【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及傳感器采集信號領域，具體為一種多通道微信號高性能采集系統與方法。
技術介紹
1、目前市面上的傳感器采集設備在采集信號時的靈敏度不夠準確、數據采集所用的通道比較少、采集信號的方式比較單一，使每種傳感器均需要增加一組對應的采集電路，資源利用率較低。進行多路信號采集時，需用到多路采集電路，增加了設備的體積和功耗。為了減小設備的體積功耗，實現同時對多種微信號的實時快速采集，需要研發一種新型的信號采集方法或者改進現有的信號采集設備。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決在減小設備的體積功耗的基礎上，實現同時對多種微信號的實時快速采集的問題，提供了一種多通道微信號高性能采集系統與方法。
2、本專利技術是通過如下技術方案來實現的：一種多通道微信號高性能采集系統，包括多個傳感器輸入，每個傳感器輸出信號至相應的儀器輸入電路，所述儀器輸入電路輸出信號至相應的低噪聲前置放大器，所述低噪聲前置放大器輸出信號至相應的電模擬濾波器，多個電模擬濾波器輸出信號的連接線連接于多路采樣開關，多路采樣開關根據不同線路的開關情況將相應的信號輸出至模數轉換器a/d，所述模數轉換器a/d輸出數據至數據記錄系統。整個設備采用多層布線，電源和地平面獨立分層，采用多級去耦電容以及單點接地方式實現良好的電磁兼容。設備內部電路采用數字和模擬分割布局，模擬供電和數字供電分區布局，模擬地和數字地單點接地。信號采集采用低壓差分走線，a/d采樣時鐘采用差分線傳輸，保證時鐘信號的完整性。
3、進一步的，所述
4、進一步的，對檢測到儀器輸出電路過來的微弱電信號進行固定增益的放大，所以低噪聲前置放大器必須放在傳感器采集設備的前端，因為低噪聲前置放大器的輸入噪聲系數可以做到小于0.8，所以低噪聲前置放大器的信噪比決定整個傳感器采集設備對噪聲的抑制。一般所有接收設備的輸入端口都會放一個低噪聲放大器。放大器噪聲的來源有兩種，一種是外部噪聲，與放大器無關，來源于放大器電路外部；一種是放大器內部產生的噪聲，來源于器件本身。這里主要討論的是內部噪聲，也就是在放大器工作時產生的噪聲。對于本專利技術所設計的系統而言，所述低噪聲前置放大器的輸入噪聲系數小于0.8，所述低噪聲前置放大器包括惠斯通電橋，所述惠斯通電橋輸出電信號至信號調理模塊，所述信號調理模塊內設有多個信號放大器，用于微小電信號的放大，信號放大后傳輸到adc進行采集，所述信號放大器保證在放大同時不出現飽和截止失真，輸出電壓在采集電路的識別范圍內。信號放大后傳輸到adc進行采集，因此放大器噪聲的高低，會直接影響測量結果。對于放大器的一般要求輸入信噪比要減少影響，同時要保證該放大器的頻率特性穩定；在放大同時不出現飽和截止失真，并且使動態范圍盡量的大一些，輸出電壓在采集電路的識別范圍內；要有足夠快的調節反應速度，同時保證系統工作的穩定性。
5、進一步的，所述電模擬濾波器包括低通濾波器、高通濾波器以及陷波器；低通濾波器是用來濾除低頻干擾信號，包括抑制干擾源和切斷干擾傳播路徑，所述抑制干擾源為減小干擾源的du/dt與di/dt，減小干擾源的du/dt通過在干擾源兩端并聯電容來實現；減小干擾源的di/dt是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管來實現；所述切斷干擾傳播路徑包括切斷傳導干擾和切斷輻射干擾兩類，切斷傳導干擾通過增加濾波器或增加隔離光耦的方法來解決；切斷輻射干擾通過以下方法解決：①增加干擾源與敏感器件之間的距離；②用地線隔離干擾源與敏感器件；③在敏感器件上加屏蔽罩；高通濾波器用于濾除高頻干擾，在傳感器采集中，高頻干擾包括a/d的采用頻率、arm的工作的晶振頻率及通信傳輸的信號頻率，高頻濾波器主要濾除這些高頻信號，阻止這些高頻信號對傳感器采集數據的影響；因此高通濾波器采用陷波器，用于濾除設備供電中交流電源內部的50hz頻率對傳感器采集設備有用信號的影響。
6、進一步的，所述多路采樣開關所實現的功能為：在一個采樣周期內，對全部通道的各路信號按先后順序分別采樣一次，將多路傳感器的數據串行輸入到arm內部，實現多路合一，同時將連續的模擬信號轉換成離散的模擬脈沖樣式的信號；在處理器芯片內將傳感器采集的電信號經過模擬轉換器采集的輸入的二進制代碼按照專業技術組織規劃，進行編排和編碼，編排將一定長度的二進制數據編排成便于計算機數據處理的字節形式，編碼則是為了數據傳輸讀寫方便。
7、進一步的，模數轉換器a/d用于將模擬形式的連續信號轉換為數字形式的離散信號，在傳感器采集設備中，模擬轉換器將模擬信號轉換為表示一定比例電壓值的數字信號；模數轉換器a/d具有如下指標：
8、①分辨率：一個具有8個離散信號值輸出的模擬數字轉換器的分辨率是指，對于允許范圍內的模擬信號，它能輸出離散數字信號值的個數；這些信號值通常用二進制數來存儲，因此分辨率經常用比特作為單位，且這些離散值的個數是2的冪指數；
9、②響應類型：模擬數字轉換器的響應類型為線性，這里的線性是指輸出信號的大小與輸入信號的大小成線性比例；
10、③采樣率：模擬信號在時域上是連續的，因此將它轉換為時間上連續的一系列數字信號，要求定義一個參數來表示新的數字信號采樣自模擬信號速率，這個速率稱為轉換器的采樣率sampling?rate或采樣頻率sampling?frequency；
11、由于實際使用的模擬轉換器不能進行完全實時的轉換，所以對輸入信號進行一次轉換的過程中必須通過一些外加方法使之保持恒定。常用的有采樣-保持電路，在大多數的情況里，通過使用一個電容器可以存儲輸入的模擬電壓，并通過開關或門電路來閉合、斷開這個電容和輸入信號的連接。
12、④根據①~③的要求，采用ad7606，ad7606芯片有8個通道，分辨率為16bit，所有通道同步，且都具有200ksps?的采樣頻率，提供有多種接口。與微處理器的fsmc兼容性較強。
13、進一步的，數據記錄系統以同步時鐘為基準，來進行數據交換，同時存儲陣列為了保證數據不丟失，從而不斷的刷新，而且數據的存儲并不是線性的，而是可以指定地址進行讀寫。所述數據記錄系統保存試驗記錄的所有數據，數據記錄系統以同步時鐘為基準，來進行數據交換，同時存儲陣列為了保證數據不丟失，從而不斷的刷新，而且數據的存儲并不是線性的，而是可以指定地址進行讀寫。數據記錄系統fla本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：包括多個傳感器輸入，每個傳感器輸出信號至相應的儀器輸入電路，所述儀器輸入電路輸出信號至相應的低噪聲前置放大器，所述低噪聲前置放大器輸出信號至相應的電模擬濾波器，多個電模擬濾波器輸出信號的連接線連接于多路采樣開關，多路采樣開關根據不同線路的開關情況將相應的信號輸出至模數轉換器A/D，所述模數轉換器A/D輸出數據至數據記錄系統。
2.根據權利要求1所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述儀器輸入電路為傳感器采集的前端輸入電路，具體工作進程為：在程序控制開關的控制下，所述傳感器采集的模擬信號輸入先經過匹配衰減網絡實現阻抗匹配及衰減，然后進行交直流耦合，接著通過阻抗變換及程控放大電路，使信號進入A/D轉換器的最佳輸入范圍，最后通過濾波電路，去除信號中的高頻分量，實現模擬輸出。
3.根據權利要求2所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述低噪聲前置放大器的輸入噪聲系數小于0.8，所述低噪聲前置放大器包括惠斯通電橋，所述惠斯通電橋輸出電信號至信號調理模塊，所述信號調理模塊內設有多個信號放大器，用
4.根據權利要求3所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述電模擬濾波器包括低通濾波器、高通濾波器以及陷波器；低通濾波器是用來濾除低頻干擾信號，包括抑制干擾源和切斷干擾傳播路徑，所述抑制干擾源為減小干擾源的du/dt與di/dt，減小干擾源的du/dt通過在干擾源兩端并聯電容來實現；減小干擾源的di/dt是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管來實現；所述切斷干擾傳播路徑包括切斷傳導干擾和切斷輻射干擾兩類，切斷傳導干擾通過增加濾波器或增加隔離光耦的方法來解決；切斷輻射干擾通過以下方法解決：①增加干擾源與敏感器件之間的距離；②用地線隔離干擾源與敏感器件；③在敏感器件上加屏蔽罩；
5.根據權利要求4所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述多路采樣開關所實現的功能為：在一個采樣周期內，對全部通道的各路信號按先后順序分別采樣一次，將多路傳感器的數據串行輸入到ARM內部，實現多路合一，同時將連續的模擬信號轉換成離散的模擬脈沖樣式的信號；在處理器芯片內將傳感器采集的電信號經過模擬轉換器采集的輸入的二進制代碼按照專業技術組織規劃，進行編排和編碼，編排將一定長度的二進制數據編排成便于計算機數據處理的字節形式。
6.根據權利要求5所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：模數轉換器A/D用于將模擬形式的連續信號轉換為數字形式的離散信號，在傳感器采集設備中，模擬轉換器將模擬信號轉換為表示一定比例電壓值的數字信號；模數轉換器A/D具有如下指標：
7.根據權利要求6所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述數據記錄系統保存試驗記錄的所有數據，數據記錄系統FLASH與采集電路板通過屏蔽導線連接，在數據采集過程中數據從傳感器采樣電路獲取，經由微處理器通過導線傳輸到FLASH中進行存儲，對?FLASH?的信號線和數據線進行阻抗匹配設計以保證信號完整性；當用戶需要顯示數據時，對?FLASH?中的數據進行讀取，能夠通過微處理器下發的讀取指令對?FLASH讀取數據后進行傳感信號的數據可視化，在存儲模塊電路設計中數據讀取接口采用了正式讀取接口和備用接口，并與存儲芯片進行單獨防護。
...【技術特征摘要】
1.一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：包括多個傳感器輸入，每個傳感器輸出信號至相應的儀器輸入電路，所述儀器輸入電路輸出信號至相應的低噪聲前置放大器，所述低噪聲前置放大器輸出信號至相應的電模擬濾波器，多個電模擬濾波器輸出信號的連接線連接于多路采樣開關，多路采樣開關根據不同線路的開關情況將相應的信號輸出至模數轉換器a/d，所述模數轉換器a/d輸出數據至數據記錄系統。
2.根據權利要求1所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述儀器輸入電路為傳感器采集的前端輸入電路，具體工作進程為：在程序控制開關的控制下，所述傳感器采集的模擬信號輸入先經過匹配衰減網絡實現阻抗匹配及衰減，然后進行交直流耦合，接著通過阻抗變換及程控放大電路，使信號進入a/d轉換器的最佳輸入范圍，最后通過濾波電路，去除信號中的高頻分量，實現模擬輸出。
3.根據權利要求2所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述低噪聲前置放大器的輸入噪聲系數小于0.8，所述低噪聲前置放大器包括惠斯通電橋，所述惠斯通電橋輸出電信號至信號調理模塊，所述信號調理模塊內設有多個信號放大器，用于微小電信號的放大，信號放大后傳輸到adc進行采集，所述信號放大器保證在放大同時不出現飽和截止失真，輸出電壓在采集電路的識別范圍內。
4.根據權利要求3所述的一種多通道微信號高性能采集系統，其特征在于：所述電模擬濾波器包括低通濾波器、高通濾波器以及陷波器；低通濾波器是用來濾除低頻干擾信號，包括抑制干擾源和切斷干擾傳播路徑，所述抑制干擾源為減小干擾源的du/dt與di/dt，減小干擾源的du/dt通過在干擾源兩端并聯電容來實現；減小干擾源的di/dt是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭勇，馬曉飛，呂勇剛，張婉飛，岳晗，劉珍榮，武鵬杰，李強，徐澤奇，李榮基，
申請(專利權)人：山西新華防化裝備研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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