【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于數據采集、數據處理及傳輸領域，具體涉及一種微弱信號多通道同步采集系統。
技術介紹
1、數據采集是獲取信息的重要途徑，多通道同步采集可以避免非同步ad采集系統對每一路模擬信號采集的等待時間,解決數據采集中通道間相位一致性差、數據無法對齊等情況，提高了系統的同步性和實時性。在信息
，隨著技術發展逐漸呈現出速度快、帶寬大的特點，多通道同步數據采集技術已然成了關鍵技術之一。
2、微弱信號是指深埋在背景噪聲中的極其微弱的有用信號，如在聲信號、電信號中幅值極小、信噪比較小，難以被發現、監測到的微小信號。微弱信號的檢測就是將淹沒在強背景噪聲中的微弱信號，通過信號處理，或者噪聲抑制，以便于從噪聲中提取微弱信號。
3、目前，針對微弱信號采集的系統設計已有一定的技術積累，但是缺乏通用性與拓展性，且在采集分辨率上也尚有不足之處，無法實現高精度的數據采集。
技術實現思路
1、本專利技術針對上述現有技術存在的技術問題，提供了一種微弱信號多通道同步采集系統，實現了微弱信號的采集、處理、存儲、傳輸功能，并通過交互通信接口將經處理后的數據傳輸到上位機。本專利技術所述的系統通過信號調理模塊對來自傳感器的微弱源數據進行預處理，信號調理模塊中加入了數字信號處理模塊dsp，使得信號調理電路具備了強大的數字處理和自適應調節能力，提升了性能的同時增加了更多靈活性和可擴展性。通過同步時鐘管理，產生控制信號的進行控制，解決了多個采集通道的時鐘同步問題，避免了通道之間的切換所帶來的延時，
2、本專利技術的一種微弱信號多通道同步采集系統，包括：用于采集原始微弱信號源數據的傳感器，用于將采集到的所述微弱信號源數據進行放大和濾波預處理的信號調理模塊，以及多通道同步采集模塊、fpga核心模塊、電源管理模塊和上位機；
3、所述傳感器、信號調理模塊、多通道同步采集模塊、fpga核心模塊和上位機依次電性連接；所述電源管理模塊分別與所述信號調理模塊、多通道同步采集模塊和fpga核心模塊電性連接；
4、其中，所述信號調理模塊包括依次電性連接的單端轉差分電路、程控放大電路、程控低通濾波電路、模數轉換器adc、數字信號處理模塊dsp、數模轉換器dac；所述傳感器為多路傳感器，所述傳感器采集的原始微弱信號包括物理信號和化學信號；
5、所述微弱信號源數據依次經過所述單端轉差分電路、程控放大電路和程控低通濾波器進行初步調理得到第一信號，所述第一信號進入所述模數轉換器adc被轉換為數字信號；所述數字信號處理模塊dsp根據自身設定的參數對實時輸入的所述數字信號進行濾波、增益調節和頻譜分析操作得到第二信號，所述第二信號通過所述數模轉換器dac轉換為模擬信號，得到目標電信號源數據；
6、所述多通道同步采集模塊對所述目標電信號源數據進行采集得到目標數字信號源數據，并將所述目標數字信號源數據傳遞給所述fpga核心模塊進行濾波和降采樣處理得到目標數字信號數據，再將所述目標數字信號數據傳遞給上位機進行顯示。
7、本專利技術中，一般情況下，所述數字信號處理模塊dsp自身設定的參數包括：截止頻率設置為550hz的低通濾波器，頻率范圍90–310hz的帶通濾波器，動態增益范圍為0–60db，增益調整步長為1db，目標幅度接近adc滿量程2.4v，fft頻譜分析點數為1024，漢寧窗函數頻譜刷新率為10hz，濾波階數為10，溫漂補償系數0.001v/°c。
8、本專利技術中，所述傳感器獲取原始數據。所述信號調理模塊用于與所述傳感器連接，所述信號調理模塊的主要功能是將所述傳感器采集到的微弱信號源數據進行放大和濾波預處理，將微弱信號幅值調理到所述多通道同步采集模塊輸入的電壓范圍內，并且對噪聲進行抑制，提高微弱信號的質量，便于所述多通道同步采集模塊采集；
9、所述多通道同步采集模塊進行多通道同步采集，將所述信號調理模塊輸出的模擬信號轉換為數字信號，便于fpga對數據進行處理和傳輸。
10、本專利技術中，所述信號調理模塊中的各個電路功能如下：
11、所述單端轉差分電路，將單端輸入信號轉換為差分信號，以降低共模噪聲，為后續放大和濾波提供更純凈的差分信號；
12、所述程控放大電路，對信號進行初步放大，并提供動態增益調整，以適應輸入信號的動態范圍；
13、所述程控低通濾波電路，用于濾除高頻噪聲，保留信號中的低頻成分；所述程控低通濾波電路中的濾波器的截止頻率可以程控，以適應不同信號頻率要求，使目標頻率范圍的信號成分更為突出；
14、所述模數轉換器adc，將模擬信號轉換為數字信號，以便于所述數字信號處理模塊dsp模塊進行處理；
15、所述數字信號處理模塊dsp用于對數據進行預處理，預處理包括：濾波器濾波、增益調節、頻譜分析、自適應信號處理和數據校正與補償。
16、其中，濾波器濾波：可以實現各種數字濾波（如低通、帶通、帶阻、自適應濾波等）以進一步抑制噪聲；
17、其中，增益調節：可以在數字域內調整信號增益，根據需求對不同頻段的信號進行分級放大；
18、其中，頻譜分析：通過快速傅里葉變換（fft）等算法，對信號的頻譜成分進行實時分析，幫助檢測特定頻率或信號特性；
19、其中，自適應信號處理：可以根據輸入信號的變化情況動態調整濾波器參數或增益，使系統在各種環境下都能達到最佳信噪比；
20、其中，數據校正與補償：通過校正算法補償溫漂、偏移等因素，提高測量精度和長期穩定性；
21、所述數模轉換器dac，將所述數字信號處理模塊dsp處理后的數字信號轉換恢復為模擬信號，便于后級系統采樣。
22、進一步，本專利技術所述的微弱信號多通道同步采集系統中，所述fpga核心模塊包括如下七個模塊：bus_mux多路復用、參數管理、采樣控制、時鐘管理、數據存儲、上電自檢和交互通信；
23、所述采樣控制連接所述多通道同步采集模塊，所述參數管理連接所述采樣控制，所述bus_mux多路復用分別與所述采樣控制、數據存儲、上電自檢和交互通信連接，所述時鐘管理分別與所述采樣控制、數據存儲、bus_mux多路復用和交互通信連接，所述交互通信還連接于所述上位機。
24、本專利技術中，所述fpga核心模塊控制整個微弱信號多通道同步采集系統中的各個模塊，同時對數據進行濾波、降采樣處理，并將處理好的目標數據傳輸給上位機；上位機模塊實現了軟件上位機顯示，將目標數據可視化；電源管理模塊用于控制整個微弱信號多通道同步采集系統中的所有模塊的電源。
25、本專利技術中，所述bus_mux多路復用模塊用于所述fpga核心模塊的內部各模塊之間的管理，確保不同模塊間的數據和控制信號能夠合理共享和切換，提供模塊間高效的資源分配；
26、所述參數管理模塊用于管理所述fpga核心模塊的內部各模塊的參數，如采樣通道數、采樣率本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，包括：用于采集原始微弱信號源數據的傳感器，用于將采集到的所述微弱信號源數據進行放大和濾波預處理的信號調理模塊，以及多通道同步采集模塊、FPGA核心模塊、電源管理模塊和上位機；
2.根據權利要求1所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述FPGA核心模塊包括如下七個模塊：BUS_MUX多路復用、參數管理、采樣控制、時鐘管理、數據存儲、上電自檢和交互通信；
3.根據權利要求2所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述單端轉差分電路中采用AD8138芯片，所述程控放大電路中采用PGA281芯片，所述程控低通濾波電路中采用LTC1068芯片；模數轉換器ADC中采用第一芯片，所述第一芯片為AD7606芯片；數字信號處理模塊DSP中采用TMS320C6748芯片；數模轉換器DAC中采用AD5781芯片。
4.根據權利要求3所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述多通道同步采集模塊使用的第二芯片進行同步采集，每個所述通道均配有用于確保各通道同步采樣的采樣保持電路；所述第二芯片為AD76
5.根據權利要求4所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述采樣控制采用第三芯片，所述第三芯片為AD7606芯片；所述數據存儲的數據通過EEPROM進行存儲；所述上電自檢在系統上電時執行自檢程序，檢查主要功能模塊的初始化狀態。
6.根據權利要求5所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述第一芯片、第二芯片和第三芯片均具備支持分辨率為16bit的8個通道同步采集功能，且具有并行接口、高速串行接口、并行字節接口三種接口。
7.根據權利要求6所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述時鐘管理通過CONVST脈沖信號控制所述多通道同步采樣模塊的時鐘同步管理；
8.根據權利要求7所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述交互通信為雙通道并行結構，所述雙通道為支持低速通信的UART數據傳輸路徑和支持高速通信的Ethernet數據傳輸路徑。
9.根據權利要求8所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述上位機采用LabVIEW軟件進行數據處理和可視化顯示，所述上位機的主程序流程采用中斷觸發的數據接收機制。
10.根據權利要求9所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述上電自檢使用有限狀態機FSM控制整個自檢過程。
...【技術特征摘要】
1.一種微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，包括：用于采集原始微弱信號源數據的傳感器，用于將采集到的所述微弱信號源數據進行放大和濾波預處理的信號調理模塊，以及多通道同步采集模塊、fpga核心模塊、電源管理模塊和上位機；
2.根據權利要求1所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述fpga核心模塊包括如下七個模塊：bus_mux多路復用、參數管理、采樣控制、時鐘管理、數據存儲、上電自檢和交互通信；
3.根據權利要求2所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述單端轉差分電路中采用ad8138芯片，所述程控放大電路中采用pga281芯片，所述程控低通濾波電路中采用ltc1068芯片；模數轉換器adc中采用第一芯片，所述第一芯片為ad7606芯片；數字信號處理模塊dsp中采用tms320c6748芯片；數模轉換器dac中采用ad5781芯片。
4.根據權利要求3所述的微弱信號多通道同步采集系統，其特征在于，所述多通道同步采集模塊使用的第二芯片進行同步采集，每個所述通道均配有用于確保各通道同步采樣的采樣保持電路；所述第二芯片為ad7606芯片。
5.根據權利要求4所述的微弱信號多通道同步采集系統，...
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