專利名稱：一種動態(tài)信號采集處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號采集處理裝置，特別是一種適用于工程安全監(jiān)測的動態(tài)信號采 集處理裝置。
背景技術(shù)：
水電大壩等水工建筑物的安全運行是關(guān)系到國計民生的大事，因此在水工建筑物的 建設(shè)期間在其表面和內(nèi)部安裝埋設(shè)了大量的傳感器進行結(jié)構(gòu)性態(tài)的監(jiān)測，對建筑物的安 全運行進行實時監(jiān)控。由于水工建筑物結(jié)構(gòu)特點，其自振頻率很低，對有害振動反映緩 慢，加上動態(tài)監(jiān)測儀表系統(tǒng)的研制的滯后，以往的監(jiān)測系統(tǒng)都是靜態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測 結(jié)果不能反映結(jié)構(gòu)在強迫振動等工況時的動態(tài)變化特征，而水電大壩的運行過程實際是 一個動態(tài)的過程，尤其在洪水、地震以及水位、水流急劇變化時，其動態(tài)特性更為重要， 此時靜態(tài)觀測往往不易捕捉到諸多不利的數(shù)據(jù)，致使觀測結(jié)果不能準(zhǔn)確反映大壩的真實 變化，影響決策的準(zhǔn)確性與及時性，在大壩的安全運行中產(chǎn)生不可忽視的安全隱患，甚 至造成潰壩。目前水電大壩等水工建筑物內(nèi)埋設(shè)的傳感器一般為差動電阻式傳感器，一 般采用便攜式采集儀表逐點進行監(jiān)測，或采用自動化監(jiān)測設(shè)備進行自動巡檢，采樣頻率 最高為分鐘級，無法進行動態(tài)信號采樣，其采樣分辨率和精度都較低，不便于現(xiàn)場移動 觀測，不能自動記錄，不能適應(yīng)大量數(shù)據(jù)處理存儲的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種動態(tài)信號采集處理裝置，它便于攜帶，能對 傳感器的信號進行實時采集，采樣分辨率和精度高，能自動處理并存儲大量數(shù)據(jù)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種動態(tài)信號采集處理裝置包括傳 感器、動態(tài)信號采集儀和計算機；
所述的動態(tài)信號采集儀中，儀表放大器連接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接單片機；
所述的傳感器與儀表放大器連接；
所述的計算機與單片機連接。
所述的傳感器為差動電阻式傳感器。差動電阻式傳感器是利用鋼絲變形以及溫度變 化使其電阻產(chǎn)生相應(yīng)變化的原理制成的。鋼絲長度變化與鋼絲電阻變化是線性的，同時 鋼絲電阻值隨其溫度的變化也可近似認為是線性的。當(dāng)傳感器受到外界的拉壓而變形 時， 一根鋼絲受拉，其電阻增加，另一根鋼絲受壓，其電阻減少，而總電阻基本不變， 測量兩根鋼絲的電阻比值，就可以求得儀表變形。由于兩根鋼絲的電阻在承受變形時差動變化，提高了儀表的靈敏度，并且使變形引起的電阻變化不影響溫度測量。溫度變化 引起兩根鋼絲的電阻變化是同方向的，即溫度升高時兩根鋼絲的電阻都增加，溫度降低 時，兩根鋼絲的電阻都減少，因此測量兩根鋼絲的串聯(lián)電阻，就可以求得儀表感受的外 界溫度。
所述的傳感器的電源電路為恒流源電路。 所述的恒流源電路的電流為1mA，恒流精度為0.1%。 所述的A/D轉(zhuǎn)換器中設(shè)有抗混濾波器。 所述的A/D轉(zhuǎn)換器為24位105K A/D轉(zhuǎn)換器。 所述的單片機與計算機的1394通訊接口連接。 所述的動態(tài)信號采集處理裝置的采樣頻率為10Hz 200Hz。 本發(fā)明提供的有益效果如下
1、 利用計算機的1394接口進行實時數(shù)據(jù)傳送，實現(xiàn)了熱拔插和即插即用，極大地 滿足了對便攜式儀表和采樣速度的要求，測試系統(tǒng)不僅可在實驗室使用，也可方便地應(yīng) 用于野外現(xiàn)場；
2、 通過A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)了多通道并行同步采樣，使通道間無串?dāng)_影響，采樣速率 不受通道數(shù)的限制，并且大大提高了采樣速率和裝置的抗干擾能力，采樣頻率為10Hz 200Hz， A/D轉(zhuǎn)換器中包含的抗混濾波器可對信號做抗混濾波，提高了傳遞特性；
3、 采用恒流源電路給被測試電阻供電，通過電壓測量電路測量傳感器內(nèi)部兩個電 阻阻值和電阻比，可消除傳感器外接電纜電阻的影響，釆樣精度高；
4、 利用計算機的存儲硬盤，可實現(xiàn)長時間實時、無間斷記錄數(shù)據(jù)；
5、 使用計算機對實時采集的數(shù)據(jù)進行分析，可過濾掉無用數(shù)據(jù)，大幅度減少存儲 的數(shù)據(jù)量。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。 圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明的電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括傳感器l、動態(tài)信號采集儀2和計算機3; 所述的動態(tài)信號采集儀2中，儀表放大器4連接A/D轉(zhuǎn)換器5， A/D轉(zhuǎn)換器5連接 單片機6;
所述的傳感器1與儀表放大器4連接； 所述的計算機3與單片機6連接。 所述的傳感器1為差動電阻式傳感器。 所述的傳感器1的電源電路為恒流源電路。所述的傳感器1的電源電路的恒流源電流為lmA，恒流精度為0. 1%。 所述的A/D轉(zhuǎn)換器5中設(shè)有抗混濾波器。
所述的A/D轉(zhuǎn)換器5為24位，采樣速率為105K，分辨率為1/224，主要功能是將兩 個儀表放大器的輸出做除法(見下述式l，式2)并做抗混濾波。 所述的單片機6與計算機3的1394通訊接口連接。 所述的動態(tài)信號采集處理裝置的采樣頻率為10Hz 200Hz。
本發(fā)明采用恒流源電路給傳感器l中的被測試電阻供電，通過電壓測量電路測量傳 感器1內(nèi)部兩個電阻的阻值和和電阻比，再通過儀表放大器4對傳感器信號進行放大， 達到A/D轉(zhuǎn)換器5的輸入范圍后，通過A/D轉(zhuǎn)換器5實現(xiàn)動態(tài)同步采集，然后通過單片 機6將A/D轉(zhuǎn)換器5輸出的信號經(jīng)1394通訊接口傳輸?shù)接嬎銠C3，然后通過計算機3 中的軟件采出有效數(shù)據(jù)。
圖2中，每組儀器2通道，l通道測試總電阻，2通道測試電阻比。
VI為第一通道傳感器電阻值產(chǎn)生的電壓值
n = ^^ 23
100
V2為第二通道傳感器電阻比產(chǎn)生的電壓值
/ 2 5
當(dāng)修正系數(shù)a-l，第一通道靈敏度為25，第二通道靈敏度為2000時 電阻值
電阻比
Z =——xa
本發(fā)明的計算機3中所用的數(shù)據(jù)過濾軟件的功能如下-
1、 文件管理:包括數(shù)據(jù)文件的打開，數(shù)據(jù)文件的更名備份，選定曲線數(shù)據(jù)按文本格式 和數(shù)據(jù)庫格式保存,選定曲線按位圖格式保存，最近常用數(shù)據(jù)文件的管理等功能。
2、 采樣條件設(shè)置:包括采樣速率和采樣過程顯示通道的設(shè)置；
3、 采樣控制:包括啟動采樣、暫停釆樣和結(jié)束采樣功能；
4、 數(shù)據(jù)曲線顯示功能:包括數(shù)據(jù)曲線顯示，曲線特征值和曲線上任一點,對應(yīng)值的顯 示，還包括對曲線進行移動、壓縮與擴展等功能；5、 打印功能:包括選定曲線、該段曲線特征值以及選定數(shù)據(jù)的打印功能；
6、 軟件實時性好，采樣過程中可以動態(tài)開設(shè)或關(guān)閉窗口，動態(tài)切換或增減顯示通道， 動態(tài)設(shè)置其顯示方式；
7、 具有良好的可移植性、可擴充性和可升級性，提供了與office軟件的接口功能 將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成文本文件(.txt文件)、Excel表格文件(.xls文件)、Access數(shù)據(jù) 庫文件(.mdb文件)及與功能強大的分析處理軟件Matlab的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能。
8、 軟件中須對采集的數(shù)據(jù)進行過濾，方法為軟件中設(shè)定固定采樣間隔時間和數(shù)據(jù) 存盤閥值(上下限值)兩個參數(shù)，以首次采樣時間為參考時間，此時采集數(shù)據(jù)即為參考 值，以后所有采樣數(shù)據(jù)都必須與前一參考值進行比較，如超出所設(shè)定上下限值，則將采 樣數(shù)據(jù)存盤，同時將當(dāng)前的采樣時間也存盤；如未超出所設(shè)定的上下限，則采樣數(shù)據(jù)丟 棄。但當(dāng)設(shè)定的固定時間間隔到，則采集的數(shù)據(jù)不論是否超出設(shè)定閥值均進行保存，這 樣周而復(fù)始進行采集。
本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo)如下
1、 適用的橋臂電阻范圍20歐姆 50歐姆；
2、 電阻比精度優(yōu)于0.0001;
3、 電阻測試有效誤差不超過0.03歐姆；
4、 采樣速率最大200Hz可調(diào)；
5、 存貯深度由計算機剩余硬盤空間容量決定；
6、 電源內(nèi)置高性能鋰電池組，可連續(xù)工作8小時。
權(quán)利要求
1、一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于它包括傳感器(1)、動態(tài)信號采集儀(2)和計算機(3)；所述的動態(tài)信號采集儀(2)中，儀表放大器(4)連接A/D轉(zhuǎn)換器(5)，A/D轉(zhuǎn)換器(5)連接單片機(6)；所述的傳感器(1)與儀表放大器(4)連接；所述的計算機(3)與單片機(6)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的傳感器(1)為差動電阻式傳感器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的傳感器(1)的電源電路為恒流源電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的恒流 源電路的電流為lmA，恒流精度為0.1%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的A/D 轉(zhuǎn)換器(5)中設(shè)有抗混濾波器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的 A/D轉(zhuǎn)換器(5)為24位105K A/D轉(zhuǎn)換器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的單片 機(6)與計算機(3)的1394通訊接口連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)信號采集處理裝置，其特征在于所述的動態(tài) 信號采集處理裝置的采樣頻率為10Hz 200Hz。
全文摘要
一種動態(tài)信號采集處理裝置包括傳感器、動態(tài)信號采集儀和計算機；所述的動態(tài)信號采集儀中，儀表放大器連接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接單片機；所述的傳感器與儀表放大器連接；所述的計算機與單片機連接。所述的傳感器為差動電阻式傳感器；所述的傳感器的電源電路為恒流源電路。本發(fā)明是主要針對工程安全監(jiān)測常用的差動電阻式傳感器的動態(tài)信號采集而設(shè)計出專用的動態(tài)信號采集處理裝置，它的動態(tài)采樣頻率為10Hz～200Hz，可根據(jù)需要在量程范圍進行設(shè)定，便于攜帶，能對傳感器的信號進行實時采集，采樣分辨率和精度高，能自動處理并存儲大量數(shù)據(jù)。
文檔編號G01K7/16GK101598528SQ20091006295
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者譚愷炎, 陳軍琪 申請人:葛洲壩集團試驗檢測有限公司