[發明專利]一種多功能數據采集卡及測量方法

有效

• 申請號: 201711426063.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108180939B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 陳洪敏;閆文吉;陳紅亮;李仙麗;賴小皇
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01R35/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種多功能數據采集卡，由通信接口電路(1)、微控制器(2)、模數轉換器(3)、可編程放大器(4)、測量類型切換模塊(5)和輸入選擇繼電器模塊(6)組成；

所述通信接口電路(1)包括隔離電路(11)和電平轉換電路(12)，通信接口電路(1)連接微控制器(2)的數字通信接口；

所述微控制器(2)的通用數字輸出引腳連接可編程放大器(4)、測量類型切換模塊(5)和輸入選擇繼電器模塊(6)的控制端，微控制器(2)的串行外設接口SPI與模數轉換器(3)的數字接口連接，此外微控制器(2)還與通信接口電路(1)連接，信號為雙向傳輸；

所述模數轉換器(3)的輸入端接可編程放大器(4)的輸出端，模數轉換器(3)的數字接口接微控制器(2)的串行外設接口SPI；

所述可編程放大器(4)的輸入端接測量類型切換模塊(5)的輸出端，可編程放大器(4)的輸出端接模數轉換器(3)的輸入端，可編程放大器(4)的控制端接微控制器(2)的通用數字輸出引腳；

所述輸入選擇繼電器模塊(6)的輸入端分別接外部待測信號和校準信號，輸入選擇繼電器模塊(6)的輸出端接測量類型切換模塊(5)的輸入端，輸入選擇繼電器模塊(6)的控制端接微控制器(2)的通用數字輸出引腳；

所述測量類型切換模塊(5)由兩片8通道的電子開關(51)和(52)組成，測量類型切換模塊(5)的輸入端接輸入選擇繼電器模塊(6)的輸出端，測量類型切換模塊(5)的輸出端接可編程放大器(4)的輸入端，測量類型切換模塊(5)的控制端連接微控制器(2)的通用數字輸出引腳；

所述繼電器模塊(6)由三個雙刀雙擲繼電器及驅動電路組成，繼電器Relay1和Relay6聯動，共用一個雙刀雙擲繼電器；Relay1的常閉端接電流激勵，常開端接電壓激勵；Relay6的常閉端懸空，常開端接地；繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5聯動，采用兩個雙刀雙擲繼電器，繼電器常閉端接采集端，常開端接校準端；

其特征在于,所述多功能數據采集卡的測量方法，包括如下：

A、當測量電壓時，按以下步驟進行測量：

1、電壓信號的正負極分別接到連接器J2的2#和3#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6腳接常閉端；

3、電子開關K7、K8、K11閉合，其它開關斷開，其中開關K11支路提供偏置回路；

4、此時，外部輸入的最大±10V的電壓可由測量類型切換模塊進入可編程放大器，并由可編程放大器衰減至模數轉換器可測量的范圍，完成測量；

B、當測量電流時，若外部電流信號有負極，按以下步驟進行測量：

1、電流信號的正負極分別接到連接器J2的2#和3#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6腳接常閉端；

3、電子開關K12、K13、K14、K15閉合，其它開關斷開；

4、此時，電流從信號正端流入，先后經過Relay3、K12、取樣電阻R2、K14、Relay4后從信號負端流出，電流流過取樣電阻R2形成的電壓經過開關K13、K15到達模數轉換器的輸入端，完成測量；

若外部電流信號無負極，按以下步驟進行測量：

1、電流信號的正極接到連接器J2的2#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6腳接常閉端；

3、開關K12、K13、K14、K15、K16閉合，其它開關斷開；

4、此時，電流從信號正端流入，經過Relay3、開關K12、取樣電阻R2后由開關K16流到地回路中，電流流過取樣電阻R2形成的電壓經過開關K13、K15到達模數轉換器的輸入端，完成測量；

C、當測量三線制熱電阻時，按以下步驟進行測量：

1、熱電阻兩端分別接到連接器J2的2#和3#引腳，公共端接連接器J2的4#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6腳接常閉端；

3、電子開關K4、K5、K6閉合，其它開關斷開；

4、打開兩路經過匹配的鏡像激勵電流I1和I2；

5、此時，電流I1和I2分別從連接器J2的2#和3#引腳流過待測熱電阻，由連接器J2的4#引腳經過開關K6流過參考電阻R1流到地回路中；熱電阻上的電壓信號通過K4、K5進入模數轉換器的輸入端；開關K6為激勵電流提供偏置回路，并在電阻R1上形成電壓降，作為模數轉換器的參考電壓，采用比例法完成熱電阻的測量；

D、當測量四線制熱電阻時，按以下步驟進行測量：

1、熱電阻分別接到連接器J2的1#、2#、3#和4#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端；

3、電子開關K4、K5和K6閉合，其它開關斷開；

4、關閉激勵電流I1和I2，打開激勵電流I3；

5、此時，電流I3先后經過Relay1、Relay2、熱電阻、Relay5、K6和電阻R1，最后流到地回路中；熱電阻上的電壓信號通過K4、K5進入模數轉換器的輸入端；開關K6為激勵電流提供偏置回路，并在電阻R1上形成電壓降，作為模數轉換器的參考電壓，采用比例法完成熱電阻的測量；

E、當測量熱電偶時，按以下步驟進行測量：

1、熱電偶的兩端分別接到連接器J2的2#和3#引腳，冷端熱電阻的兩端分別接到連接器J1的1#和2#，公共端接到連接器J1的3#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6腳接常閉端；

3、電子開關K4和K5閉合，其它開關斷開，關閉激勵電流I1和I2，測量熱電偶的輸出值；

4、電子開關K1、K2、K3閉合，其它開關斷開，打開激勵電流I1和I2，測量方法與C項三線制熱電阻測量方法一致，測量冷端的溫度；

5、利用微控制器進行冷端補償計算，完成熱電偶的測量；

F、當測量電阻橋路傳感器信號時，按以下步驟進行測量：

1、傳感器的激勵正端接連接器J2的1#引腳，激勵負端接連接器J2的4#引腳，信號正端接連接器J2的2#引腳，信號負端接連接器J2的3#引腳；

2、繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1接電壓激勵端V，Relay6接地端；

3、開關K7和K8閉合，其它開關斷開；

4、此時，傳感器輸出信號可經過電子開關K7和K8后進入可編程放大器放大至模數轉換器可測量的范圍，完成測量。

2.根據權利要求1所述的一種多功能數據采集卡，其特征在于：還包括當進行在線校準時，只需將繼電器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接校準端，標準信號由校準端引入，其他開關的開合狀態跟上述A～F項所述一致即可。