[發明專利]一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統

有效

• 申請號: 201911298221.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110987026B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 黃永安;楊朝熙
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

1.一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統，其特征在于，該采集系統包括控制器、傳感器、多路復用開關模塊、變拓撲開關模塊，信號采集模塊和數據處理模塊，其中：

所述傳感器上設置有多個引腳，同一個引腳用于多個物理量的測量，通過不同引腳的組合實現不同物理量的測量；

所述多路復用開關模塊與所述傳感器連接，所述傳感器上的每根引腳對應所述多路復用開關模塊中的多根引線，根據待測量物理量從每根引腳對應的引線中選擇相應的引線用于待測量物理量的測量，其中，引線的數量等于每根引線可用于測量的物理量的數量；

所述變拓撲開關模塊包括多個輸入端口，與每個輸入端口對應的輸出端口，以及設置在所述輸入端口和輸出端口之間的開關，通過不同開關的組合開合，使得不同引線進行組合，以此實現不同物理量的測量；

變拓撲開關模塊的輸入端口Lm-i，i＝1,2…m，其中，m代表該輸入端口的拓撲等級，相同拓撲等級的輸入端口的數量等于在傳感器中可功能復用數相同的引腳的數量；

變拓撲開關模塊的輸出端口連接信號采集模塊中不同的測量單元，測量單元根據不同測量原理和功能對線制的需求，分為單線制測量，雙線制測量，及多線制測量，變拓撲開關模塊的輸出端口為了能夠和任意線制的測量單元連接，劃分為不同級別的輸出端口組，在實施過程中，單線制測量單元和變拓撲開關模塊的一級輸出端口H1-1連接；雙線制測量模塊和二級輸出端口H2-j，j＝1,2，連接；三線制測量單元和三級輸出端口H3-j，j＝1,2,3，連接；四線制測量單元和四級輸出端口H4-j，j＝1,2,3,4，連接；以此類推，n線制測量模塊和n級輸出端口Hn-j，j＝1,2…n，相連；

變拓撲開關模塊的輸入端口，變拓撲開關模塊的一級輸入列L1-1，接多路復用開關模塊中的單通道開關S1-1；二級輸入列L2-j，j＝1,2，接多路復用開關模塊中的二選一多路復用器控制輸入端S2-j，j＝1,2；三級輸入列L3-j，j＝1,2,3，接多路復用開關模塊中的三選一多路復用器控制輸入端S3-j，j＝1,2,3；四級輸入列L4-j，j＝1,2,3,4，接所述多路復用開關模塊中的四選一多路復用器控制輸出端S4-j，j＝1,2,3,4；依次類推，n級輸入列為Ln-j，j＝1,2…n，連接n選1的多路復用器的多路輸出端Sn-j，j＝1,2…n；所述信號采集模塊與所述數據處理模塊相連，用于將來自所述變拓撲開關模塊的信號轉化為數字信號；

所述數據處理模塊與所述控制器相連，用于將來自所述信號采集模塊的數字信號進行解析，并將解析后的結果傳遞給所述控制器；

所述控制器分別與所述多路復用開關模塊和變拓撲開關模塊連接，用于控制所述多路復用開關模塊和變拓撲開關模塊中各個開關的開合；

對于待測量的物理量P，所述控制器首先確定所述傳感器上用于測量該待測物理量對應的引腳A,B,…,I，…，N，然后確定并選擇在所述多路復用開關模塊中與引腳I相連的測量物理量P的引線IP，最后確定并控制所述變拓撲開關模塊中不同的開關開合，進而實現引線AP,BP,…,IP，…，NP的組合，在該變拓撲開關模塊的輸出端獲得采集的待測量物理量P的信號，然后通過所述信號采集模塊和數據處理模塊傳遞給所述控制器，以此實現所述待測物理量P的測量。

2.如權利要求1所述的一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統，其特征在于，所述控制器還與所述信號采集模塊連接，用于調節該信號采集模塊中的增益和濾波功能，使得采集的信號清晰可讀。

3.如權利要求1所述的一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統，其特征在于，所述多路復用開關模塊中，與每個引腳對應的多根引線設置在一個多路復用器上，通過該多路復用器中開關的開合選擇相應的引線用于測量，多路復用器的數量等于所述傳感器引腳的數量。

4.如權利要求3所述的一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統，其特征在于，所述變拓撲開關模塊中的輸入端口與所述多路復用器一一對應，每個輸入端口中包括m個子端口，m為與該輸入端口對應的多路復用器中引線的數量。