CN100399369C - 网络化混凝土超声信号采集仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种网络化混凝土超声信号采集仪,包括一网络接口,该网络接口和可编程逻辑阵列CPLD相连,可编程逻辑阵列CPLD与存储器FIFO相连接,可编程逻辑阵列CPLD分别连接A/D转换器和D/A转换器,其中还包括多个放大器,该放大器与单端转差分电路相连,单端转差分电路与可变增益放大器相连,可变增益放大器与A/D转换器连接,存储器FIFO的容量是32K。本发明可以实现24个接收点同时接收信号,大大提高了检测效率和成像的精度,信号采集仪通过以太网与计算机进行通信,使得远程控制和传输成为现实。

Description

网络化混凝土超声信号采集仪
技术领域
本发明涉及一种混凝土超声信号采集仪,特别涉及网络化混凝土超声信号采集仪。
背景技术
目前,混凝土超声信号检测仪主要分为基于单片机的便携式超声信号采集仪和一体化微机控制混凝土超声采集仪两种。对于前者,通常是由单片机实现信号采集和处理工作,大多数的采集仪是通过串行接口RS232、RS485等进行通信的,由于串行通信传输距离短、抗干扰能力差,很难实现远程控制。对于后者来说,通常是在微机中内置A/D采集卡和信号处理电路来实现,因其体积、重量大,携带不便,对检测现场地形要求比较高,难以实现地形险要环境下的检测工作。另外,传统的混凝土超声信号采集仪只能实现单通,道或双通道的信号采集,且采样速率低,无法实现高速信号采集。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足,提供一种网络化混凝土超声信号采集仪,该监测仪工作效率高,体积小,能够实现远程控制和传输。
本发明的技术方案是这样实现的:本发明的包括一网络接口,该网络接口和可编程逻辑阵列CPLD相连,可编程逻辑阵列CPLD与存储器FIFO相连接,可编程逻辑阵列CPLD分别连接A/D转换器和D/A转换器,其中还包括多个放大器,该放大器与单端转差分电路相连,单端转差分电路与可变增益放大器相连,可变增益放大器与A/D转换器连接。
存储器FIFO的容量是32K。
本发明的优点在于:
1、24通道高速并行信号采集仪可以实现多通道同时进行数据采集,数据同步接收,大大提高了现场工作效率。此外,多通道同步接收可以保证数据采样的精度。
2、本发明采用可编程逻辑器件实现整个仪器的控制,仪器体积小、重量轻、携带方便。
3、通过以太网进行数据通信,传输速率快,可靠性高。
4、将仪器接入以太网,可以从网络的任何节点获取检测信息,实现检测信息的共享,此外也可通过网络将控制信息传送给现场的信号采集仪;
5、能够将地理位置分散的多台信号采集仪通过网络将其连接起来,集中管理,从而提高了设备的利用率,节省了人力、物力和财力。
附图说明
图1是本发明信号采集仪的总体结构原理图。
图2是本发明信号采集电路原理图。
图3是本发明网络接口电路原理图。
附图是本发明的具体实施例;
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参照图1所示,本发明中的信号采集仪由可编程逻辑阵列CPLD、网络接口、信号采集与存储阵列组成。网络接口和可编程逻辑阵列CPLD相连,信号采集与存储阵列共有24路通道,24路通道连接关系完全相同,在此叙述其中一条通道。接收模拟信号首先进入前置放大器,前置放大器连接单端转差分电路,单端转差分电路连接可变增益放大器,可变增益放大器连接AD转换器,AD转换器连接32K存储器FIFO,存储器FIFO连接可编程逻辑阵列CPLD。DA转换器为可变增益放大器提供增益控制,DA转换器分别连接可变增益放大器和可编程逻辑阵列CPLD,AD转换器连接可编程逻辑阵列CPLD。
其工作过程是将输入的模拟信号首先传送给放大器,为了避免单端信号容易受到外部电磁干扰的缺点,经过放大的模拟信号,通过单端转差分电路转变为差分信号。为了提高低量程灵敏度,使用可变增益放大器,对差分信号进行有选择的放大。经过一系列处理的差分信号符合A/D转换器的要求后,才进入A/D转换器进行A/D转换,转换后的数字信号被存储在存储器FIFO中等待计算机的读取。信号采集仪与计算机通过网络接口进行信息交换,计算机通过网络接口将配置和控制命令传送给可编程逻辑阵列CPLD,可编程逻辑阵列CPLD实现命令解析并发出控制信号,当可编程逻辑阵列CPLD接收到读取采样值的命令时,存储器FIFO中的数据通过数据线传送给可编程逻辑阵列CPLD,经过可编程逻辑阵列CPLD再传送给计算机;当可编程逻辑阵列CPLD接收到开始采集的命令时,可编程逻辑阵列CPLD产生发射换能器和AD转换的触发信号,信号采集与存储阵列开始采集数据并保存起来。
参照图2所示,接收的两路模拟信号通过J1分别传送给双通道放大器AD8616U1的输入端(5和3),插槽J1分别与放大器AD8616U1的电压输入端(6和8)相连,为其提供+2.5V和-2.5V的模拟电压。模拟信号经过放大器AD8616U1,从输入端3进入的信号由输出端1放大输出,从输入端5进入的信号由输出端7放大输出。为了避免单端信号带来的噪声,分别采用放大器TH4121U2和U6把从放大器AD8616U1输出的两路单端信号转换成差分信号,因为两路采集电路完全相同,所以下面仅介绍其中的一路。放大器AD8616U1的输出端与放大器TH4121U2的输入端8相连,经过放大器TH4121U2后,信号由单端变为差分信号,放大器TH4121U2的输出端4和5分别输出高低电压,放大器TH4121U2的输出端4和5分别与可变增益放大器AD8330U3的输入端4和5相连,可变增益放大器AD8330U3具有的两种增益模式使得增益范围可达-30dB~70dB,一种增益模式是通过改变加在引脚VDBS的电压值调节放大倍数;另一种是通过引脚VMAG重新配置基本增益范围。可变增益放大器AD8330U3的引脚VDBS与J1的引脚18相连,引脚VMAG与J1的引脚19相连,主板上控制器通过J1,对引脚VDBS和VMAG进行配置。差分信号通过放大后,由可变增益放大器AD8330U3的输出端引脚13和引脚12输出,引脚13与AD转换器AD9235U4的输入端9相连,引脚12与AD转换器AD9235U4的输入端10相连。AD转换器AD9235U4的分辨率为12位,采样率最大可到每秒20M采样点。由于A/D采样速率高,且为多通道并行,而以太网传输带宽有限,A/D转换后的数据不能实时上传给远程计算机,所以本电路采用深度32K的存储器IDT72V275U5暂存数据,待一次采集完成后再依次通过网络接口传给远程计算机。模拟信号通过AD转换器AD9235U4的AD转换,变成12位的数字信号,由AD转换器AD9235U4的输出端D0~D11输出,AD转换器AD9235U4的输出端D0~D11与存储器IDT72V275U5的输入端D0~D11相连。存储器IDT72V275U5是先进先出型存储器,采集到的数字信号暂存在存储器IDT72V275U5中,当一次采集完成后,由存储器IDT72V275U5的输出端Q0~Q11输出,Q0~Q11与插槽J1通过插槽J1输出至主板上控制器。存储器IDT72V275U5的输入引脚64与插槽J1相连,为存储器IDT72V275U5提供写控制逻辑。存储器IDT72V275U5的输入引脚52与插槽J1相连,为存储器IDT72V275U5提供读控制逻辑。存储器IDT72V275U5的输入引脚62与插槽J1的相连,为存储器IDT72V275U5提供复位信号。存储器IDT72V275U5的输入引脚51和49与插槽J1相连,分别为存储器IDT72V275U5提供读允许控制信号和存储器使能控制信号。
参照图3所示,网络接口采用Ubicom公司的网络处理器IP2022U10,它通过两个全双工串行器/解串器,能直接与各种常用网络接口相连。能够实现片内10Base-T以太网、USB、以及其它各种快速串行协议。通过串口转换电路MAX3232U12将网络处理器IP2022U10内一个串行/解串器转换成标准的RS232接口COM1,网络处理器IP2022U10的引脚44和46分别与串口转换电路MAX3232U12的引脚12和11连接,串口转换电路MAX3232U12的引脚13和14分别与RS232接口COM1的2和3连接,RS232接口COM1的引脚5接地。在网络处理器IP2022U10单芯片上,I/O口工作电压是3.3V,而以太网接口需要的电压是5V,为了使两端的电压匹配,在以太网接口部分中接入一个5V的CMOS缓冲器74AHC04U11,后接内置以太网变压器的RJ45接口LF1S021T1。网络处理器IP2022U10的OSC1和OSC2之间连接4.8M有源晶振。

Claims (2)

1.网络化混凝土超声信号采集仪,包括一网络接口,其特征在于,该网络接口和可编程逻辑阵列CPLD相连,可编程逻辑阵列CPLD与存储器FIFO相连接,可编程逻辑阵列CPLD分别连接A/D转换器和D/A转换器,其中还包括多个放大器,该放大器与单端转差分电路相连,单端转差分电路与可变增益放大器相连,可变增益放大器与A/D转换器连接。
2.根据权利要求1所述的网络化混凝土超声信号采集仪,其特征在于,存储器FIFO的容量是32K。
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