PXDAQ18373E高精度（18bit）高速率（30M）8通道PCIE声发射卡

PXDAQ18373E是鹏翔科技(长沙)历时六年开发成功的一款高精度高速率的声发射采集卡，该卡具有真实的18bit采样精度和每通道30M/S的采样率，采用标准的PICE2.0x8接口，数据通过率高达2.6GB/s。除了硬件提取特征参数和声发射波形外，还可全速实时传输波形流，适合大学，研究所和检测机构的声发射应用。

大致来说，声发射仪器经历了四个阶段的发展，也可认为前面经历了四代声发射仪。
阶段，1965年，美国Dunegan推出了台商业化的声发射仪，一直到1983年基本都是纯模拟技术实现的声发射仪，也是代声发射仪，信号带宽100kHz-1MHz；

第二代声发射仪，1983~1994年，美国PAC的SPARTAN-AT开始引入微处理器，并将声发射系统模块化，部分数字化，信号带宽提高到100kHz~1.2MHz；

第三代声发射仪，1994~2003年，美国DW、美国PAC和德国Vallen将声发射仪全面数字化，声发射传感器接收到的信号经过放大器放大之后直接经AD变换器专为数字信号，然后用数字电路硬件提取特征参数，并按照PDT、HDT、HLT等时间常数来提取声发射波形，信号带宽拓宽到1kHz~2MHz；

第四代声发射仪，2003~2015年，美国PAC将18bit的高速ADC引入PCI总线声发射卡，开启了18bit的高精度采集，除了特征参数和波形外，还启用了包含全部原始信息的波形流功能。在此期间，USB接口的声发射仪也开始出现，并逐步从USB2.0发展到USB3.0，总线传输速度也从40MB提高到400MB，信号带宽提高到1kHz~3MHz；

虽然第四代声发射仪拥有了18bit高采样精度以及高采样率，但由于PCI或USB总线的带宽限制，只能传输声发射特征参数和根据PDT、HDT和HLT提取的有限的声发射波形，大部分的原始波形流数据都只能丢失而无法上传到计算机。或者是以有限的带宽来传输部分波形流，譬如单块PCI卡的总采样率不超过10M时可以传输波形流。而声发射研究的信号频率逐渐提高（日本富士公司甚至推出了10MHz频率的声发射传感器REF10M），使得采样率也逐步提高，而且传统的特征参数和声发射特征波形的分析方法无法满足用户日益增长的研究需求，因此提高声发射卡的带宽迫在眉睫。于是鹏翔科技从2009年开始封闭式研发，并在2015年底推出了PCIE总线的声发射卡，单卡8通道，每通道18bit30M采样，频率带宽高达1kHz~5MHz，且采用PCIE x8倍速传输，板卡传输带宽高达2.6GB/s，第四代声发射仪存在的传输瓶颈得到解决。除了声发射特征参数和波形的硬件实时提取之外，波形流功能也得以不受带宽限制的全速采集和实时传输。同时，适合分布式检测的千兆网接口的网络声发射仪开始出现，并将逐步向万兆光纤传输发展，实现远距离的分布式声发射检测。同时声发射仪器的信号带宽提高到1kHz~5MHz，这也意味着第五代的声发射仪开始大量投入市场应用并逐渐得以普及。

每块PXDAQ18373E拥有8个独立的高速同步采集通道，在普通计算机或工控机上即可实现8~56通道的声发射仪。如配合16槽的PCIE机箱，可实现单机128通道的声发射信号采集分析。另外，每块声发射卡还可同步采集10路外参数，多卡可累加使用。

PXDAQ18373E声发射卡采用了高集成、高密度的12层PCB结构，具有18位的高精度，每块卡8个通道，每通道高达30M的采样率，并且采用了PCIE2.0 x8总线的DMA传输，数据带宽达到了惊人的2.6GB/s。由于其具有高性能、低噪声和高速度等特点，是适合大学、研究所和检测机构应用的声发射采集卡。

由于采用了Xilinx公司的KINTEX-7高性能FPGA，PXDAQ18373E声发射卡能硬件实时提取22种声发射特征参数，分别是：幅度、能量、振铃计数、持续时间、信号均方根值、平均信号电平、电压阀值、上升时间、峰值计数、平均频率、反算频率、初始频率、信号强度、频率、局部功率谱、质心频率、峰值频率、能量、到达时间、循环计数、阻尼、模态。

PXDAQ18373E除了实时提取特征参数和根据PDT、HDT和HLT时间常数来提取声发射波形外，还可以所有通道全速采集并实时传输原始的波形流文件。这是迄今为止世界上其他声发射产品所无法实现的。

由于规模化经营和批量化生产，鹏翔科技是国内为数不多的满足ISO9001质量标准的声发射技术公司。PXDAQ18373E声发射卡为高集成、高密度、多层（12层）PC卡，板卡的设计、自动贴片、回流焊、组装、检测等所有工作都由本公司独立完成。下图为生产这种卡的表面贴装技术（SMT）生产线和可靠性测试的部分设备。

不同于并行的PCI总线，PCI Express插槽利用了串行点对点的连接。每个数据链路（Lane）可实现500 MB/s的传输速度。PXDAQ18373E采用基于x8通道的PCI Express 2.0技术，其明显的优势就是每个独立的板卡上，每槽的直接连接都可以支持的传输带宽。PXDAQ18373E声发射卡可以使用在2.0和3.0标准的PCI Express插槽中，如x8或x16。

PAW声发射工作站共有9个系列，其中采用PAW7工作站可实现单机80通道，采用PAW8可实现单机128通道，采用PAW9可实现单机768通道（使用6台16槽PCIE扩展坞）。

PXDAQ18373E高精度高速率高带宽8通道PCIE声发射卡技术参数一览表

Q1：PXDAQ18373E声发射卡为何采用PCIE x8总线，有什么好处？
A1：虽然第四代声发射仪拥有了18bit高采样精度以及高采样率，但由于PCI或USB总线的带宽限制，只能传输声发射特征参数和根据PDT、HDT和HLT提取的有限的声发射波形，大部分的原始波形流数据都只能丢失而无法上传到计算机。传统的特征参数和声发射特征波形的分析方法已经无法满足用户日益增长的研究需求，而且声发射研究的信号频率逐年提高，使得采样率也逐步提高（采样率至少需要在信号频率的5倍以上），采样率的提高意味着对传输带宽的要求也是水涨船高，以5MHz的信号为例，用6倍频采样的话，就是30M采样率，即便是16bit精度，单个通道的波形流数据就需要60MB/s的带宽，8个通道需要480MB/s带宽，传统的USB2.0和3.0均无法满足波形流的传输要求。18bit采样的话对带宽要求更高，因此，PXDAQ18373E声发射卡采用了PCIE x8总线，实际传输带宽高达2.6GB/s，也就是20.8Gb/s。是PCI总线（实际约130MB/s）的20倍，是USB2.0带宽（实际约40MB/s）的65倍，是USB3.0带宽（实际约400MB/s）的6.5倍。

Q2：PXDAQ18373E声发射卡为何每个通道都采用独立ADC，如何验证？
A2：PXDAQ18373E声发射卡的采用了4个双通道的ADC，每个双通道ADC里拥有2个独立的ADC通道，也就是8个通道采用了8路独立的ADC。因为声发射需要高精度的同步和很高的通道隔离度，所以主流的声发射厂商都会采用独立通道ADC。如果多个通道共用一个ADC芯片，只能采用轮询采样的方式，这样会带来两个不良后果，一是同步性很难保证，当通道采样时，其他通道的数据是无法被采样到的；二是由于ADC内采样保持电容的充放电需要时间，因此在1通道有个大的信号进来时，即便2通道没有信号进来，由于1通道采样保持电容尚未放电，因此2通道也会有采样数据。虽然在上位机的波形图上看上去比较好看，但这时已经不是真实的信号了。PXDAQ全系列采集卡的各个通道均采用独立ADC，就是为了确保各通道数据的高度同步和每个通道数据的真实性。

Q3：PXDAQ18373E声发射卡的精度是多少位，如何验证？
A3：PXDAQ18373E声发射卡的精度是18位的，除了查看板卡上的ADC芯片型号外，还可将PXAES软件的门槛设为0，然后空采，再将声发射波形转为txt文本格式，可以看到最小值为76.3微伏，也就是18bit的最小量化台阶，即可验证ADC的采样精度。而且PXDAQ18373E声发射卡上的每一个芯片都没有打磨，所有参数指标都经得起推敲和验证。

Q4：PXDAQ18373E声发射卡的采样率是多少，如何验证？
A4：PXDAQ18373E声发射卡每通道的采样率是30MSPS，除了查看板卡上的ADC芯片型号外，还可用PXAES软件来连续采集正弦波，将采样率设为30M，连续采集一定时间段，再查看存储的波形流的数据大小，即可推算出单通道的采样率。而且PXDAQ18373E声发射卡每个通道是独立的AD，且不受总线带宽的限制，可以8个通道全速采集并实时存储。

Q5：PXDAQ18373E声发射卡的信号频率带宽是多少，如何验证？
A5：PXDAQ18373E声发射卡的信号频率带宽是1kHz~5MHz，除了查看板卡上的模拟滤波器芯片型号外，还可用PXAES软件来实际采集5MHz的信号看波形是否有失真。虽然根据奈奎斯特采样定理采样率只需达到信号频率的两倍即可采集信号，但实际上需要5倍频甚至10倍频才能保证信号的不失真，因此PXDAQ18373E将采样率设为30M，在采集5MHz信号时可以达到6倍频，因而保证了声发射信号的高保真。

Q6：PXDAQ18373E声发射卡的声发射特征参数是硬件提取的吗，具体可提取哪些声发射参数？
A6：PXDAQ18373E声发射卡采用了Xilinx公司的KINTEX-7高性能FPGA，可硬件实时提取22种声发射特征参数，分别是：幅度(amplitude)、能量(energy)、振铃计数(counts)、持续时间(duration)、信号均方根值(RMS)、平均信号电平(ASL)、电压阀值(threshold)、上升时间(rise time)、峰值计数(counts to peak)、平均频率(average frequency)、反算频率(reverberation frequency)、初始频率(initiation frequency)、信号强度(signal strength)、频率(absolute frequency)、局部功率谱(partial powers)、质心频率(frequency centroid)、峰值频率(peak frequency)、能量(absolute energy)、到达时间(arrival time)、循环计数(cycle counter)、阻尼(damping)、模态(modal)。

Q7：PXDAQ18373E声发射卡除了特征参数外，还可提供什么声发射信号数据？
A7：PXDAQ18373E声发射卡除了特征参数外，还可根据PDT、HDT和HLT时间常数来提取声发射波形，并且可以所有通道全速采集并实时传输原始的波形流文件。因为PXDAQ18373E采用了PCIE2.0x8的高速总线，实际的数据传输带宽高达2.6GB/s(即20800Mb/s，是PCI总线理论带宽的19倍多，是USB2.0总线理论带宽的43倍)，这是目前世界上其他声发射产品所无法实现的。

Q8：PXDAQ18373E声发射卡如果多块同时使用，传输带宽会有降低吗？
A8：不同于并行的PCI总线，PCI Express插槽利用了串行点对点的连接。每个数据链路（Lane）可实现500 MB/s的传输速度。PXDAQ18373E采用基于x8通道的PCI Express 2.0技术，其明显的优势就是每个独立的板卡上，每槽的直接连接都可以支持的传输带宽。PXDAQ18373E声发射卡可以使用在2.0和3.0标准的PCI Express插槽中，如x8或x16。

Q9：PXDAQ18373E声发射卡最多支持多少块卡同步采集？
A9：PXDAQ18373E声发射卡采用了标准的PCIE2.0x8总线，系统整机的通道数主要取决于PCIE插槽的数量，用户可将PXDAQ18373E插入普通的商用计算机，实现单机8~48通道的声发射仪。也可选配PAW声发射工作站，共有9个系列，其中采用PAW7工作站可实现单机80通道（11个PCIE槽），采用PAW8可实现单机128通道（采用EB16型16槽PCIE扩展坞），采用PAW9可实现单机768通道（采用一台计算机连接6台EB16型16槽PCIE扩展坞）。

Q10：PXDAQ18373E声发射卡支持二次开发吗？
A10：PXDAQ18373E声发射卡除了支持标准的声发射系统软件（PXAES）和事后波形流分析软件（PXAES-POST）外，还提供了PXDAQ18373E卡的底层开发环境（SDKLabview-18373E）选配，即C语言动态连接库SDK及用于Labview开发的驱动程序。用户可根据不同需要开发出专用的实时采集处理系统。

Q11：PXDAQ18373E声发射卡体积多大，是否可以插入常用的电脑机箱？
A11：PXDAQ18373E声发射卡采用了12层高密度设计，是标准的中长卡，长度为240mm，与ATX主板标准宽度一致，可以很容易的插入常用的电脑机箱。