[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

1.?一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，其特征在于，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：采用專用芯片實(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。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，

其特征在于，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。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，其特征在于，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。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，其特征在于，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。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，其特征在于，多路模擬信號輸入模塊：根據(jù)信號安全要求必須對輸入的各路模擬信號彼此之間進(jìn)行隔離，采用隔離電源對各路進(jìn)行隔離，該電路主要采用變壓器隔離的方法進(jìn)行隔離。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，其特征在于，可以利用開關(guān)選擇啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電壓產(chǎn)生模塊，并通知系統(tǒng)開始光耦線性變換參數(shù)校正模塊功能，在正常工作過程中，選擇外部模擬信號作為系統(tǒng)的輸入，啟動(dòng)信號采集和監(jiān)測功能。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬信號采集系統(tǒng)，其特征在于，主處理器模塊主要包括以下四個(gè)模塊：

1）系統(tǒng)配置模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能配置，主要包括系統(tǒng)初始

參數(shù)的設(shè)置、采樣頻率設(shè)置、采樣各路模擬信號設(shè)置、各路模擬信號門限值設(shè)置、采樣的使能和停止這些功能；

2）信號采集模塊：主要實(shí)現(xiàn)對具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的多路模擬量信號的采

集和處理；首先對線性光耦輸出的信號進(jìn)行A/D數(shù)字化轉(zhuǎn)換，然后輸出給主處理器，主處理器高速采集信號，并利用存儲的自動(dòng)補(bǔ)償系數(shù)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，提高采集信號的幅值精度，最終數(shù)據(jù)可以通過PCI總線實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲；

3）信號檢測模塊：實(shí)現(xiàn)具有自動(dòng)補(bǔ)償夠功能多路模擬信號的超門限值檢

測的精確計(jì)時(shí)，主處理器在采集模擬信號時(shí)，同時(shí)將與系統(tǒng)設(shè)定的各路自己的門限值進(jìn)行比對檢測，當(dāng)發(fā)生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的超門限值時(shí)，記錄該時(shí)間點(diǎn)，并通過驅(qū)動(dòng)通知上層應(yīng)用程序，主要采用硬件中斷的方式處理；

4）光耦線性變換參數(shù)自動(dòng)校正模塊：當(dāng)用戶啟動(dòng)標(biāo)定電壓產(chǎn)生模塊時(shí)，

系統(tǒng)將進(jìn)入線性光耦變換參數(shù)的自動(dòng)校正功能模塊，根據(jù)輸入的標(biāo)定電壓和采集的信號，進(jìn)行自動(dòng)校正計(jì)算，用于對采集信號進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高系統(tǒng)采集模擬信號的幅度值精度。