2024年2月9日发(作者:石罗绮)
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
在线数据采集系统
技
术
方
案
西安瑞海机电有限公司
2011年11月23日
1
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
目 次
1 用途 ................................................................... 1
2 系统构型 ............................................................... 1
3 功能 ................................................................... 2
4 工作原理简述 ........................................................... 2
4.1 视频分系统 ........................................................... 2
5 软件 ................................................................... 3
6 技术指标 ............................................................... 4
6.1 环境适应性 ........................................................... 4
6.2 性能指标 ............................................................. 4
6.3 用户技术资料 ......................................................... 4
6.4 主要组成成品技术指标 ................................................. 4
6.5 经费预算 ............................................................. 8
6.6 西安瑞海机电有限责任公司联系 ......................................... 9
II
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1 用途
本系统主要用于水池高速拖车水动力试验现场的数据采集,包括阻力、倾角、位移和速度等模拟信号,以及相关数字信号和四路视频信号,并实现对采集数据分析与处理及视频信号的传输编辑。
2 系统构型
在线数据采集系统硬件由信号采集分系统、视频采集与输出分系统、视频接收分系统及信号处理分系统组成。其中,信号采集分系统包括:SCXI-PXI采集机箱、信号采集卡、信号调理卡、数字量输入卡;视频采集与视频输出分系统包括:摄像头、视频输入卡等;视频接收分系统包括工控机和显示器等;信号处理分系统包括:视频编辑、模拟信息处理、数字信息、数据管理等。系统组成如图1所示。
图1 数据采集在线组成结构图
测试软件功能包括主控模块、系统自检模块、数据采集模块、信号处理模块、数据文件处理模块等。主控模块主要完成各功能模块的监控与管理,在运行过程中若出现异常情况,能够给出退出指示,便于用户中途退出。系统自检模块主要对测试系统本身的工作状态进行检查,以判别系统能否正常工作,便于用户使用与维护。数据采集模块主要驱动采集板工作以及数据传送。信号处理模块对所采集的信号的毛刺、抖动等现象进行平滑和过滤处理。数据文件处理模块完成数据的显示、记录及分析功能。 软件整体结构图如图2所示。
1
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图2 软件的总体结构图
3 功能
在线数据采集系统的功能如下:
a) 具备与拖车控制系统的通信接口,并通过网线或其它数据总线可实时采集拖车的实时速度;
b) 具备外触发控制和自动控制功能,并实现拖车稳速后自动采集或外部触发信号输入后自动采集;
c) 实现所有通道的同步采集,其采样频率、采样时间、采样量程可调;
d)能同步采集试验现场各输入传感器的模拟信号和监控摄像头的视频信号;
e)具备无线传输功能,可以实现试验数据的实时无线传输和实时视频监控。
4 工作原理简述
采集系统首先经SCXI调理设备对现场信号进行调理,然后经PXI采集设备对其信号采集/控制、显示、分析等;视频分系统经CCD摄像机采集试验现场的图像通过视频采集卡将图像传入现场PXI系统,经图像编辑、存储后,可由以太网传输视频信号,接收端工控机以太网口接收视频信号,并在工控机上编辑、回放、存储。
4.1 视频分系统
视频信号采集原理:视频信号采集采用视频摄像头,视频摄像头的规格较多,根据用途可分为高速、低速;远距、近距;高分辨、低分辨;全方位监测、定向监测等,根据本系统的特点,选用高分辨、近距、定向监测的CCD数字输出摄像头。摄像头的工作状态可由数字量卡控制,摄像输出采用1394格式,通过1394格式视频采集卡将图像数据存入采集分系统嵌入式计算机内。
2
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5 软件
系统软件:Windows XP;
开发环境:LabVIEW 2009;
应用软件:NI Video Measurement Suite;
数据采集与分析处理软件:新开发。
数据采集与分析处理分系统是在线数据采集系统的上位机部分,基于无线通信方式实现将上位机的参数设置指令传递到下位机的数据采集硬件设备中,同时可将下位机的采集数据传递到上位机中的软件系统中,并实现对采集数据的图形化表达、分析处理以及存储回放等,其工作原理示意图如下图8所示。
数据采集与分析处理系统上位机采集参数设置数据分析与处理数据存储与回放···无线信号收发装置1无线信号收发装置2视频信号采集装置模拟信号采集装置···下位机数据采集硬件设备
图8 数据采集与分析处理分系统原理示意图
数据采集与分析系统采集基于LabVIEW平台进行开发,具有编程方便易行、人机交互界面友好和数据可视化分析功能强大等特点。其中,系统中的的采集参数设置主要包括设置数据采集频率、采集长度和采集时间等的设置;数据的分析与处理实现对采集数据的图形化显示和简单的分析等;由于视频数据数据信息容量比较大,因此采集数据的存储采用将数据本身和数据属性信息分开存储的形式,即数据本身信息采用基于文件的形式进行存储,数据的属性信息采用关系数据库进行存储,这样利用采集数据的查询分析以及回放;同时数据采集与分析系统还具有报表输出等功能。
拖车监视器可以按照下图9所示方式显示采集数据的信息,可以逐项放大满窗口高清晰显示一个信息,也可以在一个屏幕上显示所有信息。办公室监视器界面显示可以在此基础上根据用于需求,做更加全面的显示。
3
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V摄像头1监测视频即时速度值摄像头2监测视频t(s)速度测量数值显示x年x月x日x时x分x年x月x日x时x分f摄像头3监测视频摄像头4监测视频即时阻力值t(s)x年x月x日x时x分x年x月x日x时x分阻力测量数值显示 图9 数据采集信息窗口显示示意图
6 技术指标
6.1 环境适应性
a) 存贮温度:-25℃~70℃;
b) 工作温度:-10℃~55℃;
c) 湿度范围:0~95%RH。
6.2 性能指标
a) 电压采集 %, 采样率:最大333KS/s,电压范围:±10V;增益:1,100可调,滤波: 10K低通滤波;
b) 电压输出 % 电压范围:±10V,更新率:s;
c) 转速采集 % 最大频率0.5M脉冲。
6.3 用户技术资料
配套的用户技术资料见下表。
表1 在线数据采集系统配套技术资料
№
1
2
3
4
6.4 主要组成成品技术指标
4
资料名称
技术说明书
系统维护说明书
软件手册
系统调试报告
配套比例
1:2
1:2
1:2
1:1
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6.4.1PXI-1052 8槽SCXI 4槽PXI便携式机箱
a) 4个用于3U PXI 模块的插槽以及8个用于SCXI模块的插槽
b) 42 dBA 噪声发射
c) 0-50°C 温度范围
d) “自动/高”风扇速度选择器使冷却和噪声发射性能达到最佳
6.4.2 PXI-8106 嵌入式控制器
a) GHz Intel Core 2 Duo T7400双核处理器
b) 标准配置为512 MB (1 x 512 MB DIMM) 双通道667 MHz DDR2 RAM, 最大为4 GB
c) 10/100/1000BASE-TX (千兆)以太网, ExpressCard/34插槽, 4个高速USB端口
e) 集成的硬盘其它外围I/O
6.4.3 PXI-8252 IEEE 1394a摄像头输入端口
a) 3个IEEE 1394a摄像头输入端口, 使用集线器扩展相机数量
5
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b) 12 W的IEEE 1394总线功率被分摊至3个端口, 进而可为4台相机供电
c) 与OHCI 兼容
d) 包含的NI视觉采集软件, 适合采集源自IEEE 1394和其他相机的图像
e) IEEE 1394a标准具有高达400 Mbits/s的带宽,十分适合高数据速率的机器视觉应用。NI PXI-8252通过3个IEEE 1394a摄像头输入端口,从相机处采集图像。连至任意端口的集线器能从更多相机处采集图像。
6.4.4 PXI-6289高速率M系列数据采集设备
a) 高达24路数字I/O; 32位计数器
b) 模拟和数字触发
c) NI-MCal校准技术
d) NI-DAQmx测量服务使配置和测量更简单
e) NIST校准认证书以及70多个信号调理选项
f) 关联DIO(8条时钟线, 10 MHz)
g) 18位 500 kS/s (多通道),625kS/s (单通道), 16路模拟输入
6.4.5 PXI-6602高速定时计数器设备(转速采集卡)
a) 8通道,32位加减计数器/定时器模块
b) 32条数字I/O线(5V/TTL)--8条专用,另24条与其他计数器/定时器共用
c) 数字去抖动滤波器
d) 3种同步高速DMA转换能力
e) 80MHz最大源频率(使用预定标度可达125MHz)
6.4.6 SCXI信号调理模块
6
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电压采集信号调理模块
a) 低通滤波;
b) 32路模拟输入通道;
c) 最高采样速率达333kS/s。
电压输出调理模块
a) 低通滤波;
b) 4路模拟输出通道;
c) 最高更新率达s。
数字输入/输出调理模块
a) 8通道数字输入/输出通道;
b) 光电隔离。
外触发模块
a) 外部模拟触发功能;
b) 外部数字触发功能;
c) 外部手动触发功能。
6.4.7 NI视频测量套件
NI Video Measurement Suite,NI VMS是一项多功能视频分析和生成测试解决方案,面向验证和生产测试。NI模拟视频发生器将16位、100 MS/s信号发生器——NI 5421和NI VMS生成软件相结合,提供完整型测试解决方案,进而生成所有常用的复合视频模式,如:M-NTSC (NTSC)、B/G/D/H/I-PAL(标准PAL或简单PAL)、L/K-SECAM (SECAM)。该软件能够生成视频信号,帮助用户调整40多个视频参数并且将波形下载至NI 5421信号发生器硬件的板载内存。
6.4.8 CCD摄像机
MV-1394接口彩色/黑白工业CCD摄像头是一款高性能工业检测专用CCD摄像机,具有高分辨率、高精度、高清晰度、色彩还原好、低噪声等特点。采用了1394标准接口,与输出数字相机相比,数据传输过程中占用资源较少,更加适合一机与多台数字摄像机同时使用,或处理较为复杂、占用CPU很多的应用领域。与国外同档次产品相比,有明显的价格优势,对于选择使用高性价比解决方案,这是一种从模拟到数字升级的上佳选择彩色/黑白工业数字摄像机。
MV-1394接口彩色/黑白工业数字摄像头可通过外部信号触发采集或连续采集,可应用于文字识别、显微图像、医学图像采集、证件制作、文档电子化,工业测量、工业检测、PCB检测、半导体及元器件检测等机器人视觉等领域。
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MV-1300FM MV-1300FC
1280*1024 1280*1024
* *
传感器类型
输出颜色 黑白 Bayer彩色
数据位数 10选8 RGB各10选8
15fps@1280*1024 45fps@640*480 15fps@1280*1024 45fps@640*480
帧率
光学尺寸
850 TV lines 700 TV lines
水平光学分辨率
镜头接口
>50dB >45dB
信噪比
动态范围 60dB 60dB
@550nm/lux/s @550nm/lux/s
敏感度
曝光时间 100us-1s 100us-1s
型号
最高分辨率
像素尺寸
6.5 经费预算
6.5.1 设计费
1) 系统设计 万
2) 软件设计 万
3) 图纸、技术文件
5) 设计用品费
合计:万
万
万
4) 评审费 万
6.5.2 材料费
名称
机箱
控制器
多功能卡
转速采集卡
型号
PXI-1052
PXI-8106
PXI-6289
数量
1
1
1
1
单价
28142
50220
20910
26084
生产厂商
NI
NI
NI
NI PXI-6608
8
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电压采集调理模块
电压输出调理模块
外触发调理模块
数字输入/输出调理模块
转速调理模块
采集卡电缆
视频采集卡
CCD
SCXI-1102C
SCXI-1015B
SCXI-1302
SCXI-1501
SCXI-1511
SHC68-68-EPM
PXI-5124
AV-1394
POWER-12
2
1
1
1
1
3
1
4
1
30000
8000
5500
3700
4900
¥6300
134140
¥48000.
¥1200
¥45000
¥28000
NI
NI
NI
NI
NI
NI
NI
NI
NI
NI
NI
三星
罗技
电源
NI LanbVIEW 2009开发环境
NI视频测量套件
显示器
鼠标、键盘
1
1
1500
200
合计:万元人民币。
6.5.3安装调试及售后服务费
万元人民币。
6.5.4 税费
万元人民币。
6.5.5差旅费
万元人民币。
6.5.6项目管理及预期企业利润
万元人民币。
6.5.7合计
万元人民币。
6.6 西安瑞海机电有限责任公司联系
公司地址:西安市阿房一路18号
电话:
传真:
联系人:马筱宝
手机:
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在线数据采集系统
技
术
方
案
西安瑞海机电有限公司
2011年11月23日
1
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目 次
1 用途 ................................................................... 1
2 系统构型 ............................................................... 1
3 功能 ................................................................... 2
4 工作原理简述 ........................................................... 2
4.1 视频分系统 ........................................................... 2
5 软件 ................................................................... 3
6 技术指标 ............................................................... 4
6.1 环境适应性 ........................................................... 4
6.2 性能指标 ............................................................. 4
6.3 用户技术资料 ......................................................... 4
6.4 主要组成成品技术指标 ................................................. 4
6.5 经费预算 ............................................................. 8
6.6 西安瑞海机电有限责任公司联系 ......................................... 9
II
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1 用途
本系统主要用于水池高速拖车水动力试验现场的数据采集,包括阻力、倾角、位移和速度等模拟信号,以及相关数字信号和四路视频信号,并实现对采集数据分析与处理及视频信号的传输编辑。
2 系统构型
在线数据采集系统硬件由信号采集分系统、视频采集与输出分系统、视频接收分系统及信号处理分系统组成。其中,信号采集分系统包括:SCXI-PXI采集机箱、信号采集卡、信号调理卡、数字量输入卡;视频采集与视频输出分系统包括:摄像头、视频输入卡等;视频接收分系统包括工控机和显示器等;信号处理分系统包括:视频编辑、模拟信息处理、数字信息、数据管理等。系统组成如图1所示。
图1 数据采集在线组成结构图
测试软件功能包括主控模块、系统自检模块、数据采集模块、信号处理模块、数据文件处理模块等。主控模块主要完成各功能模块的监控与管理,在运行过程中若出现异常情况,能够给出退出指示,便于用户中途退出。系统自检模块主要对测试系统本身的工作状态进行检查,以判别系统能否正常工作,便于用户使用与维护。数据采集模块主要驱动采集板工作以及数据传送。信号处理模块对所采集的信号的毛刺、抖动等现象进行平滑和过滤处理。数据文件处理模块完成数据的显示、记录及分析功能。 软件整体结构图如图2所示。
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图2 软件的总体结构图
3 功能
在线数据采集系统的功能如下:
a) 具备与拖车控制系统的通信接口,并通过网线或其它数据总线可实时采集拖车的实时速度;
b) 具备外触发控制和自动控制功能,并实现拖车稳速后自动采集或外部触发信号输入后自动采集;
c) 实现所有通道的同步采集,其采样频率、采样时间、采样量程可调;
d)能同步采集试验现场各输入传感器的模拟信号和监控摄像头的视频信号;
e)具备无线传输功能,可以实现试验数据的实时无线传输和实时视频监控。
4 工作原理简述
采集系统首先经SCXI调理设备对现场信号进行调理,然后经PXI采集设备对其信号采集/控制、显示、分析等;视频分系统经CCD摄像机采集试验现场的图像通过视频采集卡将图像传入现场PXI系统,经图像编辑、存储后,可由以太网传输视频信号,接收端工控机以太网口接收视频信号,并在工控机上编辑、回放、存储。
4.1 视频分系统
视频信号采集原理:视频信号采集采用视频摄像头,视频摄像头的规格较多,根据用途可分为高速、低速;远距、近距;高分辨、低分辨;全方位监测、定向监测等,根据本系统的特点,选用高分辨、近距、定向监测的CCD数字输出摄像头。摄像头的工作状态可由数字量卡控制,摄像输出采用1394格式,通过1394格式视频采集卡将图像数据存入采集分系统嵌入式计算机内。
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5 软件
系统软件:Windows XP;
开发环境:LabVIEW 2009;
应用软件:NI Video Measurement Suite;
数据采集与分析处理软件:新开发。
数据采集与分析处理分系统是在线数据采集系统的上位机部分,基于无线通信方式实现将上位机的参数设置指令传递到下位机的数据采集硬件设备中,同时可将下位机的采集数据传递到上位机中的软件系统中,并实现对采集数据的图形化表达、分析处理以及存储回放等,其工作原理示意图如下图8所示。
数据采集与分析处理系统上位机采集参数设置数据分析与处理数据存储与回放···无线信号收发装置1无线信号收发装置2视频信号采集装置模拟信号采集装置···下位机数据采集硬件设备
图8 数据采集与分析处理分系统原理示意图
数据采集与分析系统采集基于LabVIEW平台进行开发,具有编程方便易行、人机交互界面友好和数据可视化分析功能强大等特点。其中,系统中的的采集参数设置主要包括设置数据采集频率、采集长度和采集时间等的设置;数据的分析与处理实现对采集数据的图形化显示和简单的分析等;由于视频数据数据信息容量比较大,因此采集数据的存储采用将数据本身和数据属性信息分开存储的形式,即数据本身信息采用基于文件的形式进行存储,数据的属性信息采用关系数据库进行存储,这样利用采集数据的查询分析以及回放;同时数据采集与分析系统还具有报表输出等功能。
拖车监视器可以按照下图9所示方式显示采集数据的信息,可以逐项放大满窗口高清晰显示一个信息,也可以在一个屏幕上显示所有信息。办公室监视器界面显示可以在此基础上根据用于需求,做更加全面的显示。
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V摄像头1监测视频即时速度值摄像头2监测视频t(s)速度测量数值显示x年x月x日x时x分x年x月x日x时x分f摄像头3监测视频摄像头4监测视频即时阻力值t(s)x年x月x日x时x分x年x月x日x时x分阻力测量数值显示 图9 数据采集信息窗口显示示意图
6 技术指标
6.1 环境适应性
a) 存贮温度:-25℃~70℃;
b) 工作温度:-10℃~55℃;
c) 湿度范围:0~95%RH。
6.2 性能指标
a) 电压采集 %, 采样率:最大333KS/s,电压范围:±10V;增益:1,100可调,滤波: 10K低通滤波;
b) 电压输出 % 电压范围:±10V,更新率:s;
c) 转速采集 % 最大频率0.5M脉冲。
6.3 用户技术资料
配套的用户技术资料见下表。
表1 在线数据采集系统配套技术资料
№
1
2
3
4
6.4 主要组成成品技术指标
4
资料名称
技术说明书
系统维护说明书
软件手册
系统调试报告
配套比例
1:2
1:2
1:2
1:1
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6.4.1PXI-1052 8槽SCXI 4槽PXI便携式机箱
a) 4个用于3U PXI 模块的插槽以及8个用于SCXI模块的插槽
b) 42 dBA 噪声发射
c) 0-50°C 温度范围
d) “自动/高”风扇速度选择器使冷却和噪声发射性能达到最佳
6.4.2 PXI-8106 嵌入式控制器
a) GHz Intel Core 2 Duo T7400双核处理器
b) 标准配置为512 MB (1 x 512 MB DIMM) 双通道667 MHz DDR2 RAM, 最大为4 GB
c) 10/100/1000BASE-TX (千兆)以太网, ExpressCard/34插槽, 4个高速USB端口
e) 集成的硬盘其它外围I/O
6.4.3 PXI-8252 IEEE 1394a摄像头输入端口
a) 3个IEEE 1394a摄像头输入端口, 使用集线器扩展相机数量
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b) 12 W的IEEE 1394总线功率被分摊至3个端口, 进而可为4台相机供电
c) 与OHCI 兼容
d) 包含的NI视觉采集软件, 适合采集源自IEEE 1394和其他相机的图像
e) IEEE 1394a标准具有高达400 Mbits/s的带宽,十分适合高数据速率的机器视觉应用。NI PXI-8252通过3个IEEE 1394a摄像头输入端口,从相机处采集图像。连至任意端口的集线器能从更多相机处采集图像。
6.4.4 PXI-6289高速率M系列数据采集设备
a) 高达24路数字I/O; 32位计数器
b) 模拟和数字触发
c) NI-MCal校准技术
d) NI-DAQmx测量服务使配置和测量更简单
e) NIST校准认证书以及70多个信号调理选项
f) 关联DIO(8条时钟线, 10 MHz)
g) 18位 500 kS/s (多通道),625kS/s (单通道), 16路模拟输入
6.4.5 PXI-6602高速定时计数器设备(转速采集卡)
a) 8通道,32位加减计数器/定时器模块
b) 32条数字I/O线(5V/TTL)--8条专用,另24条与其他计数器/定时器共用
c) 数字去抖动滤波器
d) 3种同步高速DMA转换能力
e) 80MHz最大源频率(使用预定标度可达125MHz)
6.4.6 SCXI信号调理模块
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电压采集信号调理模块
a) 低通滤波;
b) 32路模拟输入通道;
c) 最高采样速率达333kS/s。
电压输出调理模块
a) 低通滤波;
b) 4路模拟输出通道;
c) 最高更新率达s。
数字输入/输出调理模块
a) 8通道数字输入/输出通道;
b) 光电隔离。
外触发模块
a) 外部模拟触发功能;
b) 外部数字触发功能;
c) 外部手动触发功能。
6.4.7 NI视频测量套件
NI Video Measurement Suite,NI VMS是一项多功能视频分析和生成测试解决方案,面向验证和生产测试。NI模拟视频发生器将16位、100 MS/s信号发生器——NI 5421和NI VMS生成软件相结合,提供完整型测试解决方案,进而生成所有常用的复合视频模式,如:M-NTSC (NTSC)、B/G/D/H/I-PAL(标准PAL或简单PAL)、L/K-SECAM (SECAM)。该软件能够生成视频信号,帮助用户调整40多个视频参数并且将波形下载至NI 5421信号发生器硬件的板载内存。
6.4.8 CCD摄像机
MV-1394接口彩色/黑白工业CCD摄像头是一款高性能工业检测专用CCD摄像机,具有高分辨率、高精度、高清晰度、色彩还原好、低噪声等特点。采用了1394标准接口,与输出数字相机相比,数据传输过程中占用资源较少,更加适合一机与多台数字摄像机同时使用,或处理较为复杂、占用CPU很多的应用领域。与国外同档次产品相比,有明显的价格优势,对于选择使用高性价比解决方案,这是一种从模拟到数字升级的上佳选择彩色/黑白工业数字摄像机。
MV-1394接口彩色/黑白工业数字摄像头可通过外部信号触发采集或连续采集,可应用于文字识别、显微图像、医学图像采集、证件制作、文档电子化,工业测量、工业检测、PCB检测、半导体及元器件检测等机器人视觉等领域。
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MV-1300FM MV-1300FC
1280*1024 1280*1024
* *
传感器类型
输出颜色 黑白 Bayer彩色
数据位数 10选8 RGB各10选8
15fps@1280*1024 45fps@640*480 15fps@1280*1024 45fps@640*480
帧率
光学尺寸
850 TV lines 700 TV lines
水平光学分辨率
镜头接口
>50dB >45dB
信噪比
动态范围 60dB 60dB
@550nm/lux/s @550nm/lux/s
敏感度
曝光时间 100us-1s 100us-1s
型号
最高分辨率
像素尺寸
6.5 经费预算
6.5.1 设计费
1) 系统设计 万
2) 软件设计 万
3) 图纸、技术文件
5) 设计用品费
合计:万
万
万
4) 评审费 万
6.5.2 材料费
名称
机箱
控制器
多功能卡
转速采集卡
型号
PXI-1052
PXI-8106
PXI-6289
数量
1
1
1
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单价
28142
50220
20910
26084
生产厂商
NI
NI
NI
NI PXI-6608
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电压采集调理模块
电压输出调理模块
外触发调理模块
数字输入/输出调理模块
转速调理模块
采集卡电缆
视频采集卡
CCD
SCXI-1102C
SCXI-1015B
SCXI-1302
SCXI-1501
SCXI-1511
SHC68-68-EPM
PXI-5124
AV-1394
POWER-12
2
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8000
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¥6300
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¥48000.
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¥45000
¥28000
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NI
NI
NI
NI
NI
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三星
罗技
电源
NI LanbVIEW 2009开发环境
NI视频测量套件
显示器
鼠标、键盘
1
1
1500
200
合计:万元人民币。
6.5.3安装调试及售后服务费
万元人民币。
6.5.4 税费
万元人民币。
6.5.5差旅费
万元人民币。
6.5.6项目管理及预期企业利润
万元人民币。
6.5.7合计
万元人民币。
6.6 西安瑞海机电有限责任公司联系
公司地址:西安市阿房一路18号
电话:
传真:
联系人:马筱宝
手机:
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