[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

本發明屬于通信與傳感器信號檢測領域，并公開了一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統。該采集系統包括控制模塊、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：多路復用開關模塊與傳感器連接，傳感器上的每根引腳對應多路復用開關模塊中的多根引線；變拓撲開關模塊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；控制器用于控制多路復用開關模塊和變拓撲開關模塊中各個開關的開合。通過本發明，解決采集測量端口和傳感器引腳不對應帶來的測試難題，實現傳感器根據工況對各個功能的自由切換，降低了測量模塊的復雜度，結構簡單，使用更加方便。

技術領域

本發明屬于通信與傳感器信號檢測領域，更具體地，涉及一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統。

背景技術

目前有的傳感器在一個傳感器中集成多個傳感單元，通過對傳感器引腳的相互組合以及引腳分時復用等方法，就可以使單個傳感器在不同的時刻實現多個測量功能，實現單個傳感器對多個物理量的感知；相應的，要實現這傳感器的多個功能的切換測量，對后端的測量儀表也有更多的要求，測量儀表首先必須能夠包含多種測量模塊，并且由于不同的傳感器的引腳組合并不相同，測量儀表必須能夠對傳感器的引腳進行任意的組合，并接入相應的測量模塊，并且為了實現多種物理量的高速測量，測量儀表還需要能夠在多種測量功能之間高速切換。

傳統的測量儀器儀表主要面向單功能的傳感器，無法滿足多種測量測量功能，為了實現多種測量功能，需要多種測量儀器儀表共同使用，而傳感器由于引腳的分時復用，其引腳和多種測試設備的測試端口存在沖突，導致使用通用的測量儀表難以滿足傳感器的測量需求，雖然數字萬用表等測量儀表可以實現多種測量功能，但是各個功能的切換速率很低，并且傳感器在進行功能切換時，需要測量端對傳感器的引腳重新組合，而傳統的數字萬用表等測量儀表無法實現電路拓撲結構的改變，也無法滿足傳感器的測量需求。

目前通常使用開關矩陣來實現復用引腳的切換，其實現方法主要有開關矩陣芯片和模擬開關矩陣電路兩種。開關矩陣芯片(如CH446等)一般用于音、視頻信號的切換，拓展到模擬信號則會對測量產生較大的干擾，造成測量精度的降低；而模擬開關矩陣電路一般使用電磁繼電器、干簧管繼電器等作為開關，其切換速率較低，并且使用的開關較多，開關的利用率不高，也不適合傳感器測量使用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統，通過對關鍵模塊多路復用開關模塊和變拓撲模塊結構設計，解決傳感器多個引腳之間的組合方式復雜與單一引腳復用功能繁多引起的測試功能切換困難的問題，以及不同測量功能下測量線制的不同和測量原理的不同導致的測量困難的問題。本發明不受傳感器種類及其輸出引腳組合方式和功能復用的限制，可以連接任意測量線制、任意功能的測量模塊，實現多種測量功能。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于變拓撲開關矩陣的傳感器信號采集系統，該采集系統包括控制模塊、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；

所述信號采集模塊與所述數據采集模塊相連，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模塊相連，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；