專利名稱：一種雙通道模數(shù)聯(lián)合型可變增益數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種根據(jù)信號的變化趨勢而提前對放大電路的增益進行動態(tài)調(diào) 整的數(shù)據(jù)采集裝置，屬于數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在測量系統(tǒng)中，一些信號的變化范圍較大。對這些忽大忽小變化的被測信號，如果 放大電路采用固定增益，往往會造成在信號的某個量程范圍內(nèi)不能很好地與A/D轉(zhuǎn)換器的 量程相匹配。例如對于微弱信號，放大電路就需要比較大的增益才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器的量 程要求，實現(xiàn)精確測量。但對于幅值比較大的被測信號，如果仍采用較大的增益，則信號放 大后會超出A/D轉(zhuǎn)換器的量程，無法實現(xiàn)正確的測量。因此，為了實現(xiàn)對這些變化范圍比較大的未知信號的精確測量，就要求放大電路 的增益能夠隨著信號的變化而進行調(diào)整，保證被測信號處于A/D轉(zhuǎn)換器的量程范圍內(nèi)。目 前，有些數(shù)據(jù)采集裝置能夠?qū)Ψ糯笃鞯脑鲆孢M行調(diào)整。但在這些數(shù)據(jù)采集裝置中，被測信號 都是通過一路放大器放大后進入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道。只有當(dāng)被測信號超出A/D轉(zhuǎn)換的 合適量程后，采集系統(tǒng)才能從已采集的無效數(shù)據(jù)判斷出放大電路的增益不合適，然后對增 益再進行調(diào)整。這樣不但造成了有效信息的丟失，影響數(shù)據(jù)采集的精度，而且增益的改變也 需要一個電路的穩(wěn)定過程，這就增加了額外的等待時間，從而制約了數(shù)據(jù)采集的速度，對于 一些需要高速采集的應(yīng)用場合，這種不利因素尤為明顯。因此，對于一些高精度、高速度的 數(shù)據(jù)采集，這種常規(guī)的改變增益的裝置無法滿足需要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種并行雙通道，模擬電路和數(shù)字電路聯(lián)合作用且增益 可變的數(shù)據(jù)采集裝置，以消除傳統(tǒng)采集裝置中即時改變增益所消耗的電路建立時間，實現(xiàn) 對被測信號的高速、高精度數(shù)據(jù)采集。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的雙通道模數(shù)聯(lián)合型可變增益數(shù)據(jù)采集裝置包括初 級放大調(diào)理電路、兩路并行程控放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字控制電路，所述初級放大調(diào) 理電路的輸出端分別與兩路并行程控放大電路中的兩并行程控放大器的輸入端相連，所述 兩個并行程控放大器的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的相應(yīng)輸入通道相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模 塊與數(shù)字控制模塊相連，所述數(shù)字控制模塊讀取經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采樣數(shù)值并發(fā)出控制信號 控制A/D轉(zhuǎn)換過程及改變程控放大器的增益。進一步的，所述數(shù)字控制模塊由具有高速數(shù)字處理能力的DSP組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊 主要由高速高精度的A/D芯片組成，它可對多個通道的模擬輸入同時進行A/D轉(zhuǎn)換。進一步的，對一路被測信號用兩路并行設(shè)置的程控放大器進行放大，兩路程控放 大器的電氣參數(shù)相同，增益可調(diào)。本實用新型的雙通道模數(shù)聯(lián)合型可變增益數(shù)據(jù)采集裝置采用硬件冗余的方式對 前向通道進行配置，每一路輸入信號都配置有兩個并行程控放大器。這樣，一路被測的模擬信號就變成兩個具有不同放大倍數(shù)的信號分別與A/D轉(zhuǎn)換器的不同轉(zhuǎn)換通道相連接。在數(shù) 字處理模塊DSP的控制下，兩個通道同時被轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，但DSP只讀取一個通道的數(shù)值并 保存，該通道稱為占用通道，而對另一通道的數(shù)據(jù)則不予處理，該通道即為空閑通道。通過 對已采集的歷史數(shù)據(jù)的分析，DSP判斷信號的變化趨勢并據(jù)此對空閑通道的增益進行預(yù)置， 使其與信號的變化相匹配。當(dāng)信號變化達到設(shè)定閾值時，就讀取空閑通道的數(shù)值，該通道就 成為占用通道，由于該通道已提前預(yù)置了合適的增益，因此能實現(xiàn)對被測信號的正確采樣。 而原先被占用的通道則成為空閑通道，其增益隨著信號的變化而不斷改變。這種處理方法 通過在兩個通道之間輪流讀取數(shù)值，始終使被測信號被放大到合適的量程范圍內(nèi)，保證了 信號采集的精度，也消除了臨時改變電路增益所必需的電流穩(wěn)定時間，保證了信號采集的 高速度。該采集裝置可以提高測量的動態(tài)范圍和量程，保證了微弱信號及大量程信號的采 樣精度，實現(xiàn)了高速、高精度的數(shù)據(jù)采集，比較適用于對未知大小且變化范圍比較大的模擬 量的檢測。

圖1是本實用新型實施例的原理框圖。圖2是本實用新型實施例的交變信號曲線圖。
具體實施方式
本實用新型的雙通道模數(shù)聯(lián)合型可變增益數(shù)據(jù)采集裝置實施例原理框圖如圖1 所示，該裝置包括初級放大電路、兩路并行放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字控制模塊。初級 放大調(diào)理電路對被測的輸入信號進行初步的放大和調(diào)理，信號經(jīng)過初步調(diào)理后送入兩路并 行放大電路的兩路程控放大器，這兩個程控放大器具有相同的電氣參數(shù)，但其增益可調(diào)。這 樣，一個輸入信號就被放大成兩個具有不同幅值的信號送入A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)通道。A/D轉(zhuǎn) 換器同時對兩個輸入通道的信號進行轉(zhuǎn)換，但數(shù)字處理模塊DSP只讀取一個通道的數(shù)值， 把另一通道作為空閑通道，其數(shù)值不予處理。DSP對本次采樣值連同過去已采集的歷史數(shù)據(jù) 進行分析對比并判斷出信號的變化趨勢，根據(jù)信號變化趨勢對空閑通道程控放大器的增益 進行預(yù)置。如果信號處于上升趨勢，一般應(yīng)減小放大器增益；如果信號處于下降趨勢，則加 大放大器的增益。增益預(yù)置的原則是保證信號經(jīng)過放大后處于A/D轉(zhuǎn)換器的最佳量程范圍 內(nèi)，從而提高采樣精度和數(shù)據(jù)的一致性。當(dāng)信號變化超出設(shè)定的量程閾值時(通常上限閾值取量程的4/5，下限閾值取量程 的1/5)，則在下一個采樣周期，讀取空閑通道的數(shù)值，將空閑通道變?yōu)槟壳罢加玫耐ǖ狼移?增益保持不變，以保持數(shù)據(jù)的一致性；而原來占用的通道則成為空閑通道，其增益隨著信號 的變化而不斷被預(yù)置。首次選擇通道時是根據(jù)預(yù)先設(shè)定或隨意選擇，后續(xù)的選定則是根據(jù) 信號的變化趨勢來選取已預(yù)置了合適增益的通道。因為本裝置設(shè)置了兩路并行輸入通道， 其中一個通道實現(xiàn)采集，而另一通道的增益則隨著信號的變化而不斷改變，根據(jù)信號的變 化情況選擇具有最合適增益的通道實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，始終保持被測信號處于A/D轉(zhuǎn)換器的最 佳量程范圍內(nèi)，所以本實用新型消除了臨時改變增益所產(chǎn)生的電路穩(wěn)定時間，無需量程切 換，保證了采樣精度，擴大了動態(tài)范圍，提高了采樣速率，是一種利用模數(shù)聯(lián)和方法來擴大 采樣量程、提高靈敏度、保證高速采樣的數(shù)據(jù)采集裝置。[0013] 圖2所示是一個比較典型的交變信號，對該信號的采集步驟如下tl時刻，A點的 幅值為vl，假設(shè)通道1的增益適合該信號，則從A點開始，將通道1的轉(zhuǎn)換值作為信號采樣 值保存，通道2的轉(zhuǎn)換值不予采用。數(shù)據(jù)采集過程中，通道1的增益保持不變，而通道2的 增益則隨著信號不斷增大的趨勢而進行調(diào)整，使通道2的增益與信號的變化相匹配。在B 點，信號的幅值為v2，達到了通道1量程的閾值上限，因此，從B點開始，將通道2的轉(zhuǎn)換值 作為采樣值并保存，其增益保持不變；而通道1則作為空閑通道，其增益隨信號的增大而減 小，目的是保證信號經(jīng)過放大后仍處于A/D轉(zhuǎn)換器的合適量程范圍內(nèi)。在C點，信號達到最 大幅值v3，但沒有超過通道2設(shè)定的閾值上限，因此仍采用通道2實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。C點之后， 信號處于下降的趨勢，通道1的增益隨之進行調(diào)整，以保證信號經(jīng)放大器1放大后處于A/D 轉(zhuǎn)換的量程范圍內(nèi)。在D點，信號的幅值為v2，達到了通道2設(shè)定閾值的下限，則從D點開 始，利用通道1實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，而將通道2作為空閑通道，其增益隨信號的變化而進行預(yù)置， 為下次切換通道作好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求一種數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于該裝置包括初級放大調(diào)理電路、兩路并行程控放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字控制電路，所述初級放大調(diào)理電路的輸出端分別與兩路并行程控放大電路中的兩并行程控放大器的輸入端相連，所述兩個并行程控放大器的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的相應(yīng)輸入通道相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)字控制模塊相連，所述數(shù)字控制模塊讀取經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采樣數(shù)值并發(fā)出控制信號控制A/D轉(zhuǎn)換過程及改變程控放大器的增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述數(shù)字控制模塊由具有高速 數(shù)字處理能力的DSP組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊主要由高速高精度的A/D芯片組成，它可對多個通 道的模擬輸入同時進行A/D轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于對一路被測信號用兩路并 行設(shè)置的程控放大器進行放大，兩路程控放大器的電氣參數(shù)相同，增益可調(diào)。
專利摘要本實用新型涉及一種雙通道模數(shù)聯(lián)合型可變增益數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置包括初級放大調(diào)理電路、兩路并行放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字控制模塊，所述初級放大調(diào)理電路的輸出端分別與兩路并行程控放大電路中的兩并行程控放大器的輸入端相連，所述兩個并行程控放大器的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的相應(yīng)輸入通道相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)字控制模塊相連，所述數(shù)字控制模塊讀取經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采樣數(shù)值并發(fā)出控制信號控制A/D轉(zhuǎn)換過程及改變程控放大器的增益；該采集裝置可以提高測量的動態(tài)范圍和量程，保證了微弱信號及大量程信號的采樣精度，實現(xiàn)了高速、高精度的數(shù)據(jù)采集，比較適用于對未知大小且變化范圍比較大的模擬量的檢測。
文檔編號H03M1/54GK201682484SQ20102029605
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者余永健, 司東宏, 庫祥臣, 段明德, 薛玉君, 韓紅彪 申請人:河南科技大學(xué)