［編輯簡介］：利用NI的LabVIEW軟件和CompactRIO硬件開發一個用於研究雪崩中雪流特性的測量係統，該係統不僅能夠在100kHz/通道下進行采樣，並保證在惡劣山地條件下的可靠性，滿足了實際測量需要。
行業:
科研
產品:
實時模塊, FPGA模塊, CompactRIO
挑戰:
通過收集關於雪流速度和壓力的實時數據，確定雪崩中雪流規律以及雪崩阻滯屏障的有效性。
解決方案:
利用NI的LabVIEW軟件和CompactRIO硬件開發一個堅固的測量係統，以便在惡劣的山地條件下精確、可靠地進行快速數據采集。
"CompactRIO和LabVIEW之間的無縫集成，以及易於使用的軟件使產品成為顯而易見的應用選擇。"
法國農業與環境工程研究院（Cemagref）是一家受法國農業和研究部監管的研究機構，專門進行環境科學和技術方麵的研究。Cemagref的格勒諾布爾分部（Grenoble）側重研究與山地環境有關的問題。ETNA（山洪、積雪和雪崩）研究部打算著手開發一套用於預防雪崩、風害、急流尼流、洪水和岩崩等自然山區危險的工具。
塔貢那茲（Taconnaz）冰川位於法國夏蒙尼的阿爾卑斯山脈的查默尼克斯（Chamonix）穀內，是著名的“ 雪崩走廊”。塔貢那茲（Taconnaz）雪崩走廊的長度超過7500米，平均坡度是46°，並且寬度可達300米至400米。一旦頂部的冰峰掉落，則有可能在雪崩帶的各個區域造成雪崩的發生。其中，最高的可能的雪崩起始區域位於4000米高度。一旦發生百年不遇的大雪崩，總雪量估計可達180萬立方米。雪崩帶後擁有長達1100米左右的減速區域。政府計劃在減速區域中建造一條雪崩阻滯屏障，包含減勢土墩、沉積區以及側麵和正麵的堤壩。
測量雪流特性
ETNA研究團隊與National Instruments的係統聯盟商SAPHIR一起開發了一個參數事件監測的相關方法，以減少由於錯誤引發雪崩引起的飽和風險。ETNA已經與SAPHIR進行了十多年的項目合作，以研究各種自然風險的要素。
為了達到研究目標，流體力學專家為塔貢那茲（Taconnaz）雪崩阻滯屏障的三個減勢土墩安裝了壓力和速度傳感器。團隊打算著手確定雪崩雪流的規律以及與雪崩阻滯屏障的相互影響。
研究團隊希望能夠同步獲得三個獨立測點的速度（高達60米/秒）和壓力（高達100 rpm²），同步精度需要小於0.1秒。此外，這一應用還要求測量係統必須在-30 °C環境下工作，達到100kHz/通道的采樣率，並提供自動事件檢測，事件發生前後的數據記錄與流盤等功能。
係統詳情
為了構造一個堅固、可靠並且能夠經受惡劣山地條件的測量係統，研究員選擇了三個配備有控製器和NI 9239 、NI 9215模擬輸入模塊的CompactRIO 機箱。每個CompactRIO機箱都通過防漏接口與控製台連接。此外，LabVIEW軟件通過NI 9472模塊輸出的數字信號來控製數據記錄儀並且保證數據記錄儀的同步。CompactRIO和LabVIEW之間的無縫集成，以及易於使用的軟件使產品成為顯而易見的應用選擇。
應變計用於壓力測量
為wei了le測ce量liang張zhang力li，研yan究jiu人ren員yuan使shi用yong了le基ji於yu應ying變bian計ji的de傳chuan感gan器qi，其qi優you點dian是shi可ke以yi保bao留liu低di頻pin信xin號hao並bing進jin行xing溫wen度du補bu償chang。團tuan隊dui通tong過guo確que定ding傳chuan感gan器qi的de剛gang性xing係xi數shu以yi及ji設she置zhi預yu期qi信xin號hao帶dai寬kuan的de大da小xiao，來lai確que定ding最zui佳jia取qu樣yang頻pin率lv。
為了研究測量係統的聯合誤差，研究團隊根據《測量不確定度表示法指導手冊（GUM）》對構造函數的數據進行不確定性計算，以確保傳感器精度不受測量不確定性的影響。在本應用實施的各種條件中，隻有不到1%的測量不確定性由NI 9239造成的。
紅外傳感器用於速度測量
在測量速度方麵，團隊采用了被雪崩研究機構廣泛使用的測量原理[R01: 登特等人（1998）]。這一測量原理在過去Col du Lac Blanc和Col du Lautaret等地進行的兩次實驗中也實施過。它是基於同雪流方向一致的紅外反射傳感器產生的兩個信號的相互關係而得出的。
為(wei)了(le)實(shi)現(xian)對(dui)臨(lin)時(shi)性(xing)雪(xue)流(liu)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)，研(yan)究(jiu)員(yuan)構(gou)建(jian)了(le)一(yi)個(ge)全(quan)新(xin)的(de)協(xie)議(yi)以(yi)確(que)定(ding)計(ji)量(liang)參(can)數(shu)。與(yu)測(ce)量(liang)有(you)關(guan)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)僅(jin)涉(she)及(ji)在(zai)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)偏(pian)差(cha)。在(zai)有(you)雪(xue)流(liu)的(de)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，設(she)備(bei)上(shang)首(shou)次(ci)獲(huo)得(de)了(le)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)，結(jie)論(lun)非(fei)常(chang)令(ling)人(ren)振(zhen)奮(fen)，但(dan)是(shi)對(dui)這(zhe)些(xie)結(jie)論(lun)的(de)確(que)認(ren)還(hai)將(jiang)通(tong)過(guo)在(zai)未(wei)來(lai)測(ce)量(liang)其(qi)他(ta)雪(xue)流(liu)來(lai)實(shi)現(xian)。
基於上述的各種實驗，研究團隊對附近的研究站采用這種測量技術。此外，係統還必須額外考慮兩個製約條件：雪崩可能施加給測量設備的壓力（設備應能夠經受住100噸/平方米的壓力）以及將要測量的最大速度（估計為60米/秒）。CompactRIO特別適合於解決流速的測量需要，因為它能夠在100kHz/通道下進行采樣。
實施
研究團隊將CompactRIO信號采集設備放置在了一個防護室內，靠近位於雪崩帶三個減勢土墩坡腳下的傳感器。這三個模塊通過以太網（Ethernet）相互連接，並且以太網還可以連接到大約300米外的一個地下室，對設備進行遠程訪問。研究員可以在地下室內加載模塊列表、對模塊進行配置並且下載已獲得的數據。
模塊會持續記錄循環內存中的壓力和速度信號，並每60秒進行一次數據留盤。在壓力傳感器監測到地質事件期間，CompactRIO 和 LabVIEW係統會自動保存地質事件發生之前60秒和之後120秒的數據。當某個采集設備檢測到事件時，它會通過以太網向5號護坡上的設備發出請求，並經由NI 9472模塊產生數字信號。三個設備可接收到信號，確保團隊中的每個設備記錄的特定信號能夠被同步。
結論
利用CompactRIO 和 LabVIEW構造雪崩雪流的測量係統提供了性能和速度上的明確的優點，使其成為理想的解決方案。CompactRIO的(de)采(cai)樣(yang)率(lv)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)測(ce)量(liang)雪(xue)流(liu)的(de)特(te)殊(shu)需(xu)要(yao)，硬(ying)件(jian)足(zu)夠(gou)堅(jian)固(gu)，能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)在(zai)惡(e)劣(lie)山(shan)地(di)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。硬(ying)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)平(ping)台(tai)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)允(yun)許(xu)進(jin)行(xing)未(wei)來(lai)開(kai)發(fa)，無(wu)需(xu)大(da)量(liang)的(de)額(e)外(wai)投(tou)資(zi)。
下一步：
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