NI SCXI-1100

产品介绍

NI SCXI-1100 是美国国家仪器（National Instruments，简称NI）公司推出的SCXI（Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation）模块化信号调理系统中的一款基础且经典的多功能模块。该模块是一个32通道差分/16通道单端模拟输入复用器/放大器，专门设计用于对各种低电平电压信号进行高精度的信号调理、放大和多路复用，然后将其提供给高性能的数据采集（DAQ）设备进行数字化。在工业测试与测量、实验室研究和过程监控领域，NI SCXI-1100 作为信号链的前端，确保了从传感器（如热电偶、应变片、压力传感器）到数据采集系统的信号质量和完整性。对于需要高精度、多通道数据采集的系统工程师而言，了解NI SCXI-1100 的规格与配置是构建可靠测量系统的关键第一步。

产品参数

• 产品类型：SCXI信号调理模块（模拟输入复用器/放大器）。

• 通道配置：

  • 32路差分输入或16路单端输入（通过跳线选择配置）。

  • 通道通过一个4线继电器多路复用器切换到单个高精度放大器。

• 输入信号范围：通过增益设置和跳线选择，支持多种电压范围，典型范围为：

  • ±50 mV, ±500 mV, ±5 V, ±10 V（在增益1、10、100、1000下）。

• 增益与放大：模块提供可编程增益放大器（PGA），增益可通过软件或硬件跳线设置为 1, 10, 100, 或 1000，用于放大微弱信号。

• 滤波：配备一个4 Hz 低通抗混叠滤波器（-3 dB点），用于滤除高频噪声。

• 最大采样率：作为复用模块，其通道扫描速率受限于复用器切换时间和后端DAQ卡的采样率。在复用模式下，每通道最高可达333 kS/s（取决于具体配置和主机性能）。

• 连接方式：通过SCXI-1349屏蔽接线端子或类似附件连接现场信号线，提供螺丝端子或弹簧端子选项。

• 调理功能：

  • 激励源：可为需要激励的传感器（如应变片）提供+2.5V 或 +5V的精密激励电压。

  • 冷端补偿：当用于热电偶测量时，可通过模块的冷端补偿电路（需配合SCXI-1303等端子板）进行温度补偿。

• 总线接口：通过SCXI总线与安装在SCXI机箱内的数据采集控制器模块（如SCXI-1600）或通过电缆直接与PCI/PXI插槽的DAQ卡连接。

• 软件支持：完全兼容NI的LabVIEW、LabWindows/CVI、Measurement Studio等开发环境，并可通过NI-DAQmx驱动进行配置和控制。

优势与特点

1. 卓越的信号调理精度与灵活性：NI SCXI-1100 的核心优势在于其提供的高质量信号调理。其低噪声、可编程增益放大器和抗混叠滤波器能有效提升微弱信号的测量精度和信噪比（SNR）。灵活的差分/单端配置和多种输入范围使其能够适配各类传感器。

2. 高密度通道与成本效益：单模块提供多达32个差分调理通道，在需要成百上千个测量点的系统中（如结构健康监测、风洞测试），能显著降低单位通道的成本和系统复杂性，优化机架空间。

3. 模块化与可扩展的系统架构：作为SCXI平台的一员，SCXI-1100 可以与其他专用的SCXI模块（如数字I/O、电阻桥、隔离模块）混插在同一机箱内，构建高度定制化的混合测量系统。这种模块化设计便于系统的升级和维护。

4. 强大的软件集成与易用性：通过NI统一的NI-DAQmx驱动和配置管理软件，用户可以轻松完成通道配置、缩放、自定义传感器线性化和任务调度。在LabVIEW中，其编程接口高度图形化和直观，大大缩短了开发时间。这是NI SCXI-1100 在测试测量领域备受青睐的重要原因。

5. 工业级可靠性：设计用于实验室和工业环境，具备良好的稳定性和长期可靠性，适用于需要连续监测和数据记录的应用。

应用领域与案例

NI SCXI-1100 广泛应用于需要高精度、多通道数据采集的测试、监测和控制系统。

• 案例一：汽车零部件疲劳测试台数据采集
  在发动机支架或车身结构的振动与疲劳测试中，需要同时采集数十个应变片和加速度计的微弱信号。多个 SCXI-1100 模块被安装在SCXI机箱内，对信号进行放大和调理，然后由高分辨率DAQ设备记录。其高通道密度和精确的放大能力是获得可靠测试数据的关键。

• 案例二：工业过程温度监控系统
  在化工厂的反应器或管道上，分布着数十个热电偶（T/C）。SCXI-1100 模块配置为差分输入模式，结合冷端补偿端子板，可以高精度地采集所有热电偶的毫伏级电压信号，并将其转换为温度值，用于过程控制和安全性监测。

• 案例三：风洞实验空气动力学测量
  在飞机模型的风洞测试中，模型表面装有数百个压力传感器（输出为低电平电压）。使用多个SCXI-1100模块构建的信号调理系统，能够同步、高速地扫描所有压力通道，其抗混叠滤波器确保了动态压力数据采集的准确性。

与竞品对比

与其他品牌（如德维创DEWETRON、HBM）的模块化数据采集系统或通用PLC的模拟量输入模块相比，NI SCXI-1100 及SCXI系统的特点在于：

• 专注于高精度测试测量：其设计首要目标是测量精度、灵活性和信噪比，而非工业控制逻辑。因此，在分辨率、噪声抑制和信号调理选项上通常优于普通的工业PLC模拟量模块。

• 与NI软件生态的深度绑定：其最大优势在于与LabVIEW和NI-DAQmx的无缝集成，提供了从硬件配置到数据分析和显示的完整、高效的软件工作流程，特别适合研发和测试工程师。

• 系统的高度可配置性：通过混合搭配不同的SCXI模块，可以构建从简单的电压采集到复杂的桥式传感器、热电偶、频率信号混合采集的系统，灵活性远超大多数固定功能的解决方案。

• 在科研与高端测试领域的品牌地位：NI在测试测量领域拥有强大的品牌号召力和广泛的用户基础，其SCXI系统在高校、研究所和企业的研发部门中非常常见。

选型建议与注意事项

1. 明确信号源与测量需求：详细分析待测信号的类型（电压、热电偶、应变等）、电平范围（毫伏级还是伏特级）、频率成分和所需精度。这是选择增益、滤波和接线方式的基础。

2. 规划系统架构与通道数：计算所需的总通道数，并据此确定需要的SCXI-1100模块数量。同时，需选择合适的SCXI机箱（如SCXI-1000、SCXI-1001）和数据采集控制器（如SCXI-1600）或DAQ卡。

3. 正确配置增益与滤波：根据信号幅度设置合适的增益以充分利用ADC的量程。确认4Hz低通滤波器是否满足应用需求，如需更高截止频率，可能需要选择其他型号或后端数字滤波。

4. 重视接线与接地：对于低电平信号，必须使用屏蔽电缆，并采用正确的单点接地策略，以最大限度减少噪声干扰。正确使用 SCXI-1349 等屏蔽端子板至关重要。

5. 软件配置与校准：利用NI MAX（Measurement & Automation Explorer）软件对模块进行识别和配置。对于高精度应用，定期利用可追溯的标准源进行系统校准。

6. 考虑采样率与扫描模式：注意在复用模式下，总采样率由后端DAQ设备决定，且分配到每个通道的采样率会降低。对于需要高采样率或同步采样的通道，可能需要使用并行采样设备而非复用器。建议通过NI官方或授权分销商采购，以确保获得兼容的硬件、最新的驱动和软件支持。在系统集成前，充分阅读相关硬件和接线手册

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