CN100357707C - 手持式多功能动态信号测试分析记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态信号测试分析记录仪器，它包括信号调理模块、使用RISC芯片组及WINCE操作系统的嵌入式计算机系统和智能电源管理模块，信号调理模块通过AMI120高速并行总线以DMA数据传输方式与嵌入式计算机系统进行通讯实时传输测试数据，由智能电源管理模块向嵌入式计算系统及信号调理模块进行电源供应，可实现远离外部电源的现场测试、移动检测。是一种高度集成的掌上测试仪器，提供触摸屏、按键等方便的操作使用方式，具备多通道、实时、同步并行采集分析处理记录动态信号的能力，具有高精度、宽动态范围、高稳定度、强抗干扰、低功耗等特点，设计了由模拟滤波和DSP数字滤波组合构成的动态信号数据采集所必须的高性能抗混滤波器。设置了USB、以太网口可方便地与外部设备通讯，信号测试功能通用，分析软件平台开放。

Description

手持式多功能动态信号测试分析记录仪

技术领域：本发明属于动态信号测试领域，尤其是涉及到一种携带方便、具有高环境适应性的动态信号测试分析记录系统。

背景技术：动态信号测试分析记录仪是对具有一定变化速率的物理量信号进行测试、分析处理和记录的测试仪器，广泛应用于国防科技、科研院所、鞑子院校、电力、冶金、石化、汽车工业、土木工程的科学试验、质量检验、故障诊断等场合，手持式的动态信号测试分析记录仪由于其轻巧、电池供电、使用方便，特别适用于现场实验及移动检测。目前，市场上的手持式动态信号测试分析记录仪产品都采用单片机技术构建成嵌入式系统，完成动态信号的测试、简单分析显示和存储，由于受单片机性能及所采用的技术的限制，市场上该类产品存在以下缺点：测试功能单一、通道数少(不超过2个同步采集通道)、信号范围窄，人机对话操作繁琐，显示功能简单，增加分析功能困难，实时分析处理能力不够，存储容量少不能长时间连续实时记录等问题。

发明内容：本发明的目的就是采用一种全新的设计思路，通过综合应用多项先进的模拟、数字电子技术、电源管理技术及嵌入式计算机软硬件技术和生产加工工艺，在手持式动态信号测试分析记录仪上实现了多通道(达5个同步测试通道)、多参数(振动、应变、压力、温度、转速等物理量)动态信号的高精度宽动态范围测试、多种功能的实时分析显示、测试数据大容量长时间实时连续传输存储的强大功能；通过嵌入式计算机硬件和软件构建的平台，可方便实现多行业应用软件的加载运行和升级，构成具有测试功能的通用性及分析处理能力的开放性的掌上动态信号测试分析记录系统，为恶劣现场、移动环境的试验、检测提供很大的便利。

本发明的目的是这样实现的：它包括信号调理模块、嵌入式计算机系统和智能电源管理模块，该嵌入式计算机系统包括由RISC核心芯片组及外围电路构成的硬件及WINCE操作系统和控制分析系统组成的软件，其特征在于：所述的信号调理模块将已经由传感器转化成电量的各种物理量信号进行转换、程控放大、滤波等调理成归一化信号进行数字化处理(A/D转换)，并通过AMI 120高速并行总线与所述的嵌入式计算机系统以DMA方式进行通讯，进行信号测试数据的实时传输，所述的嵌入式计算机系统及软件完成操作控制、数据实时分析处理显示及存储、智能电源管理控制，由所述的智能电源管理模块向所述的嵌入式计算系统、信号调理模块等各部分电路供应电源。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.高度集成的模块化设计，包括了动态信号测试仪所需的放大、A/D转换、模拟滤波和DSP实时数字滤波组合构成的高性能抗混滤波器等模块，测试功能通用性强；应用先进的FPGA芯片将控制电路高度集成来降低功耗提高可靠性、应用高分辨率24位A/D转换芯片达到宽动态范围，应用智能化电源管理技术加长仪器连续使用时间、延长电池使用寿命，结合电磁兼容抗干扰设计技术实现测试的高精度、高稳定性。

2.通过应用RISC核心芯片组及自主开发的计算机主板构成微型化、高性能、低功耗的嵌入式计算机系统，适用于手持式仪器；自主开发的基于WINCE操作系统及AMI120高速并行总线的DMA数据传输底部驱动程序，实时数据传输占用极少CPU资源，实现了多通道动态信号实时采集、传输、存储的同时进行实时数据分析、显示，并且可以长时间连续工作实现海量存储记录；采用高亮TFT LCD及触摸屏结合功能键构成多方式的人机对话以适应不同的使用环境，分析处理结果显示功能丰富、直观；配置通用USB接口可与PC机通讯完成数据备份、加载程序和设置参数以及构成功能更为强大的巡检系统。

3.通过嵌入式计算机技术与WINCE操作系统构成开放式平台，设置通用的USB接口和以太网口可以加载不同的分析应用软件以适用于多个行业的测试和分析处理，扩大了应用面，便于形成批量生产和规模销售。

附图说明：图1是本发明所述的手持式多功能动态信号测试分析记录仪的原理框图

1.信号调理模块    2.嵌入式计算机系统    3.智能电源管理模块

具体实施方式：从图1中可以看出，手持式多功能动态信号测试分析记录仪包括信号调理模块1，嵌入式计算机系统2，智能电源管理模块3。信号调理模块1通过AMI120总线与嵌入式计算机系统2进行通讯，由智能电源管理模块3向嵌入式计算系统2及信号调理模块1进行电源供应，嵌入式计算系统2对智能电源管理模块3进行管理，对信号调理模块1进行控制。在所述的信号调理模块1上设有程控放大器、A/D转换器、模拟滤波和DSP实时数字滤波组合构成的高性能抗混滤波器，最多可实现4通道动态信号及1通道转速信号(测温信号)的同步并行采样，实现了高度集成、高精度、高稳定度、高可靠性；在所述的嵌入式计算机系统2上设有使用RISC芯片组的嵌入式计算机主板、控制总线、数据总线和控制逻辑电路，TFT LCD、触摸屏、USB、以太网等接口、大容量电子盘(CF卡)、载有底部驱动程序、操作系统和应用软件的板载FLASH，并可加载各种应用分析软件以适应多行业的测试分析需要；在所述的智能电源管理模块3上设有充放电控制、电源供应、智能锂电池和外接电源等，可实现远离电源的现场测试、移动检测。

信号调理模块：采用模块化设计的硬件，多层线路板，选用最新低功耗模拟器件，采用表面贴片技术安装工艺，高度智能化一体控制，实现强抗干扰、高可靠、“傻瓜式”控制操作。设计了由模拟滤波和DSP实时数字滤波组合构成的动态信号数据采集所必须的高性能抗混滤波器。

智能电源管理：通过充放电控制模块、电源管理模块将智能锂电池、外接电源、车载电源、电源适配器实现智能化管理，加长了仪器连续工作时间，延长了电池组寿命。

嵌入式计算机系统：采用先进的RISC嵌入式计算机芯片组，自主设计了基于AMI120总线构架的高速测量数据传输接口及底部驱动程序和嵌入式计算机主板，实现微型化、低功耗以适用于手持式仪器。测试数据存放于海量(可达1G)CF卡中，连续记录的长度取决于CF卡中存储空间。通用USB接口、以太网口实现可以多种模式与外部系统通讯。

软件是基于WINDOWS CE嵌入式实时多任务操作系统设计动态信号测试分析应用软件，固化在板载FLASH中，由自主开发的嵌入式系统DMA数据传输底部驱动程序及WIN CE环境下的测试分析系列应用程序组成，可完成动态信号测试分析的参数设置、操作控制，时域、频域的常规数据信号处理分析，并且可以加载自主开发的旋转机械分析、现场动平衡软件等多种行业应用软件进行专用的信号测试分析。基于WINDOWS操作系统开发的行业应用分析软件可以方便地转化成WINCE应用程序并载入仪器，因此具有很强的开放性。

Claims (6)

1.一种手持式多功能动态信号测试分析记录仪，包括信号调理模块(1)、嵌入式计算机系统(2)和智能电源管理模块(3)，所述的信号调理模块(1)通过AMI120总线与嵌入式计算机系统(2)进行通讯，由智能电源管理模块(3)向嵌入式计算系统(2)及信号调理模块(1)进行电源供应，嵌入式计算系统(2)对智能电源管理模块(3)进行管理，对信号调理模块(1)进行控制；其特征在于：在所述的信号调理模块(1)中应用FPGA芯片集中控制，采用24位A/D转换芯片达到宽动态范围。

2.根据权利要求1所述的一种手持式多功能动态信号测试分析记录仪，其特征在于：在所述的嵌入式计算机系统(2)上设有使用RISC芯片组的嵌入式计算机主板、控制总线、数据总线和控制逻辑电路，TFT LCD、触摸屏、USB、以太网接口、大容量电子盘、载有底部驱动程序、操作系统和应用软件的板载FLASH。

3.根据权利要求1或2之一所述的一种手持式多功能动态信号测试分析记录仪，其特征在于：在所述的嵌入式计算机系统(2)中设有基于WINCE操作系统及AMI120高速并行总线的DMA数据传输底部驱动程序，实现了多通道动态信号实时采集、实时传输、实时存储的同时进行实时数据分析、显示。

4.根据权利要求1所述的一种手持式多功能动态信号测试分析记录仪，其特征在于：在所述的嵌入式计算机系统(2)中采用高亮TFTLCD及触摸屏结合功能键构成多方式的人机对话系统。

5.根据权利要求1所述的一种手持式多功能动态信号测试分析记录仪，其特征在于：在所述的信号调理模块(1)上设有程控放大器、A/D转换器及模拟滤波和DSP数字滤波组合构成的高性能抗混滤波器。

6.根据权利要求1所述的一种手持式多功能动态信号测试分析记录仪，其特征在于：在所述的智能电源管理模块(3)上设有充放电控制、电源供应、智能锂电池和外接电源。

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