应用

地震是地球内部能量释放的一种自然现象，常常带来灾难性的后果，为了减轻地震带来的损失以及研究地震的成因、地震波的传输、评估地震的风险，都需要使用地震波模拟系统。传统的地震波模拟方案有两类，都存在各自缺点。成套专业系统价格昂贵，功能死板，难以实施而且难以满足先进科研的灵活性需要。通用仪器驱动的模拟实验系统对于小通道简单波形有较高性价比，但是对于大通道、复杂波形难以实现。

挑战

用户利用数值计算方法模拟并根据实际采集的样本，构建多通道复杂时变波形，通过模拟系统输出多维度地震波用于科学、工程和减灾研究试验。用户希望地震波发生系统具备以下能力和特点：

· 32通道同步波形输出，波形更新率覆盖直流到20 kHz全部声音振动频段

· 波形可以按照周期循环、短时脉冲、长时间流盘等多种模式输出

· 输出准确、稳定可靠，可以实施CNAS校准

· 具备较高处理计算能力，可以实现试验现场的即时计算和处理

· 具备通道和功能扩展能力

· 有工业级抗干扰设计，坚固耐用，需要的时候可以搬移到不同试验场所

解决方案

客户使用可编程PXIe信号发生器，作为地震信号模拟输出系统，可完美解决以上问题。可编程PXIe信号发生器有3部分组成：机箱PXIe-2315G2、控制器PXIe-3125a、模拟输出卡PXIe-5711。机箱PXIe-2315G2提供4个外设插槽，可兼容多种总线板卡，并提供8 GB/s带宽能力，满足复杂波形的传输带宽需求，方便拓展，可构建复杂的信号发生器；PXIe-3125a利用Intel第11代处理器技术，提供强大的计算能力，可模拟生成复杂波形并处理；模拟输出板卡PXIe-5711提供32路输出通道，精度可达200 ppm，每通道提供8 M Samples的存储深度，可存储复杂波形，同时提供单点、有限点、连续环绕、连续非环绕等输出模式，可实时输出变化的波形，满足连续变化信号输出的要求。

图 1  试验系统原理框图

在软件方面，简仪科技为客户提供了初步的三十二通道地震波回放系统，具备如下功能：

· 可读取用户存储的地震波数据并显示；

· 可设置输出频率，灵活控制地震波信号的输出速度；

· 可实现单次输出和多种地震波循环输出；

· 循环输出时可灵活设置地震波之间的输出间隔，满足研究需要。

客户在简仪科技锐视工具包和丰富的范例源代码基础上进行二次开发，快速完成了性价比高，功能灵活，能够支撑业界先进科研水平的地震波模拟系统。

图 2  三十二通道地震波数据回放系统

图 3  简仪5711范例，涵盖多种输出模式和触发同步方式

使用的简仪产品

硬件：

• PXIe-2315G2：高数据传输带宽5槽Gen2全混合PXI Express机箱

• PXIe-3125a：高性能第11代Intel^® Core™ i5-11500HE处理器PXI Express控制器

• PXIe-5711：高精度0.02%，32通道 16位 2 MS/s 模拟输出模块

软件：

• 基于开源免费的锐视测控软件SeesharpTools开发应用程序

为什么选择简仪

• 简仪科技提供成熟的模块仪器软面板，可实现多种常见波形输出以及处理

• 简仪科技提供丰富的开发范例，快速助力客户的二次开发需求，降低了使用成本

• 简仪科技提供多种平台驱动，可兼容绝大部分开发平台，易于集成

• 优质的服务以及快速响应能力，协助客户解决问题

通过采用简仪提供的基于PXIe架构的可编程信号发生器，并搭载高性能控制器与32通道高精度输出模块，不仅满足了从直流到20 kHz全频段、多模式波形输出的复杂科研需求，还通过提供的软硬件工具包极大地降低了二次开发门槛和成本，从而有效支撑了地震成因研究、工程测试及防灾减灾工作的深入开展。