[發(fā)明專利]一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210294888.5
• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN103235202A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡劍凌;邵雷;鄭攀
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹毅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，具體涉及一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)。

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背景技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究過程中，常常需要記錄生產(chǎn)和研究過程中一些模擬量信號，要求具有高精度幅值采集。由于受各種因素影響，在采集模擬信號時(shí)存在“零漂”和“幅值縮放”等現(xiàn)象，這常常要求用戶在采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理才能得到比較精確的信號幅值信息。同時(shí)在一些應(yīng)用中需要對某些模擬量信號設(shè)置門限值，在工作過程中精確記錄模擬量信號超過門限值（包括從低到高的過程超過門限值和從高到低超過門限值兩種情況）時(shí)間點(diǎn)，然后根據(jù)記錄的超過門限值的時(shí)間點(diǎn)信息以及信號的自身特征信息，對生產(chǎn)過程或科學(xué)研究過程中的影響因素、異常因素等信息進(jìn)行分析和判定。目前市面的一些數(shù)據(jù)采集卡可以實(shí)現(xiàn)基本的模擬量信號測量需求，但一般不具有幅值自動(dòng)補(bǔ)償功能、門限值設(shè)置和超門限值時(shí)精確計(jì)時(shí)功能。特別是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中或科學(xué)研究過程中，需要高精度幅值采集、同時(shí)記錄多路的模擬量信號并進(jìn)行超門限值精確計(jì)時(shí)，并要求各路模擬量信號彼此隔離、與后端處理電路完全隔離時(shí)，目前未見有解決方案。

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發(fā)明內(nèi)容

為了解決多路模擬量信號的高精度幅值實(shí)時(shí)采集與超門限值時(shí)的精確計(jì)時(shí)問題，本發(fā)明提供一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

該系統(tǒng)采用自動(dòng)幅值校正電路和補(bǔ)償系數(shù)自動(dòng)計(jì)算存儲(chǔ)功能。在實(shí)際信號采集過程中，利用存儲(chǔ)的補(bǔ)償系數(shù)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，提高幅值采集的精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超門限值精確計(jì)時(shí)。該板卡可以采用PCI接口與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)構(gòu)成多路的模擬量信號采集與檢測系統(tǒng)，也可以采用PC104Plus接口與單板計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成便攜式多路模擬量信號采集與檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)最多可以支持4塊板卡同時(shí)工作，合計(jì)可以同時(shí)采集近百路模擬量信號，具體方案如下所述。

本發(fā)明的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，根據(jù)具有將自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號采集系統(tǒng)的需求，采用至少一塊具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號采集板卡，根據(jù)PCI長卡規(guī)范和PC104Plus接口板卡接入計(jì)算機(jī)PCI總線，所述具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號采集板卡包括：

1）多路模擬信號輸入模塊：采用隔離電源對各路進(jìn)行隔離；

2）信號調(diào)理模塊：采用高精度電路實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)理，包括至少兩個(gè)調(diào)理模塊，其中一個(gè)調(diào)理模塊主要進(jìn)行調(diào)理輸入模擬信號符合信號隔離電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍，一個(gè)信號調(diào)理模塊使其符合AD輸入的動(dòng)態(tài)范圍；

3）信號隔離電路模塊：在前端信號調(diào)理的基礎(chǔ)上，采用信號隔離模塊實(shí)現(xiàn)前后端的隔離，對模擬信號的隔離可采用線性光耦隔離器件實(shí)現(xiàn)，對輸入信號進(jìn)行線性變換；

4）標(biāo)定電壓產(chǎn)生模塊：采用標(biāo)準(zhǔn)電路產(chǎn)生一系列的如10mV、100mV、500mV、1V的這些標(biāo)準(zhǔn)電平，通過多路選擇開關(guān)的通斷控制，將其作為采集模擬信號的輸入，用于自動(dòng)校正線性光耦的變換系數(shù)，并將該系數(shù)存儲(chǔ)于系統(tǒng)中，在采集模擬信號時(shí)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)模擬量信號幅值的高精度采集；

5）系統(tǒng)控制和信號處理模塊：主要由主處理器及應(yīng)用程序構(gòu)成。其中主

處理器模塊可以選擇DSP或者FPGA，在其上編寫應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能參數(shù)配置、模擬信號采集、門限值設(shè)定和超門限值檢測與精確計(jì)時(shí)功能；

6）PCI協(xié)議實(shí)現(xiàn)電路：采用PCI橋芯片實(shí)現(xiàn)PCI協(xié)議通信，其中PC104Plus接口也選擇PCI協(xié)議進(jìn)行通信。

優(yōu)選的，優(yōu)選的優(yōu)選的??優(yōu)選的所述信號采集板卡可根據(jù)板卡的設(shè)計(jì)面積進(jìn)行模擬量信號采集的路數(shù)確定。

優(yōu)選的，采用單塊具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號采集板卡，根據(jù)PCI長卡規(guī)范和PC104Plus接口板卡便攜式要求，一般選擇24路模擬量信號進(jìn)行并行處理；在采用PCI接口的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號采集系統(tǒng)中，可協(xié)同工作的板卡數(shù)目主要受其載體計(jì)算機(jī)主板PCI插槽數(shù)限制，而采用PC104Plus接口的便攜式具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號采集系統(tǒng)中，受PC104Plus接口限制，最多只能堆疊4塊板卡，即可以實(shí)現(xiàn)96路具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的模擬量信號采集與超門限值精確計(jì)時(shí)處理。

優(yōu)選的，對模擬信號的隔離可采用線性光耦隔離器件實(shí)現(xiàn)，對輸入信號進(jìn)行線性變換；線性光耦器件選擇時(shí)應(yīng)考慮其隔離度、輸入阻抗、響應(yīng)速度和帶寬等性能指標(biāo)，另外要求對信號的延時(shí)應(yīng)在10us以下。