[發明專利]一種基于以太網的分布式變采樣率同步數據采集裝置

在審

• 申請號: 201310524256.8
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103888311A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 趙兆;王志華;胡彬;王瑋
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳樹山

技術領域

本發明屬于同步數據采集技術領域，特別是涉及一種基于以太網的分布式變采樣率同步數據采集裝置。?

背景技術

數據采集裝置亦稱數據采集系統被廣泛應用于信號處理、通信、自動測試以及智能儀器等領域，其中在很多場合下往往要求對一些相關信號同時測量，通過相應的分析后得到信號間的相關信息，這就要求數據采集系統或裝置能夠進行同步采集。另外，由于上述多種場合下需要同步采集的信號數量多則上百路，少則一二路，且根據應用場合的不同，需要同步采集的信號之間各自變化頻率也差異很大，既有快變信號也有慢變信號，如果所有信號均采用同一個采樣頻率，則由采樣定理可知該采樣頻率只能由輸入信號中頻率最高的信號決定。這顯然對于慢變信號來說是一種明顯的資源浪費，尤其是當輸入信號數量較多時，上述方案會對采集系統或裝置的存儲容量和/或傳輸速度造成很大的壓力，甚至會顯著影響系統的性能指標。由此得出解決問題的基本思路是，采用變采樣率技術以及分布式、模塊化的同步數據采集裝置可獲得更好的采集、存儲和傳輸效率，其中，變采樣率技術是指在滿足無失真采樣的前提下，針對快變信號采用的高采樣時鐘和針對慢變信號采用的低采樣時鐘呈整數倍關系且時間同步。分布式、模塊化的設計思想可使同步數據采集裝置通過良好的可裁剪性在輸入信號數量較少時仍然具有很高的性價比，同時基于模塊化思想也能滿足輸入信號數量很大時的要求。?

目前現有的分布式同步數據采集裝置一般分為兩種類型：一是各個同步采集模塊相距較遠，互相之間的同步通常需要通過GPS來實現；二是各個同步采集模塊相距較近，通常通過公用的同步采集時鐘信號實現互相之間同步。但根據已公開的文獻或報道來看，現有分布式同步數據采集裝置如采用GPS實現同步的數據采集系統，存在系統結構復雜、數據傳輸慢和價格偏高的明顯不足；第二，均未采用上述變采樣率技術，當輸入信號數量較大時，系統性能指標將受到嚴重影響；第三，現有分布式同步數據采集裝置數據通信接口大多采用RS-485、USB或PCI等總線方式，存在傳輸速度慢或必須采用插卡形式等明顯不足。?

中國專利申請201210592591.7提出了一種“高速同步數據采集卡”，該方案采用母板和多組子板的結構，母板采用FPGA作為主控芯片，雖具有模塊化功能，但該方案中采集緩存后的數據最后需要通過PCI總線橋傳輸至主機，實際使用時必須要有適用于PXI機箱的主機插卡，否則系統無法使用，且系統中沒有采取信號隔離技術，同時無變采樣率功能，無法滿足不同應用場合的需求。?

中國專利申請201210124366.0提出了一種“變壓器振動監測系統”，該系統采用六路同步數據采集方案，并且采用線性光耦隔離傳輸振動信號，雖具有較好的抗干擾性能，但該方案最大的缺點在于模塊化功能較弱，可擴展性差，無法滿足不同應用場合的需求。?

中國專利申請200610045690.8提出了一種“分布式網絡化數據采集裝置”，該裝置由多個數據采集裝置與主控機組成，采用分布式數據采集網絡、多卡組網操作，適用于需要在大區域內的多點數據采集。該裝置雖以網絡結構可采集高速信號，但無法方便地實現變速率采樣、大數據量采集和同步數據采集，且采用光耦隔離方案，不具有高速數據傳輸性能。?

中國專利申請：200810022841.7提出了一種“多通道、高精度數據采集器”，該裝置由微處理器模塊、模擬測量模塊、電源電路、隔離電路等構成，各數據模塊與上位機通過MODBUS總線連接，雖可實現同步數據采集，各通道的測量精度可達到千分之一的測量精度，但數據采集通道很少，不能滿足大多數應用場合的需要，且數據傳輸速率低和采集數據量少。?

綜上所述，當今電子通信工程中雖然存在著大量的需要確定待測信號時序和邏輯關系、且輸入通道數多、數據量大的應用場合，但未見在同一個裝置中能夠同時集成有分布式、模塊化、變采樣率、磁隔離、差分同步和網絡數據傳輸技術的研究成果。因此，如何克服現有技術的不足已成為當今同步數據采集技術領域亟待解決的重點難題之一。?

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足而提供一種基于以太網的分布式變采樣率同步數據采集裝置，本發明能夠滿足多通道、分布式、變采樣率和同步數據采集的需要，且配置靈活、可裁剪性強，各個同步數據采集模塊的同步誤差極小，能夠保持嚴格的同步相參關系。?