SIRIUS XHS 高速数据采集系统：工业瞬态信号捕捉的 “全能中枢”，从微秒级瞬态到宽域监测的技术革命

一、技术定位：打破 “高带宽” 与 “高动态” 的固有矛盾

在工业测试领域，“高频瞬态捕捉” 与 “微弱信号解析” 往往难以兼顾 —— 传统高速采集卡（如 14 位 250MS/s）动态范围不足（<80dB），无法识别背景噪声中的微弱信号；而高动态系统（如 24 位 1MS/s）带宽有限（<1MHz），又会错失微秒级瞬态事件。SIRIUS XHS 作为奥地利 Dewesoft 的旗舰产品，通过HybridADC 混合架构首次实现 “单系统双模式” 突破：

• 16 位 SAR ADC 高带宽模式：15MS/s 采样率 + 5MHz 带宽，精准捕捉 IGBT 开关尖峰、电弧放电等纳秒级瞬态；

• 24 位 Σ-Δ ADC 高动态模式：2MS/s 采样率 + 150dB 动态范围，从 - 120dB 背景噪声中提取 0.1mV 级轴承故障信号。

这种 “二合一” 特性使其成为多物理量同步监测的理想选择：某电动车电驱测试中，它可同时采集 3 路信号 ——15MS/s 记录 IGBT 栅极电压（5MHz 带宽）、2MS/s 监测电机绕组温度（24 位分辨率）、1MS/s 采集扭矩传感器数据，较传统 “高速卡 + 数据采集仪” 的组合方案，设备数量减少 60%，同步误差从 ±5μs 降至 ±100ps，测试效率提升 40%。

此外，其工业级耐用性针对极端场景优化：IP54 防护 +±1000V 全通道隔离，可直接接入 10kV 高压系统（如断路器测试）；-10℃~50℃宽温设计，在风电机舱（-30℃低温启动需预热模块）、发动机舱（60℃高温）等环境中仍保持稳定，某北方风电场冬季测试故障率仅 0.3%，远低于同类设备（平均 5%）。

二、核心技术：从硬件架构到算法优化的全链路革新

1. HybridADC 混合信号处理：两种 ADC 的 “动态协作”

（1）双 ADC 架构的底层逻辑

• 16 位 SAR ADC：为高频瞬态而生
  采用流水线式 SAR 架构，每通道独立时钟控制，15MS/s 采样率下无通道间串扰，5MHz 带宽可完整还原上升沿 < 2ns 的电压尖峰。某半导体实验室测试 IGBT 模块时，成功捕捉到开关过程中 150V/10ns 的电压过冲（传统 24 位系统因带宽不足，仅能记录到 80V 过冲，误差达 47%）。

• 关键优势：支持单次触发模式，可捕捉 “仅发生一次” 的瞬态事件（如电池热失控前的电压骤降），触发延迟 < 500ns，漏采率 < 0.001%。

• 24 位 Σ-Δ ADC：微弱信号的 “显微镜”
  采用过采样 + 噪声整形技术，在 2MS/s 采样率下实现 150dB 动态范围（等效于从 1V 信号中识别 0.1μV 的变化）。某风电齿轮箱测试中，其从 - 120dB 的背景噪声（齿轮啮合噪声、电机电磁干扰）中，提取出 0.1mV 级的轴承内圈早期故障信号（频率 230Hz），较传统系统提前 6 个月预警，避免停机损失超 200 万元。

• 独特设计：内置可编程增益放大器（PGA），支持 1~128 倍增益调节，无需外接信号调理模块即可适配 mV 级应变信号与 V 级电压信号，某汽车底盘测试中，仅用 1 台设备完成 4 路应变（0~5mV）与 2 路悬挂电压（0~10V）的同步采集。

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（2）无失真信号链设计

• 硬件级抗混叠滤波：
  每通道独立 8 阶巴特沃斯低通滤波器，截止频率精度 ±1%（1MHz 截止时误差 < 10kHz），可有效抑制高于 Nyquist 频率的噪声折叠。某电力实验室测试 10kV 断路器时，通过 1MHz 截止滤波，将电弧放电信号中的高频干扰（10~20MHz）衰减 99.9%，信噪比从 25dB 提升至 50dB。

• 零相位偏移同步：
  混合 ADC 模式下，通过硬件时钟同步确保不同通道信号的相位一致性 —— 某航空发动机测试中，同步采集燃烧室压力（15MS/s，16 位）与涡轮叶片应变（2MS/s，24 位），两者时间偏差<100ps，精准实现 “燃烧波动→结构响应” 的微秒级关联分析，为燃烧室优化提供直接数据支撑。

2. 同步与抗干扰：多设备协同与极端环境适配

（1）分布式同步：突破 “多设备协同” 的精度瓶颈

• PTPv2（IEEE 1588-2008）协议深度优化：
  支持 16 台设备级联同步，同步误差<1μs（万分之一秒），某汽车厂动力总成测试中，用 8 台 SIRIUS XHS 构建 128 通道采集系统 ——48 通道测电机控制器信号（15MS/s）、32 通道测变速箱振动（2MS/s）、48 通道测温度（100S/s），同步捕捉到 “急加速时 200Hz 齿轮啮合噪声→变速箱壳体振动→驾驶室噪声” 的完整传递链，定位到差速器轴承预紧力不足的核心问题，优化后噪声降低 8dB (A)。

• 硬件触发扩展：
  配备 2 路 BNC 触发输入 / 输出，支持 TTL/CMOS 电平触发，触发延迟<500ns。某电池针刺实验中，通过 500ms="" 3.7v="">2ms）多获取关键数据 40%，为 BMS 预警算法开发提供核心依据。

（2）电磁兼容与高压防护：工业现场的 “安全屏障”

• ±1000V 全通道隔离：
  每通道独立光学隔离，可直接接入高压传感器（如 10kV 电压探头），无需额外隔离模块。某电力研究所测试 110kV GIS 设备时，直接采集局部放电信号（峰值 500V），较传统 “高压分压 + 隔离模块” 方案，信号衰减减少 90%，放电脉冲的上升沿识别精度从 100ns 提升至 10ns。

• 双层屏蔽与 EMC 优化：
  机箱采用镀锌钢板 + 铜箔双层屏蔽，共模抑制比（CMRR）达 120dB，差模抑制比（DMRR）达 80dB，符合 IEC 61000-4-3（辐射抗扰）、IEC 61000-4-6（传导抗扰）标准。某船舶发动机舱测试中，在强电磁干扰（电机启动时磁场强度 100V/m）环境下，电压测量误差仍 <±0.1% FS，远优于同类设备（±1% FS）。

3. 软件生态：从 “数据采集” 到 “实时分析” 的闭环

（1）Dewesoft X 软件：测试工程师的 “效率工具”

• 实时多模态分析：
  支持实时 FFT（最大 1M 点）、阶次分析、小波变换等 20 + 分析工具，无需事后处理即可实时生成结果。某风电运维团队测试齿轮箱时，通过实时阶次分析（阶次范围 0.1~1000 阶），定位到 3.5 阶的异常阶次（对应齿轮磨损），现场判断故障类型，无需带回实验室分析，单次运维时间从 8 小时缩短至 3 小时。

• TEDS 传感器自动识别：
  兼容 IEEE 1451.4 TEDS 标准，传感器接入后自动读取量程、精度、校准日期等信息，某汽车 NVH 实验室更换加速度计时，无需手动输入参数，设备配置时间从 30 分钟缩短至 2 分钟，参数输入错误率降至 0。

（2）数据管理与开放集成

• 高速数据存储与导出：
  支持 USB 3.0（5Gbps）与 Gigabit Ethernet（1Gbps）双接口并行传输，本地可外接 SSD 实现连续存储（16 通道 15MS/s 采样时，1TB SSD 可存储约 1 小时数据）。数据格式兼容 MATLAB、LabVIEW、Excel 等，某高校将采集的电池电压数据直接导入 MATLAB，通过 Simulink 搭建电池模型，开发周期缩短 30%。

• 工业协议兼容：
  支持 OPC UA、XCP-on-Ethernet、Modbus TCP 等协议，可无缝接入 MES、SCADA 系统。某电池工厂将 SIRIUS XHS 集成至产线测试系统，实时上传电芯充放电曲线至 MES，实现 “测试 - 分析 - 不合格品剔除” 的自动化闭环，产品良率从 95% 提升至 99.2%。

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三、系统架构与硬件细节：模块化设计的 “灵活适配性”

1. 核心硬件组件：按需组合的 “积木式” 架构

2. 关键性能指标：工业级精度的 “量化保障”

四、典型应用场景：从实验室到工业现场的 “全场景覆盖”

1. 汽车电驱系统：微秒级瞬态的 “透明化” 测试

（1）IGBT 开关特性优化

• 测试痛点：
  新能源汽车 IGBT 模块开关过程中，会产生 150V 以上的电压过冲和 1000A 以上的电流尖峰，传统示波器仅能采集 1~2 通道，无法同步关联驱动信号、母线电压、电机电流的动态变化。

• SIRIUS XHS 解决方案：

• 配置 2 块 XHS-HV 模块（8 通道）+1 块 XHS-CUR 模块（4 通道），同步采集：
  ① IGBT 栅极驱动电压（15MS/s，5MHz 带宽）；
  ② 直流母线电压（15MS/s，捕捉 150V 过冲）；
  ③ 电机三相定子电流（15MS/s，识别 1000A 电流尖峰）；

• 通过 Dewesoft X 软件实时分析 “栅极电压延迟→电压过冲→电流尖峰” 的关联关系，发现栅极电阻从 10Ω 降至 5Ω 时，过冲电压从 150V 降至 80V，开关损耗降低 25%。

• 实战价值：某车企用此方案优化后，IGBT 模块寿命从 1500 小时延长至 2500 小时，电驱系统故障率降低 40%。

（2）电池快充瞬态分析

• 测试需求：
  480kW 超快充场景下，电池电压、电流会出现高频振荡（10~100kHz），需精准捕捉振荡频率、幅度，避免电池极化加剧。

• 技术突破：
  用 XHS-HV 模块（±1000V）采集电池端电压（15MS/s），XHS-CUR 模块（配 1000A 电流钳）采集充电电流（15MS/s），通过实时 FFT 分析发现：

• 充电电压在 30kHz 处出现 2V 振荡，源于充电桩与电池 BMS 的控制策略不匹配；

• 优化 BMS 的 PI 参数后，振荡幅度降至 0.3V，充电时间从 15 分钟（10%~80%）缩短至 12 分钟，电池温升降低 5℃。

2. 能源与电力：高压设备的 “安全监测”

（1）风电变流器低电压穿越测试

• 测试场景：
  风电变流器需满足 GB/T 19963.1 标准，当电网电压从 690V 跌落至 207V（30% 额定电压）时，需保持并网运行 150ms，期间需监测变流器输入 / 输出电压、电流及控制信号。

• 系统配置：
  4 台 SIRIUS XHS 同步采集（PTPv2 同步），共 64 通道：

• 24 通道 XHS-HV：测电网电压、变流器直流母线电压（15MS/s）；

• 24 通道 XHS-CUR：测并网电流、IGBT 模块电流（15MS/s）；

• 16 通道 XHS-LV：测控制信号（如 PWM 波、使能信号）（2MS/s）。

• 关键发现：
  电压跌落瞬间，变流器控制逻辑延迟 200μs，导致并网电流出现 500A 过冲（标准 < 300A）；优化 FPGA 控制程序后，延迟降至 50μs，过冲电流控制在 250A，低电压穿越成功率从 85% 提升至 99%。

（2）110kV GIS 局部放电监测

• 技术挑战：
  GIS 设备局部放电信号微弱（峰值 < 1V）、频率高（100kHz~10MHz），且现场存在强电磁干扰（如变压器噪声），传统设备易误判。

• 解决方案：

• XHS-HV 模块直接接入耦合电容（10kV 分压），15MS/s 采样率 + 5MHz 带宽捕捉放电脉冲；

• 内置小波去噪算法，滤除 50Hz 工频及谐波干扰，信噪比从 20dB 提升至 45dB；

• 通过脉冲波形特征（上升沿 < 10ns、幅度 500mV），准确识别出盆式绝缘子表面的局部放电，定位误差 < 10cm，较传统超声检测效率提升 10 倍。

3. 航空航天：极端环境下的 “结构与动力监测”

（1）涡扇发动机燃烧稳定性测试

• 测试需求：
  发动机燃烧室压力波动（频率 100~2000Hz）会引发结构振动，需同步采集燃烧室压力与涡轮叶片应变，分析燃烧波动对结构的影响。

• 系统适配：

• XHS-LV 模块（2MS/s）采集压力传感器信号（IEPE 类型，0~10V），捕捉 2000Hz 燃烧振荡；

• XHS-LV 模块（2MS/s）采集叶片应变（120Ω 应变片，0~5mV），识别 150Hz 叶片共振；

• 多设备同步误差<1μs，实现 “燃烧压力峰值→叶片应变峰值” 的时间关联（延迟 < 1ms）。

• 优化成果：
  发现燃烧器喷嘴雾化不良导致 2000Hz 高频振荡，优化喷嘴孔径后，振荡幅度降低 40%，叶片应变峰值从 300με 降至 180με，发动机寿命预期延长 2000 小时。

五、选型与维护：专业场景的 “精准适配” 与 “低成本运维”

1. 选型指南：按测试需求 “定制组合”

选型误区规避：

• 勿因 “高采样率” 忽视动态范围：如电池微弱电压振荡（0.1V 级）需 24 位高动态模式，若误用 16 位模式，会因噪声掩盖信号导致误判；

• 高压场景必选隔离模块：10kV 以上测试需确认模块隔离电压（XHS-HV 支持 ±2000V，更高电压需配专用高压探头），避免设备损坏。

2. 维护策略：延长寿命与保障精度的 “实操指南”

（1）日常维护要点

（2）常见故障处理

六、竞品对比：工业实用性的 “差异化优势”

核心优势总结：

• 场景适应性：HybridADC 架构使其既能替代 NI 的高速卡捕捉瞬态，又能媲美 HBM 的高动态解析微弱信号，无需多台设备组合；

• 工业实用性：IP54 防护 +±1000V 隔离，可直接用于现场测试，而 NI 需实验室环境、HBM 需额外防护；

• 成本效益：单系统实现 “双功能”，较 “NI+HBM” 组合方案成本降低 50%，维护成本降低 40%。

结语：工业测试的 “全能中枢”，重新定义高速采集标准

SIRIUS XHS 的价值，不仅在于 “15MS/s 采样率” 或 “150dB 动态范围” 的单一参数突破，更在于其通过HybridADC 技术打破了行业 “非此即彼” 的选择困境 —— 它让工程师无需在 “高频瞬态” 与 “微弱信号” 间妥协，无需在 “实验室精度” 与 “现场耐用性” 间权衡。

从新能源汽车电驱的微秒级开关测试，到风电变流器的高压瞬态监测，再到航空发动机的极端环境适配，SIRIUS XHS 以 “全能性” 与 “实用性” 的双重优势，成为工业测试领域的 “新标杆”。对于追求 “测试效率提升、设备成本降低、数据可靠性保障” 的企业与科研机构，它不仅是一台采集设备，更是推动测试流程革新、加速产品研发的 “核心生产力工具”。