CN110032126B - 一种多通道应变信号同步采集系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种多通道应变信号同步采集系统与方法属于电子技术测量领域；该系统包括电压基准比例变换电路，程控设置模块，驱动电路，惠斯通应变电桥，放大电路，抗混叠滤波电路，A/D同步采集电路，隔离模块和微处理器系统；电压基准比例变换电路的电压通过程控设置模块提供给驱动电路，驱动电路驱动惠斯通应变电桥将应变信号通过放大电路和抗混叠滤波电路进行放大滤波，再通过A/D同步采集电路和数字隔离将模拟信号转换为数字信号，最后通过SPI接口传输给微处理器系统进行处理；本发明提出的多通道应变信号驱动电路及A/D模数同步转换构架，无需各通道之间的电气隔离，无需多个模数转换芯片，无需扩展的转换数据存储与传输电路，减少了尺寸，节约了成本。
Description
技术领域
本发明一种多通道应变信号同步采集系统与方法属于电子技术测量领域。
背景技术
在生产生活及科学研究中，经常需要实时测量重量、压力、振动等物理参数，而且需要同步采集多点的实时信息以便进行计量或信号的时域及频域的分析，例如对大型桥梁的监测，需要同时采集多点的振动信号来分析交通流量的分布，桥梁的共振频率，楼宇的监测也是如此，要监测其振动，分析其物理特性。
传统多通道应变信号同步采集装置如图1所示，从图1中能够看出，由于各惠斯通应变电桥阻值的离散性，为保证高精度测量，每个通道都需要一个独立的A/D及完整的惠斯通应变电桥信号调理电路，还需要构建专门的转换数据传输链接电路，因此电路比较复杂，成本也比较高，物理尺寸也比较大。
为解决传统的多通道应变信号同步采集系统的问题，本发明提出了一种多通道应变信号同步采集系统。
发明内容
针对传统多通道应变信号同步采集装置电路复杂，成本高，物理尺寸大的问题，本发明公开了一种多通道应变信号同步采集系统，并公开了一种多通道应变信号同步采集方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种多通道应变信号同步采集系统，包括电压基准比例变换电路，程控设置模块，驱动电路，惠斯通应变电桥，放大电路，抗混叠滤波电路，A/D同步采集电路，隔离模块和微处理器系统；
电压基准比例变换电路的电压通过程控设置模块提供给驱动电路，驱动电路驱动惠斯通应变电桥将应变信号通过放大电路和抗混叠滤波电路进行放大滤波，再通过A/D同步采集电路和数字隔离将模拟信号转换为数字信号，最后通过SPI接口传输给微处理器系统进行处理。
上述多通道应变信号同步采集系统，所述电压基准比例变换电路包括电压基准，降噪滤波电路和逻辑电路；
所述电压基准采用ADR02、ADR4550、REF5050或其他兼容基准芯片；
所述降噪滤波电路通过对电压基准进行降噪滤波，输出5V基准电压；
所述逻辑电路包括U3芯片、U4芯片、U5芯片和3×8电阻网络；所述U3芯片、U4芯片和U5芯片均为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片，U3芯片-B的同相输入端连接降噪滤波电路的输出端，U3芯片-B的反相输入端定义为VP4，连接U3芯片-B的输出端，U3芯片-B的输出端连接电阻网络第一列的左侧；U3芯片-A的同相输入端接地，U3芯片-A的反相输入端连接电阻网络第四列和第五列交界，U3芯片-A的输出端定义为VN4，连接电阻网络第八列的右侧；U4芯片-A的同相输入端连接电阻网络第三列和第四列交界，U4芯片-A的反相输入端连接U4芯片-A的输出端，定义为VP1；U4芯片-B的同相输入端连接电阻网络第二列和第三列交界，U4芯片-B的反相输入端连接U4芯片-B的输出端，定义为VP2；U5芯片-A的同相输入端连接电阻网络第六列和第七列交界，U5芯片-A的反相输入端连接U5芯片-A的输出端，定义为VN2；U5芯片-B的同相输入端连接电阻网络第五列和第六列交界，U5芯片-B的反相输入端连接U5芯片-B的输出端，定义为VN1。
上述多通道应变信号同步采集系统，所述驱动电路和惠斯通应变电桥构成惠斯通应变电桥驱动电路，如下：
包括双四选一模拟开关U1i芯片，所述U1i芯片的X0端口连接AGND，X1端口连接VP1，X2端口连接VP2，X3端口连接VP4，Y0端口连接AGND，Y1端口连接VN1，Y2端口连接VN2，Y3端口连接VN4，X端口连接U2i芯片-A的同相输入端，Y端口连接U2i芯片-B的同相输入端，A端口定义为SETAi，B端口定义为SETBi，所述A端口和B端口均连接微处理器系统；所述双四选一模拟开关U1i芯片为74HC4052、ADG659或ADG409，所述U2i芯片为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片；
所述U2i芯片-A的反相输入端定义为SNi+，输出端通过电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过电阻连接+9V电源，第一三极管的发射极定义为EXi+，与SNi+连接；U2i芯片-B的反相输入端定义为SNi-，输出端通过电阻连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过电阻连接-9V电源，第二三极管的发射极定义为EXi-，与SNi-连接；
所述U2i芯片为运算放大器芯片，U2i芯片-A和U2i芯片-B分别接成电压跟随器；
所述惠斯通应变电桥由四个电阻构成，其中一个对角线分别定义为AIi+和AIi-，另一个对角线分别定义为SNi+和SNi-。
上述多通道应变信号同步采集系统，所述放大电路包括Ui3芯片，所述Ui3芯片为零漂移运算放大器芯片，采用OPA2187、ADA4522-2或其他性能相近的零漂移双运放芯片；
Ui3芯片-A的同相输入端定义为AIi+，Ui3芯片-A的反相输入端定义为VOPi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri1连接Ui3芯片-A的输出端；
Ui3芯片-B的同相输入端定义为AIi-，Ui3芯片-B的反相输入端定义为VONi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri2连接Ui3芯片-B的输出端；
Ui3芯片-A的反相输入端和Ui3芯片-B的反相输入端之间通过四个电阻并联构成的电阻网络Ri3连接。
以上多通道应变信号同步采集系统，相同定义的引脚或端口连接在一起。
一种用于多通道应变信号同步采集系统的电压基准比例变换电路，包括电压基准，降噪滤波电路和逻辑电路；
所述电压基准采用ADR02、ADR4550、REF5050或其他兼容基准芯片；
所述降噪滤波电路通过对电压基准进行降噪滤波，输出5V基准电压；
所述逻辑电路包括U3芯片、U4芯片、U5芯片和3×8电阻网络；所述U3芯片、U4芯片和U5芯片均为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片，U3芯片-B的同相输入端连接降噪滤波电路的输出端，U3芯片-B的反相输入端定义为VP4，连接U3芯片-B的输出端，U3芯片-B的输出端连接电阻网络第一列的左侧；U3芯片-A的同相输入端接地，U3芯片-A的反相输入端连接电阻网络第四列和第五列交界，U3芯片-A的输出端定义为VN4，连接电阻网络第八列的右侧；U4芯片-A的同相输入端连接电阻网络第三列和第四列交界，U4芯片-A的反相输入端连接U4芯片-A的输出端，定义为VP1；U4芯片-B的同相输入端连接电阻网络第二列和第三列交界，U4芯片-B的反相输入端连接U4芯片-B的输出端，定义为VP2；U5芯片-A的同相输入端连接电阻网络第六列和第七列交界，U5芯片-A的反相输入端连接U5芯片-A的输出端，定义为VN2；U5芯片-B的同相输入端连接电阻网络第五列和第六列交界，U5芯片-B的反相输入端连接U5芯片-B的输出端，定义为VN1。
一种用于多通道应变信号同步采集系统的惠斯通应变电桥驱动电路，
包括U1i芯片，所述U1i芯片的X0端口连接AGND，X1端口连接VP1，X2端口连接VP2，X3端口连接VP4，Y0端口连接AGND，Y1端口连接VN1，Y2端口连接VN2，Y3端口连接VN4，X端口连接U2i芯片-A的同相输入端，Y端口连接U2i芯片-B的同相输入端，A端口定义为SETAi，B端口定义为SETBi，所述A端口和B端口均连接微处理器系统；所述双四选一模拟开关U1i芯片为74HC4052、ADG659或ADG409，所述U2i芯片为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片；
所述U2i芯片-A的反相输入端定义为SNi+，输出端通过电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过电阻连接+9V电源，第一三极管的发射极定义为EXi+，与SNi+连接；U2i芯片-B的反相输入端定义为SNi-，输出端通过电阻连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过电阻连接-9V电源，第二三极管的发射极定义为EXi-，与SNi-连接；
所述U2i芯片为运算放大器芯片，U2i芯片-A和U2i芯片-B分别接成电压跟随器；
所述惠斯通应变电桥由四个电阻构成，其中一个对角线分别定义为AIi+和AIi-，另一个对角线分别定义为SNi+和SNi-。
一种用于多通道应变信号同步采集系统的放大电路，包括Ui3芯片，所述Ui3芯片为零漂移运算放大器芯片，采用OPA2187、ADA4522-2或其他性能相近的零漂移双运放芯片；
Ui3芯片-A的同相输入端定义为AIi+，Ui3芯片-A的反相输入端定义为VOPi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri1连接Ui3芯片-A的输出端；
Ui3芯片-B的同相输入端定义为AIi-，Ui3芯片-B的反相输入端定义为VONi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri2连接Ui3芯片-B的输出端；
Ui3芯片-A的反相输入端和Ui3芯片-B的反相输入端之间通过四个电阻并联构成的电阻网络Ri3连接。
一种多通道应变信号同步采集方法，上电后包括以下步骤：
步骤a、初始化，将惠斯通应变电桥驱动电压设为零，微处理器系统读取组态和标定参数，设置A/D同步采集电路的采样率和增益；
步骤b、惠斯通应变电桥状态检查，分步提升惠斯通电桥的驱动电压，检查惠斯通应变电桥的输出信号是否随所述驱动电压成比例的变化，以此判断电桥工作是否正常，如果：
惠斯通应变电桥的输出信号不随所述驱动电压成比例的变化，则进行提示；
惠斯通应变电桥的输出信号随所述驱动电压成比例的变化，则进入步骤c；
步骤c、网口通讯识别，检查微处理器系统是否能网口通讯，如果：
是，微处理器系统处于网口通讯状态下采集数据；
否，进入步骤d；
步骤d、串口通讯识别，检查微处理器系统是否能串口通讯，如果：
是，微处理器系统处于串口通讯状态下采集数据；
否，进入步骤e；
步骤e、USB通讯识别，检查微处理器系统是否能USB通讯，如果：
是，微处理器系统处于USB通讯状态下采集数据；
否，进入步骤f；
步骤f、U盘识别，检查USB接口是否接有U盘，如果：
是，按照U盘里的配置文件的模式进行数据采集，并将数据根据规定的格式进行存储；
否，微处理器系统处于空闲状态；
在以上步骤中，根据U盘配置进行同步信号采集为无人值所采集模式；利用通讯接口进行同步信号采集为实时采集模式。
一种多通道应变信号同步采集方法，包括参数标定方法和数据采集处理方法；
所述参数标定方法根据不同量程，利用模拟校准器提供输入信号，外部用满足精度要求的数字万用表和纳伏表对所述输入信号正负两端进行监测，在特定的温度下，对每个通道的每个量程进行零点和增益的校准；具体如下：
步骤a：调整模拟校准器输出为零，测得输入信号正负两端的电压，读取A/D同步采集电路输出值N0，用电压表监视驱动电压；
步骤b：调整模拟校准器输出为满度，测得输入信号正负两端的电压，读取A/D同步采集电路输出值N1，用电压表监视驱动电压；
利用电压表两次测得的驱动电压求出该通道的零点和增益；
所述数据采集处理方法在在当前温度的上、下找出两点，根据线性插值的方法，计算出当前温度下特定通道特定驱动电压范围下的增益和零点范围参数。
有益效果：
第一、本发明多通道应变信号同步采集系统无需各个通道间电气隔离，降低成本的同时减小了电路结构的复杂度；ADC基准比例变换后的信号主动驱动惠斯通应变电桥，减小基准噪声的同时实现了惠斯通应变电桥的自检和低功耗；用普通的低温漂电阻大大降低成本的同时提高了测量准确度；采用与USB接口兼容的5VDC供电模式，实现了室内与野外环境的兼容，实现了实时传输和U盘存储的兼容。
第二、本发明采用独立的参考电压作为A/D同步采集电路的转换基准，该参考电压经多档位比例变换后作为惠斯通应变电桥的驱动信号，可以根据应变信号的量程自动调整惠斯通应变电桥的驱动电压，也可在上电时对惠斯通应变电桥进行自检，还可以单独设置若干通道惠斯通应变电桥的电源电压为零以降低功耗。
第三、本发明采用了一种主动式惠斯通电桥驱动电路结构。电桥的驱动电源源于双极性对称信号，可消除共模干扰；电桥的驱动信号经各功率放大器缓冲输出后驱动惠斯通应变电桥，既保证了各惠斯通应变电桥的驱动电压幅值相同，又防止了通道间的惠斯通应变电桥电源的串扰；惠斯通电桥驱动电路采用差动输出模式，其每个输出端都用一个三极管提高驱动能力，其对应应变电桥工作点的电位等于电压跟随器同相端设置的电位，消除了引线电阻的误差；差分驱动电压采用低端固定，高端可统一设置为0、Vref、2Vref、4Vref，所述Vref为ADC基准，从而可以实现通道的省电工作模式和自诊断。
第四、A/D同步采集电路具有单数据线SPI接口，微处理器可以直接采用其SPI与ADC通讯，无需额外增加转换数据传输链接电路，这样可以降低对微处理器系统时钟的要求，相对提高多通道应变信号同步采集的数据传输速度。
第五、A/D同步采集电路的同步采样速度不低于32KSPS，满足振动应变信号和动态称重信号的同步采集速度要求，其转换结果为单数据线的SPI数据传输模式，与微处理器的接口无缝衔接，无需扩展的转换数据存储与传输电路，简化了数字系统的电路。
第六、采用批量同批次普通低温漂贴片电阻的串并组合作为信号放大单元的增益设置，加以零漂移运算放大器实现信号放大功能，在大大降低成本的同时保持了信号采集的极佳温度稳定性，基准比例变换也同样采用批量同批次普通低温漂贴片电阻的串并组合，再结合零漂移运算放大器，在降低成本的同时还保证了电压基准的稳定性。
附图说明
图1是传统多通道应变信号同步采集装置总体框图。
图2是本发明多通道应变信号同步采集系统总体框图。
图3是本发明电压基准比例变换电路原理图。
图4是本发明惠斯通应变电桥驱动电路原理图。
图5是本发明放大电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例是多通道应变信号同步采集系统实施例。
本实施例的多通道应变信号同步采集系统，如图2所示，该多通道应变信号同步采集系统包括电压基准比例变换电路，程控设置模块，驱动电路，惠斯通应变电桥，放大电路，抗混叠滤波电路，A/D同步采集电路，隔离模块和微处理器系统；
电压基准比例变换电路的电压通过程控设置模块提供给驱动电路，驱动电路驱动惠斯通应变电桥将应变信号通过放大电路和抗混叠滤波电路进行放大滤波，再通过A/D同步采集电路和数字隔离将模拟信号转换为数字信号，最后通过SPI接口传输给微处理器系统进行处理；
在本实施例中，
A/D同步采集电路选用ADS131A0X系列，其中，X分别为4、6或8，分别表示四通道、六通道和八通道同步采样；
隔离模块采用ADUM1400和ADUM1401数字逻辑隔离芯片。
具体实施例二
本实施例是多通道应变信号同步采集系统实施例。
本实施例的多通道应变信号同步采集系统，在具体实施例一的基础上，进一步限定所述电压基准比例变换电路包括电压基准，降噪滤波电路和逻辑电路，如图3所示；
所述电压基准采用ADR02、ADR4550、REF5050或其他兼容基准芯片；
所述降噪滤波电路通过对电压基准进行降噪滤波，输出5V基准电压；
所述逻辑电路包括U3芯片、U4芯片、U5芯片和3×8电阻网络；所述U3芯片、U4芯片和U5芯片均为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片，U3芯片-B的同相输入端连接降噪滤波电路的输出端，U3芯片-B的反相输入端定义为VP4，连接U3芯片-B的输出端，U3芯片-B的输出端连接电阻网络第一列的左侧；U3芯片-A的同相输入端接地，U3芯片-A的反相输入端连接电阻网络第四列和第五列交界，U3芯片-A的输出端定义为VN4，连接电阻网络第八列的右侧；U4芯片-A的同相输入端连接电阻网络第三列和第四列交界，U4芯片-A的反相输入端连接U4芯片-A的输出端，定义为VP1；U4芯片-B的同相输入端连接电阻网络第二列和第三列交界，U4芯片-B的反相输入端连接U4芯片-B的输出端，定义为VP2；U5芯片-A的同相输入端连接电阻网络第六列和第七列交界，U5芯片-A的反相输入端连接U5芯片-A的输出端，定义为VN2；U5芯片-B的同相输入端连接电阻网络第五列和第六列交界，U5芯片-B的反相输入端连接U5芯片-B的输出端，定义为VN1。
具体实施例三
本实施例是多通道应变信号同步采集系统实施例。
本实施例的多通道应变信号同步采集系统，在具体实施例一的基础上，进一步限定所述驱动电路和惠斯通应变电桥构成惠斯通应变电桥驱动电路，如图4所示，如下：
包括双四选一模拟开关U1i芯片，所述U1i芯片的X0端口连接AGND，X1端口连接VP1，X2端口连接VP2，X3端口连接VP4，Y0端口连接AGND，Y1端口连接VN1，Y2端口连接VN2，Y3端口连接VN4，X端口连接U2i芯片-A的同相输入端，Y端口连接U2i芯片-B的同相输入端，A端口定义为SETAi，B端口定义为SETBi，所述A端口和B端口均连接微处理器系统；所述双四选一模拟开关U1i芯片为74HC4052、ADG659或ADG409，所述U2i芯片为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片；
所述U2i芯片-A的反相输入端定义为SNi+，输出端通过电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过电阻连接+9V电源，第一三极管的发射极定义为EXi+，与SNi+连接；U2i芯片-B的反相输入端定义为SNi-，输出端通过电阻连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过电阻连接-9V电源，第二三极管的发射极定义为EXi-，与SNi-连接；
所述U2i芯片为运算放大器芯片，U2i芯片-A和U2i芯片-B分别接成电压跟随器；
所述惠斯通应变电桥由四个电阻构成，其中一个对角线分别定义为AIi+和AIi-，另一个对角线分别定义为SNi+和SNi-。
具体实施例四
本实施例是多通道应变信号同步采集系统实施例。
本实施例的多通道应变信号同步采集系统，在具体实施例一的基础上，进一步限定所述放大电路如图5所示，包括Ui3芯片，所述Ui3芯片为零漂移运算放大器芯片，采用OPA2187、ADA4522-2或其他性能相近的零漂移双运放芯片；
Ui3芯片-A的同相输入端定义为AIi+，Ui3芯片-A的反相输入端定义为VOPi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri1连接Ui3芯片-A的输出端；
Ui3芯片-B的同相输入端定义为AIi-，Ui3芯片-B的反相输入端定义为VONi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri2连接Ui3芯片-B的输出端；
Ui3芯片-A的反相输入端和Ui3芯片-B的反相输入端之间通过四个电阻并联构成的电阻网络Ri3连接。
具体实施例五
本实施例是多通道应变信号同步采集系统实施例。
本实施例的多通道应变信号同步采集系统，在具体实施例一、具体实施例二、具体实施例三或/和具体实施例四的基础上，进一步限定相同定义的引脚或端口连接在一起。
具体实施例六
本实施例是一种用于多通道应变信号同步采集系统的电压基准比例变换电路实施例。
本实施例的用于多通道应变信号同步采集系统的电压基准比例变换电路，如图3所示，包括电压基准，降噪滤波电路和逻辑电路；
所述电压基准采用ADR02、ADR4550、REF5050或其他兼容基准芯片；
所述降噪滤波电路通过对电压基准进行降噪滤波，输出5V基准电压；
所述逻辑电路包括U3芯片、U4芯片、U5芯片和3×8电阻网络；所述U3芯片、U4芯片和U5芯片均为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片，U3芯片-B的同相输入端连接降噪滤波电路的输出端，U3芯片-B的反相输入端定义为VP4，连接U3芯片-B的输出端，U3芯片-B的输出端连接电阻网络第一列的左侧；U3芯片-A的同相输入端接地，U3芯片-A的反相输入端连接电阻网络第四列和第五列交界，U3芯片-A的输出端定义为VN4，连接电阻网络第八列的右侧；U4芯片-A的同相输入端连接电阻网络第三列和第四列交界，U4芯片-A的反相输入端连接U4芯片-A的输出端，定义为VP1；U4芯片-B的同相输入端连接电阻网络第二列和第三列交界，U4芯片-B的反相输入端连接U4芯片-B的输出端，定义为VP2；U5芯片-A的同相输入端连接电阻网络第六列和第七列交界，U5芯片-A的反相输入端连接U5芯片-A的输出端，定义为VN2；U5芯片-B的同相输入端连接电阻网络第五列和第六列交界，U5芯片-B的反相输入端连接U5芯片-B的输出端，定义为VN1。
具体实施例七
本实施例是一种用于多通道应变信号同步采集系统的惠斯通应变电桥驱动电路实施例。
本实施例的用于多通道应变信号同步采集系统的惠斯通应变电桥驱动电路，如图4所示，包括双四选一模拟开关U1i芯片，所述U1i芯片的X0端口连接AGND，X1端口连接VP1，X2端口连接VP2，X3端口连接VP4，Y0端口连接AGND，Y1端口连接VN1，Y2端口连接VN2，Y3端口连接VN4，X端口连接U2i芯片-A的同相输入端，Y端口连接U2i芯片-B的同相输入端，A端口定义为SETAi，B端口定义为SETBi，所述A端口和B端口均连接微处理器系统；所述双四选一模拟开关U1i芯片为74HC4052、ADG659或ADG409，所述U2i芯片为运算放大器芯片，选用OPA2277、AD706或其他性能相近的精密双运放芯片；
所述U2i芯片-A的反相输入端定义为SNi+，输出端通过电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过电阻连接+9V电源，第一三极管的发射极定义为EXi+，与SNi+连接；U2i芯片-B的反相输入端定义为SNi-，输出端通过电阻连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过电阻连接-9V电源，第二三极管的发射极定义为EXi-，与SNi-连接；
所述U2i芯片为运算放大器芯片，U2i芯片-A和U2i芯片-B分别接成电压跟随器；
所述惠斯通应变电桥由四个电阻构成，其中一个对角线分别定义为AIi+和AIi-，另一个对角线分别定义为SNi+和SNi-。
具体实施例八
本实施例是一种用于多通道应变信号同步采集系统的放大电路实施例。
本实施例的用于多通道应变信号同步采集系统的放大电路如图5所示，包括Ui3芯片，所述Ui3芯片为零漂移运算放大器芯片，采用OPA2187、ADA4522-2或其他性能相近的零漂移双运放芯片；
Ui3芯片-A的同相输入端定义为AIi+，Ui3芯片-A的反相输入端定义为VOPi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri1连接Ui3芯片-A的输出端；
Ui3芯片-B的同相输入端定义为AIi-，Ui3芯片-B的反相输入端定义为VONi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri2连接Ui3芯片-B的输出端；
Ui3芯片-A的反相输入端和Ui3芯片-B的反相输入端之间通过四个电阻并联构成的电阻网络Ri3连接。
具体实施例九
本实施例是一种多通道应变信号同步采集方法实施例。
本实施例的一种多通道应变信号同步采集方法，上电后包括以下步骤：
步骤a、初始化，将惠斯通应变电桥驱动电压设为零，微处理器系统读取组态和标定参数，设置A/D同步采集电路的采样率和增益；
步骤b、惠斯通应变电桥状态检查，分步提升惠斯通电桥的驱动电压，检查惠斯通应变电桥的输出信号是否随所述驱动电压成比例的变化，以此判断电桥工作是否正常，如果：
惠斯通应变电桥的输出信号不随所述驱动电压成比例的变化，则进行提示；
惠斯通应变电桥的输出信号随所述驱动电压成比例的变化，则进入步骤c；
步骤c、网口通讯识别，检查微处理器系统是否能网口通讯，如果：
是，微处理器系统处于网口通讯状态下采集数据；
否，进入步骤d；
步骤d、串口通讯识别，检查微处理器系统是否能串口通讯，如果：
是，微处理器系统处于串口通讯状态下采集数据；
否，进入步骤e；
步骤e、USB通讯识别，检查微处理器系统是否能USB通讯，如果：
是，微处理器系统处于USB通讯状态下采集数据；
否，进入步骤f；
步骤f、U盘识别，检查USB接口是否接有U盘，如果：
是，按照U盘里的配置文件的模式进行数据采集，并将数据根据规定的格式进行存储；
否，微处理器系统处于空闲状态；
在以上步骤中，根据U盘配置进行同步信号采集为无人值所采集模式；利用通讯接口进行同步信号采集为实时采集模式。
具体实施例十
本实施例是一种多通道应变信号同步采集方法实施例。
本实施例的一种多通道应变信号同步采集方法，包括参数标定方法和数据采集处理方法；
所述参数标定方法根据不同量程，利用模拟校准器提供输入信号，外部用满足精度要求的数字万用表和纳伏表对所述输入信号正负两端进行监测，在特定的温度下，对每个通道的每个量程进行零点和增益的校准；具体如下：
步骤a：调整模拟校准器输出为零，测得输入信号正负两端的电压，读取A/D同步采集电路输出值N0，用电压表监视驱动电压；
步骤b：调整模拟校准器输出为满度，测得输入信号正负两端的电压，读取A/D同步采集电路输出值N1，用电压表监视驱动电压；
利用电压表两次测得的驱动电压求出该通道的零点和增益；
所述数据采集处理方法在在当前温度的上、下找出两点，根据线性插值的方法，计算出当前温度下特定通道特定驱动电压范围下的增益和零点范围参数。
需要说明的是，在以上实施例中，不矛盾的技术方案均能够排列组合，由于本领域技术人员只需要运用高中数学知识就能够穷尽所有可能出现的排列组合结果，因此在本申请中不进行详细列举。但是应该理解为，排列组合后的结果均被本申请所记载。
Claims (3)
1.一种多通道应变信号同步采集系统，其特征在于，包括电压基准比例变换电路，程控设置模块，驱动电路，惠斯通应变电桥，放大电路，抗混叠滤波电路，A/D同步采集电路，隔离模块和微处理器系统；
电压基准比例变换电路的电压通过程控设置模块提供给驱动电路，驱动电路驱动惠斯通应变电桥将应变信号通过放大电路和抗混叠滤波电路进行放大滤波，再通过A/D同步采集电路和数字隔离将模拟信号转换为数字信号，最后通过SPI接口传输给微处理器系统进行处理；
所述电压基准比例变换电路包括电压基准，降噪滤波电路和逻辑电路；
所述电压基准采用ADR02、ADR4550或REF5050；
所述降噪滤波电路通过对电压基准进行降噪滤波，输出5V基准电压；
所述逻辑电路包括U3芯片、U4芯片、U5芯片和3×8电阻网络；所述U3芯片、U4芯片和U5芯片均为运算放大器芯片，选用OPA2277或AD706，U3芯片-B的同相输入端连接降噪滤波电路的输出端，U3芯片-B的反相输入端定义为VP4，连接U3芯片-B的输出端，U3芯片-B的输出端连接电阻网络第一列的左侧；U3芯片-A的同相输入端接地，U3芯片-A的反相输入端连接电阻网络第四列和第五列交界，U3芯片-A的输出端定义为VN4，连接电阻网络第八列的右侧；U4芯片-A的同相输入端连接电阻网络第三列和第四列交界，U4芯片-A的反相输入端连接U4芯片-A的输出端，定义为VP1；U4芯片-B的同相输入端连接电阻网络第二列和第三列交界，U4芯片-B的反相输入端连接U4芯片-B的输出端，定义为VP2；U5芯片-A的同相输入端连接电阻网络第六列和第七列交界，U5芯片-A的反相输入端连接U5芯片-A的输出端，定义为VN2；U5芯片-B的同相输入端连接电阻网络第五列和第六列交界，U5芯片-B的反相输入端连接U5芯片-B的输出端，定义为VN1；
所述驱动电路和惠斯通应变电桥构成惠斯通应变电桥驱动电路，如下：
包括双四选一模拟开关U1i芯片，所述U1i芯片的X0端口连接AGND，X1端口连接VP1，X2端口连接VP2，X3端口连接VP4，Y0端口连接AGND，Y1端口连接VN1，Y2端口连接VN2，Y3端口连接VN4，X端口连接U2i芯片-A的同相输入端，Y端口连接U2i芯片-B的同相输入端，A端口定义为SETAi，B端口定义为SETBi，所述A端口和B端口均连接微处理器系统；所述双四选一模拟开关U1i芯片为74HC4052、ADG659或ADG409，所述U2i芯片为运算放大器芯片，选用OPA2277或AD706；
所述U2i芯片-A的反相输入端定义为SNi+，输出端通过电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过电阻连接+9V电源，第一三极管的发射极定义为EXi+，与SNi+连接；U2i芯片-B的反相输入端定义为SNi-，输出端通过电阻连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过电阻连接-9V电源，第二三极管的发射极定义为EXi-，与SNi-连接；
所述U2i芯片为运算放大器芯片，U2i芯片-A和U2i芯片-B分别接成电压跟随器；
所述惠斯通应变电桥由四个电阻构成，其中一个对角线分别定义为AIi+和AIi-，另一个对角线分别定义为SNi+和SNi-；
所述放大电路包括Ui3芯片，所述Ui3芯片为零漂移运算放大器芯片，采用OPA2187或ADA4522-2；
Ui3芯片-A的同相输入端定义为AIi+，Ui3芯片-A的反相输入端定义为VOPi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri1连接Ui3芯片-A的输出端；
Ui3芯片-B的同相输入端定义为AIi-，Ui3芯片-B的反相输入端定义为VONi，通过四个电阻串联构成的电阻网络Ri2连接Ui3芯片-B的输出端；
Ui3芯片-A的反相输入端和Ui3芯片-B的反相输入端之间通过四个电阻并联构成的电阻网络Ri3连接；
相同定义的引脚或端口连接在一起。
2.一种在权利要求1所述多通道应变信号同步采集系统上实现的多通道应变信号同步采集方法，其特征在于，上电后包括以下步骤：
步骤a、初始化，将惠斯通应变电桥驱动电压设为零，微处理器系统读取组态和标定参数，设置A/D同步采集电路的采样率和增益；
步骤b、惠斯通应变电桥状态检查，分步提升惠斯通电桥的驱动电压，检查惠斯通应变电桥的输出信号是否随所述驱动电压成比例的变化，以此判断电桥工作是否正常，如果：
惠斯通应变电桥的输出信号不随所述驱动电压成比例的变化，则进行提示；
惠斯通应变电桥的输出信号随所述驱动电压成比例的变化，则进入步骤c；
步骤c、网口通讯识别，检查微处理器系统是否能网口通讯，如果：
是，微处理器系统处于网口通讯状态下采集数据；
否，进入步骤d；
步骤d、串口通讯识别，检查微处理器系统是否能串口通讯，如果：
是，微处理器系统处于串口通讯状态下采集数据；
否，进入步骤e；
步骤e、USB通讯识别，检查微处理器系统是否能USB通讯，如果：
是，微处理器系统处于USB通讯状态下采集数据；
否，进入步骤f；
步骤f、U盘识别，检查USB接口是否接有U盘，如果：
是，按照U盘里的配置文件的模式进行数据采集，并将数据根据规定的格式进行存储；
否，微处理器系统处于空闲状态；
在以上步骤中，根据U盘配置进行同步信号采集为无人值所采集模式；利用通讯接口进行同步信号采集为实时采集模式。
3.根据权利要求2所述的一种多通道应变信号同步采集方法，其特征在于，还包括参数标定方法和数据采集处理方法；
所述参数标定方法根据不同量程，利用模拟校准器提供输入信号，外部用满足精度要求的数字万用表和纳伏表对所述输入信号正负两端进行监测，在特定的温度下，对每个通道的每个量程进行零点和增益的校准；具体如下：
步骤a：调整模拟校准器输出为零，测得输入信号正负两端的电压，读取A/D同步采集电路输出值N0，用电压表监视驱动电压；
步骤b：调整模拟校准器输出为满度，测得输入信号正负两端的电压，读取A/D同步采集电路输出值N1，用电压表监视驱动电压；
利用电压表两次测得的驱动电压求出该通道的零点和增益；
所述数据采集处理方法在在当前温度的上、下找出两点，根据线性插值的方法，计算出当前温度下特定通道特定驱动电压范围下的增益和零点范围参数。
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