍了基于商业电脑采集技术软件和硬件的许多更小型的喷气机基础设施的集成。相对于嵌入式总线系统来说，这种计算机系统成本更低，程序调试时间更短。1999喷气机联合企业。由elsevier science出版，版权所有。关键字：数据采集系统；集中采集和触发系统；嵌入式总线系统1 引言数据采集系统通常由总线技术建立而来，比如计算机辅助测量与控制或vme，这基本上通过嵌入式处理器和工业模块实现。这些东西通过总线

3、接口或网络集成到中央计算机系统中。这篇论文描述了应用在喷气机上的两种不同的创新的数据采集方法。第一种方法是集中采集和触发系统（cats）。这种系统在近三年内得以发展，如今能够为大量的先进的采集数据提供实时的数据选择和分析。并行处理技术的应用使得宽脉冲的智能触发采集系统得以发展，比如iter,它有很多的数据发生通道，使得连续或者在预定时间窗口内记录数据是不可能的。第二种方法是基于dos 或windows操作系统的标准计算机硬件，它越来越广泛的应用在喷气机中，且成本比较低，通过使用商业硬件或软件，这种方法程序调试时间短，也更容易维护。一个简单的、标准的基础设施已经可以被应用在数据采集中，它允许数据

4、从这些系统到中央数据仓库中。2. 中央采集和触发系统在磁流体动力学和其他等离子体现象的研究中，经验表明：为数据采集设置固定的时间窗口是不可能的。在单脉冲期间随机发生的快速事件以及记录这个事件需要实时的触发技术。所有快速诊断学的数据采集还必须紧紧地耦合在一起，因为仅仅分配触发器是不能保证数据的同步取样和采集。这种不同步将导致任一事件诊断学范围内的数据缺失，这在数据分析中已经成为一个严重的障碍。作为一个回应，一个适用于所有快速诊断学的简单的、大型的数据采集系统已经设计好了，并已经运行在喷气机上。中央采集和触发系统可以分成四部分，如图一所示。第一步是信号处理电子学，负责采集模拟信号，产生数字信号。接

5、下来数据采集系统接收、保持和保存数据，这是为了响应第三部分触发系统产生的事件。最后数据被存储在高容量磁盘上，这由控制器在中央存档。这个数据或者在中央档案或者在这些光盘上，可以由windows nt工作站检查到。中央采集和触发系统伺服的诊断学的数量随着时间增加，因此这个系统要被设计成模块化并且易扩展。同时，因为很多诊断学的数据采集依赖于这个单一系统，所以必须保证其可靠性。这个系统必须在不影响其他系统数据采集的情况下处理硬件错误。图1 中央采集和触发系统总图2.1 信号处理中央采集和触发系统为多路通道提供一个标准的数据采集方法，多路通道来自不同的诊断学系统，有着不同的信号特点。因此信号处理电子学必

6、须具有很大的灵活性。中央采集和触发系统的ad转换器的卡的参数说明如下： 完全反混叠 16位分辨率 内在噪声1比特 在单一和双极性电流或电压之间可配置 增益可通过软件从1变化到10000 可通过软件控制失调 取样频率在250khz到1mhz之间 在广泛分布的系统中有高的时钟一致性 通道间完全的光隔离 屏蔽电磁干涉 相对于商业ad转换器的卡成本高来自一组ad转换器的卡的数据打包通过一个光学taxi链路被传输到一个远程的数据采集系统中。2.2 数据采集数据采集系统接受来自许多taxi连续链路的数据，每路数据由单独的数据采集模块并行处理。当预选的摘录被传送到触发系统分析时，每个模块将数据保存在一个20

7、0ms的静态存储器的环形缓冲器中（如图2）。当触发系统检测事件时（见后面），所有的数据采集模块将相关的数据记录保存在长期的动态存储器中。在脉冲终点上，数据被写到磁盘上然后存档到中央计算机系统中。每个数据采集模块由以下部分组成：带有一个taxi接收器的双高度的欧罗卡，一个tms320c40处理器和存储器【3-5】。这些处理器有六个并行链路，用以组成一个网络。为了使得更多的信号被采集到，另一个模块加到这个网络中。当今已有大约35个数据采集模块，接收超过500个通路的数据。所有的数据以超过250mb/s的速度流进系统。图2 数据采集和触发2.3 触发有好几种触发模块，每一个模块接收来自数据采集模块的

8、实时数据流的摘录。在使用一些算法后，它们可以用来检测一个播放到所有数据采集器上的事件。受到存储器容量的限制存储器可以存储100ms的事件前数据，以及任意容量的事件后数据。事实上，在一个脉冲期间，任何多个触发事件都可以被检测到。触发算法用以检测： 种子速率的极限水平(rdd and rdt) x-射线发射率的边缘发射高峰 延伸登月舱（使用ha） 锯齿至今为止，有12个触发模块可以使用，如果需要任何多的模块都可以加入到处理网络中。2.4 系统控制c40并行处理器网络运行helios操作系统【6】，这个操作系统提供了导入大型处理器网络的能力，这个网络中单个模块是不可利用的。现在已经有超过40个的处理

9、器，因此单个处理器的错误频率非常高，以便于处理出错的或者附加的模块。中央采集和触发系统由一个双处理器的运行在windows nt服务器操作系统上的计算机控制。这为helios提供了文件系统的通路，以及与中央计算机的联系，在脉冲序列期间接收脉冲的起点通知和系统进度任务。数据被记录在很多磁盘上，以便于在很多脉冲期间保存数据。当选定的射击被写到一个本地的windows nt服务器上以便于为分析提供更快的通道时，这些数据在前夜被存档到喷气机 ibm主机电脑上。总的来说，数据显示和交互式的分析由使用计算机上的idl【2】产品完成，这个计算机运行在windows nt工作站。在每个脉冲期间这个系统自动地运

10、行。然而，这个运行器可以（且最终必须）改变触发器的参数以便于在不同试验程序下的等离子体条件。2.5 监控所有的中央采集和触发系统都由windows nt 工作站在喷气机控制间内监控，包括采集软件的输出，已获得的数据统计，存档到ibm主机上的数据。2.6 结果中央采集和触发系统通常在每个脉冲期间从以下诊断学中记录5到200mb的相关数据： 柔和的x-射线（图3） 磁 电子回旋发射（ece） 中子 (rdd, rdt). 反射器 ha 拉缪尔探针 垂直稳定性（柔和的x-射线）图3 采样柔和x-射线数据来显示全球的mhd模式通常这个数据在脉冲终点10分钟内是可以利用的，它前一夜就被存档到中央ibm主

11、机上。中央采集和触发系统已经可以用来产生所有诊断学的一致的、同步的数据，这已经广泛使用在喷气机上。触发事件被记录，在很大程度上增加了mhd和其他快速等离子体现象研究的可利用数据。在出现由处理器和存储器产生的大量热量的问题后，现在系统能可靠地运行。然而，一些通道的电子学位于圆环面并且受限于中子通量。这有时会导致这些通道的数据丢失，这可能是由所使用的高密度的fpga的电荷堆积引起的【7】。最近这个系统已经允许小数量的通路在脉冲期间记录数据。通过使用中央采集和触发系统的一个信号，我们已经能够成功的保证等离子体的垂直稳定性【7】。2.7 展望未来从当今的操作经验来看，更先进的触发器算法将被引进，它将会

12、减少处理器手动调节参数的需要。比如说，等离子体参数和计时将自动地从中央控制系统中下载下来。一个附加的二级触发系统将用来对事件进行分类和排序，在不需要记录所有相关的诊断学数据的情况下生成等离子统计数据。这个事件自动分类的功能使得用户可以搜索事件，且不需要人工地查询每个脉冲下的情况。3. 小型数据采集系统很多商业数据采集系统可以利用，基于它们使用后机和嵌入式处理器类型的结构，它们比传统的设计更具优势。通常它们成本更低，更易使用，尤其是对软件的依赖性更低。在喷气机中应用的这种系统使用多种多样的操作平台： ms-dos windows 3.11 windows 95 windows nt 3.51 (

13、intel and alpha) os/2 acorn 计算机精简指令这些系统运行多种的软件，主要有： jonathan wright- ms-dos,ccd光谱诊断 princeton instruments- windows 3.1,ccd光谱诊断 national instruments, labview- windows 95/ nt, 测辐射热仪,集气器 系统射频扩展登月舱探测器视觉设备-ccd摄像机 计算机间的ms-dos,多通道的瞬时录制器，磁学（tae） dec alpha- windows nt,实时分析(b and li)3.1 数据采集喷气机 中的所有数据通过中央unix

14、系统采集，然后形成一个数据库（喷气机脉冲文件）被传送到一个ibm主机上。所以有必要将所有的小型系统综合到这个配置中。然而要保持这些系统的低成本优势，任何一个综合都必须简单地被执行。通过基于vme的运行vxworks的嵌入式处理器的以太网，我们可以通过tcp/ip信息库采集数据。要在所有的平台上保持这个信息库是不切实际的，所以要选择一个中间设备来解决这个问题（如图4），这样代理服务器可以处理这个tcp/ip信息,并且为客户系统提供一个更简单的接口。图4 pc数据网结构一个非常简单的基于网络文件共享的接口来为客户服务。在netbeui协议下，通过微软网络软件（服务器信息块或者smb）来实现。在所有

15、的平台上运用这个接口都很简单。选择微软网络的原因是广泛的客户堆栈，小容量存储器的要求和好的性能。另外，选择windows nt作为中间层是因为，它有良好的网络支持，硬件软件成本低及其开发工具的可靠性。客户计算机通过一个开关式以太网与windows nt 服务器交换信息。每个个人计算机连接到一个单独的服务器上（如图5），提供一个私有的网络文件区域。在这些区域内，服务器通过创建标志文件与客户机通讯（如图6）。客户定期地查找这些文件，当文件出现的时候客户就开始采集数据。在脉冲终点处，客户将数据写到这个区域的子目录中，然后创建一个标志文件以表明结束。其他的文件用来指出错误或者表示脉冲终点。每个服务器使

16、用的空间时限定的，用以防止诊断间的干涉。图5 客户系统将一个私有的虚拟驱动连接到网络服务器上图6 协议下的简单文件3.2 数据存档在数据被写到磁盘上后，服务器按照请求将它发送到中央unix控制计算机上，然后存档到ibm主机上。在这里，数据被储存在一个标准的数据库里（喷气机脉冲文件）。所有的喷气机试验数据都可在线获得，通过使用层次存储管理器（hsm）不频繁地将使用过的文件传输到磁带上。3.3系统监控客户和服务器系统的状况由一个中央计算机监控，这个计算机使用简单的网络监控协议（snmp）.每个windows nt服务器维持一个链接客户的表格，这个表格通常由网络监控器选中，入口用来更新仿制品，当机器

17、不可利用的时候，它发出警报。另外，诊断学家能够监控服务器的动态状态，这由一个运行在windows nt工作站的显示程序来实现。3.4 结果当前有45个活动的客户计算机在数据网上，它主要来自四个主要的windows nt 服务器。除此之外，大型的单个诊断系统如中央采集和触发系统，运行它们自己的服务器。这种数据采集的方法主要负责所有的前夜脉冲文件（lpf）和一半的主要喷气机脉冲文件（jpf）。在最近的运行期间，主服务器在运行时没有停工期，以此说明了windows nt的高可靠性。通常客户计算机可以不出故障地运行好几个星期。遇到的最普遍的问题是由网络造成的，或者是因为电缆损坏或者是因为硬件错误。因此，良好的网络诊断工具和警报一样，对早期发现操作器的问题七至关重要的作用。一旦发现任何一个网络问题被修正，客户机器就被设置成自动地重新连接。一旦有一个服务器出现错误，我们就有一个简单的修正错误的程序，也就是说，其他任何一个服务器大约在5分钟内可以代替这个出错的机器（同时还在执行它本身的服务）。为了保证更高的可靠性，所有的服务器磁盘都被映出。事实上，当任一磁盘出错的时候，这个服务器还是继续在无损失地运行直到被替换下去。4. 讨论论文中讨论的两种系统都负责处理大量的试验数据。过去在脉冲结束时，所有的诊断数据立即被采集，然而一些诊断系统（特别是中央采集和触发系统）产生如此大