Spectrum儀器數字化儀旗艦產品助力優化全新摩天大樓

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，人們往往會制作一個等比例模型，再放入風洞中進行測試。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，因此設計者們會使用修正系數來提高安全界限。這種測試方法還有另外一個缺點，就是每次測試時風只能從一個方向來，而現實世界的陣風和大渦流風可以同時從很多不同的方向波動。丹麥公司Vind-vind正在開發一種新型湍流模型，用來獲取自然條件下風對建筑物的影響。這種建模使用了真實世界的數據來提升測試的準確性，并通過10ns脈沖的激光雷達系統進行收集。空氣中的粒子反射激光，使用Spectrum儀器的最新旗艦產品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。

圖1:風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米高的風速,以及位于左上角的創新激光雷達系統

Vind-Vind首席執行官Per J?rgensen解釋道:“目前，測量風運動有兩種方法。一種是在數公里距離內進行低分辨率測量，另一種是在數百米的短距離內進行高分辨率測量。我們設計了一種基于激光雷達（LIDAR）的儀器，它能夠在長距離范圍內以高分辨率進行測量。在產品設計的過程中，Spectrum數字化儀卡發揮了關鍵性作用。它能夠以每秒3.2 GigaSamples的采樣率，以12位分辨率獲取數據。實際上，這遠遠超出了我們的要求，但它為產品在應對“嘈雜”環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我們能夠立即識別并過濾高頻噪聲，在后期數據處理時再排除低頻噪聲。”

可以想象，追蹤大量在風中移動的塵埃顆粒會產生大量的數據。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于復雜，計算能力也不足以處理每秒產生的大量數據。最終，數據問題是通過Spectrum儀器的SCAPP驅動程序(Spectrum的CUDA訪問并行處理)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，并包括來自不同方向的陣風的大氣層更高部分的影響。真實世界中收集的準確數據可以用來驗證3D計算機模擬的預測結果。Jorgensen補充道：“通過驗證，我們的3D風力模型可以用來提供更高水平的安全性和舒適性，因為它能夠預測現實世界的復雜性，而不受限于風洞測試的版本。最終，建筑師由于風洞模型的不準確性進行的過度規劃將顯著減少。這也意味著項目可持續性的提升，以及成本的降低。”

Vind-Vind公司設想其3D風模型在很多情況下將被證明是無價的，尤其是當風洞無法提供有用的結果時，這其中包括大氣湍流與城市環境、風力渦輪機群、橋梁或機場的復雜風互動。

圖2: M5i.3321-x16數字化儀卡在每兩個通道上都可提供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專注于生產和銷售創新的激光雷達系統，而Vind-Vind ApS則是一家為建筑行業進行風力分析的咨詢公司。更多信息請訪問www.vindvind.com。

關于Spectrum儀器

Spectrum儀器成立于1989年，迄今為止設計和研發了多款模塊化數字化儀及發生器產品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨立以太網設備（LXI）。在過去30年間，Spectrum獲得了業界的廣泛認可，旗下產品也被用于行業領軍企業及一流大學的眾多產品和科研項目中。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近的格羅斯漢斯多爾夫，憑借卓越的技術能力和優質的客戶服務享譽全球。

審核編輯 黃宇