[发明专利]基于NI cRIO的航空超导全张量磁梯度数据采集系统及方法

摘要

本发明公开了基于NI cRIO的航空超导全张量磁梯度数据采集系统及方法，包括NI cRIO控制器、C系列I/O模块、SQUID工作点调节控制模块和人机交互界面；NI cRIO控制器的型号为NI 9033，包括1个NI Real‑Time控制器和1个4槽FPGA机箱；C系列I/O模块包括1块NI 9202模拟信号采集卡、1块RS232串口采集卡和1块NI 9401数字I/O采集卡；这三块板卡全部插在NI 9033控制器的FPGA机箱槽上；本发明主要以NI9033为实时控制器，搭建了一套航空超导全张量数据采集与控制系统，人机交互界面实时显示采集的数据，并利用FPGA机箱上的40M晶振与GPS的PPS信号，使SQUID磁数据与惯导的姿态、位置数据的同步精度达到1000ns。

主权项

1.一种基于NI cRIO的航空超导全张量磁梯度数据采集系统，其特征在于，包括NI cRIO控制器、C系列I/O模块、SQUID工作点调节控制模块和人机交互界面；NI cRIO控制器的型号为NI 9033，包括1个NI Real‑Time控制器和1个4槽FPGA机箱；C系列I/O模块包括1块NI 9202模拟信号采集卡、1块RS232串口采集卡和1块NI 9401数字I/O采集卡；这三块板卡全部插在NI 9033控制器的FPGA机箱槽上；NI 9202采集卡接收来自SQUID的磁梯度数据，经过AD转换后将数据传送给NI 9033；NI 9870串口采集卡接收来自SPAN‑CPT的惯性导航系统的姿态、位置等数据，并传送给NI9033；NI 9401接收来自SPAN‑CPT的的秒脉冲PPS信号，作为触发开始信号，并通过重采样产生倍频信号作为NI 9033控制器磁数据的开始采集信号；SQUID工作点调节控制模块包含一个485控制模块，485模块连接到NI9033控制器的串行接口上，根据采集的磁数据来实时判断怎样调节SQUID的偏置电压和偏置电流，由485发送统一协议的控制指令，直到找到SQUID的最优工作点；利用SPAN‑CPT提供的高精度的PPS信号来触发磁数据采集，保证全张量的磁梯度数据与位置、姿态数据采集开始的同步性，其次不使用惯性导航系统SPAN‑CPT提供的记录存储功能，而是利用9870模块读取惯性导航系统SPAN‑CPT的位置姿态数据，9202模块读取磁梯度数据，这两种数据同时传送给FPGA机箱，而FPGA机箱，能够并行处理数据，同时自带一个40M的时钟晶振，所以在FPGA机箱上同时给9202传送上来的磁梯度数据和9870传送上来的位置姿态数据打上FPGA机箱的时间戳。为保证FPGA机箱上晶振不产生累计误差，每1秒钟用SPAN‑CPT的时间校正一次FPGA晶振，能够使磁梯度数据和位置姿态数据的同步精度得到1000ns以内。