Spectrum儀器數字化儀旗艦產(chǎn)品助力優(yōu)化全新摩天大樓
中國北京，2023年8月23日訊—— 在設計一座全新的大型建筑物前，人們往往會(huì )制作一個(gè)等比例模型，再放入風(fēng)洞中進(jìn)行測試。雖然這種方法被廣泛認可也被使用了50年，但它的缺陷是低估了峰值負荷，因此設計者們會(huì )使用修正系數來(lái)提高安全界限。這種測試方法還有另外一個(gè)缺點(diǎn)，就是每次測試時(shí)風(fēng)只能從一個(gè)方向來(lái)，而現實(shí)世界的陣風(fēng)和大渦流風(fēng)可以同時(shí)從很多不同的方向波動(dòng)。丹麥公司Vind-vind正在開(kāi)發(fā)一種新型湍流模型，用來(lái)獲取自然條件下風(fēng)對建筑物的影響。這種建模使用了真實(shí)世界的數據來(lái)提升測試的準確性，并通過(guò)10ns脈沖的激光雷達系統進(jìn)行收集?？諝庵械牧Ｗ臃瓷浼す?，使用Spectrum儀器的最新旗艦產(chǎn)品M5i.3321數字化儀卡就可以分析由多普勒效應導致的返回光的變化。觀(guān)看風(fēng)力模擬視頻https://spectrum-instrumentation.com/videos/3D.mov。
圖1:風(fēng)以非常復雜的方式與建筑相互作用。這張視頻截圖顯示了33米高的風(fēng)速,以及位于左上角的創(chuàng )新激光雷達系統
Vind-Vind首席執行官Per J?rgensen解釋道:“目前，測量風(fēng)運動(dòng)有兩種方法。一種是在數公里距離內進(jìn)行低分辨率測量，另一種是在數百米的短距離內進(jìn)行高分辨率測量。我們設計了一種基于激光雷達（LIDAR）的儀器，它能夠在長(cháng)距離范圍內以高分辨率進(jìn)行測量。在產(chǎn)品設計的過(guò)程中，Spectrum數字化儀卡發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。它能夠以每秒3.2 GigaSamples的采樣率，以12位分辨率獲取數據。實(shí)際上，這遠遠超出了我們的要求，但它為產(chǎn)品在應對“嘈雜”環(huán)境和弱信號等情況提供了更加可靠的保證。此外，額外的帶寬還意味著(zhù)我們能夠立即識別并過(guò)濾高頻噪聲，在后期數據處理時(shí)再排除低頻噪聲?！?/p>
可以想象，追蹤大量在風(fēng)中移動(dòng)的塵埃顆粒會(huì )產(chǎn)生大量的數據。Vind-Vind最初打算使用FPGA平臺但果斷放棄了，這主要是由于編程過(guò)于復雜，計算能力也不足以處理每秒產(chǎn)生的大量數據。最終，數據問(wèn)題是通過(guò)Spectrum儀器的SCAPP驅動(dòng)程序(Spectrum的CUDA訪(fǎng)問(wèn)并行處理)得以解決。在該解決方案中，具有16通道PCIe接口的M5i數采卡直接將收集到的數據以每秒最高12.8GB的速度發(fā)送到基于CUDA的顯卡，而不是電腦端的CPU中。此次使用的Nvidia Quadro A4000顯卡包括一個(gè)6144核的GPU，處理數據的速度遠超只有6核或8核的電腦CPU。
Vind-Vind計算機建模的最初目標是評估湍流與城市環(huán)境中測量到的湍流有何差異。在此之后，湍流模型將得以改進(jìn)，并包括來(lái)自不同方向的陣風(fēng)的大氣層更高部分的影響。真實(shí)世界中收集的準確數據可以用來(lái)驗證3D計算機模擬的預測結果。Jorgensen補充道：“通過(guò)驗證，我們的3D風(fēng)力模型可以用來(lái)提供更高水平的安全性和舒適性，因為它能夠預測現實(shí)世界的復雜性，而不受限于風(fēng)洞測試的版本。最終，建筑師由于風(fēng)洞模型的不準確性進(jìn)行的過(guò)度規劃將顯著(zhù)減少。這也意味著(zhù)項目可持續性的提升，以及成本的降低?！?/p>
Vind-Vind公司設想其3D風(fēng)模型在很多情況下將被證明是無(wú)價(jià)的，尤其是當風(fēng)洞無(wú)法提供有用的結果時(shí)，這其中包括大氣湍流與城市環(huán)境、風(fēng)力渦輪機群、橋梁或機場(chǎng)的復雜風(fēng)互動(dòng)。
圖2: M5i.3321-x16數字化儀卡在每?jì)蓚€(gè)通道上都可提供3.2 GS/s采樣速度，12位分辨率和1 GHz帶寬。M5i.33xx系列數字化儀有5種不同型號，最高速度為10 GS/s，最高帶寬可達3GHz以上。
Vind-Vind是由兩家姊妹公司組成。PJ Science ApS專(zhuān)注于生產(chǎn)和銷(xiāo)售創(chuàng )新的激光雷達系統，而Vind-Vind ApS則是一家為建筑行業(yè)進(jìn)行風(fēng)力分析的咨詢(xún)公司。更多信息請訪(fǎng)問(wèn)www.vindvind.com。
關(guān)于Spectrum儀器
Spectrum儀器成立于1989年，迄今為止設計和研發(fā)了多款模塊化數字化儀及發(fā)生器產(chǎn)品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨立以太網(wǎng)設備（LXI）。在過(guò)去30年間，Spectrum獲得了業(yè)界的廣泛認可，旗下產(chǎn)品也被用于行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)及一流大學(xué)的眾多產(chǎn)品和科研項目中。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近的格羅斯漢斯多爾夫，憑借卓越的技術(shù)能力和優(yōu)質(zhì)的客戶(hù)服務(wù)享譽(yù)全球。
