CN111189553A - 一种热电偶及其多阶微分信号的同步采集装置 - Google Patents

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韦建荣
刘收
邹璞
张鹏跃
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    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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    • G01K7/12—Arrangements with respect to the cold junction, e.g. preventing influence of temperature of surrounding air
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Abstract

本发明公开了一种热电偶及其多阶微分信号的同步采集装置，所述采集装置包括硬件采集卡和计算机端软件两部分；硬件采集卡通过PXI总线程控接口实现和计算机端软件的通讯；硬件采集卡包括输入保护模块、程控放大模块、低通滤波模块、一阶微分电路、二阶微分电路、三阶微分电路、冷端补偿模块、模数转换模块和FPGA逻辑模块；计算机端软件包括硬件采集卡驱动程序和应用程序两个部分，实现对自动测试系统中所有硬件采集卡的资源管理及数据采集、微分电路延迟时间检测、采集数据存储功能。单块硬件采集卡支持8个热电偶测量通道，通过多块采集卡级联的方式，可以实现上百个热电偶测量通道的扩展，硬件采集卡具有背板同步触发功能，支持多块硬件采集卡所有通道之间的同步采集。

Description

一种热电偶及其多阶微分信号的同步采集装置
技术领域
本发明属于自动测试测量仪器领域，具体涉及一种热电偶及其多阶微分信号的同步采集装置。
背景技术
温度和热流的精确测量是高超声速飞行器研究的关键问题之一。非直接测量的内埋式时域传感器在提高温度和热流测量的精确度方面具有重要作用，对提高地面试验精确度、高超声速飞行试验的开展和准确预测高超声速飞行器转捩位置具有重要意义。内埋式热电偶表面热流测量技术的核心就是通过热电偶传感器结合时域测量方法获得空间内埋测点的温度时域测量结果，该方法避免了温度的离散型使积分方程呈现病态的特征，从而可以有效地提高在各种应用条件下热流的预测精度和热物理特性的测量精度。
发明内容
本发明设计了一种热电偶及其多阶微分信号的同步采集装置，为内埋式热电偶表面热流测量技术的实现提供数据采集服务，该采集装置包括：所述采集装置包括硬件采集卡和计算机端软件；硬件采集卡通过PXI总线程控接口实现和计算机端软件的通讯；硬件采集卡包括输入保护模块、程控放大模块、低通滤波模块、一阶微分电路、二阶微分电路、三阶微分电路、冷端补偿模块、模数转换模块、和FPGA逻辑模块；热电偶输出的信号依次经输入保护模块、程控放大模块和低通滤波模块处理后分为两路信号，一路信号直接送入模数转换模块，另一路信号衰减后经一阶微分电路处理后生成一阶微分信号，一阶微分信号分为两路，一路送入模数转换模块，另一路衰减后经二阶微分电路处理后生成二阶微分信号，二阶微分信号分为两路，一路送入模数转换模块，另一路衰减后经三阶微分电路处理后生成三阶微分信号，三阶微分信号送入模数转换模块；冷端补偿模块用于实现热电偶的冷端温度测量，并将测量结果输出给模数转换模块，模数转换模块将接收到的信号进行模数转换后输出给FPGA逻辑模块，FPGA逻辑模块实现硬件采集卡的采集时序控制、同步触发及PXI总线接口；计算机端软件包括硬件采集卡驱动程序和应用程序两个部分，实现对自动测试系统中所有硬件采集卡的资源管理及数据采集、处理与存储。
本发明的硬件采集卡是按照PXI规范设计的一种热电偶及其多阶微分信号的数据采集卡，单块硬件采集卡支持8个热电偶测量通道，通过多块硬件采集卡级联的方式，可以实现上百个热电偶测量通道的扩展，硬件采集卡具有背板同步触发功能，支持多块硬件采集卡所有通道之间的同步采集；该采集装置通过上位机软件实现对自动测试系统中所有硬件采集卡的资源管理及数据采集与存储，并支持用户二次应用程序开发。
附图说明
图1为本发明实施例的硬件采集卡的功能框图；
图2为本发明实施例的一阶微分电路图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，硬件采集卡包括输入保护模块、程控放大模块、低通滤波模块、一阶微分电路、二阶微分电路、三阶微分电路、冷端补偿模块、模数转换模块、数据缓存模块和FPGA逻辑模块；热电偶输出的信号依次经输入保护模块、程控放大模块和低通滤波模块处理后分为两路信号，一路信号直接送入模数转换模块，另一路信号衰减后经一阶微分电路处理后生成一阶微分信号，一阶微分信号分为两路，一路送入模数转换模块，另一路衰减后经二阶微分电路处理后生成二阶微分信号，二阶微分信号分为两路，一路送入模数转换模块，另一路经衰减后三阶微分电路处理后生成三阶微分信号，三阶微分信号送入模数转换模块；冷端补偿模块用于实现热电偶的冷端温度测量，并将测量结果输出给模数转换模块，模数转换模块将接收到的信号进行模数转换后输出给FPGA逻辑模块，FPGA逻辑模块实现硬件采集卡的采集时序控制、同步触发及PXI总线接口；硬件采集卡采用3U尺寸；硬件采集卡支持8路热电偶信号以及每路热电偶信号对应的一阶、二阶、三阶微分信号，共计32路信号的同步采集；多块所述硬件采集卡集成到PXI总线机箱中可以实现热电偶测量通道的扩展；所述硬件采集卡具有背板同步触发功能，支持多块硬件采集卡所有通道之间的同步采集。
硬件采集卡通过PXI总线程控接口实现和计算机端软件的通讯；计算机端软件包括硬件采集卡驱动程序和应用程序两个部分，实现对自动测试系统中所有硬件采集卡的资源管理及数据采集、处理与存储，并支持用户二次应用程序开发。
程控放大模块基于可编程仪表放大器AD8231，实现热电偶输出的毫伏级小信号的程控放大，放大倍数有×1、×2、×4、×8、×16、×32、×64、×128；微分电路通过四运放及精密电阻、电容实现模拟信号的硬件微分，通过FPGA逻辑模块配合计算机端软件可对各阶微分电路的延时进行检测与补偿；模数转换模块基于8通道同步A/D转换器ADS1278，实现2路热电偶信号及其对应的一阶、二阶、三阶微分信号的模数转换；冷端补偿模块基于温度传感器LMT70，实现热电偶检测电路的冷端温度测量，并通过A/D转换及软件算法实现冷端补偿；FPGA逻辑模块基于可编程逻辑器件FPGA，实现硬件采集卡的逻辑控制及PXI总线接口、同步触发等逻辑；计算机端软件基于LabWindows CVI软件，实现采集卡windows平台驱动程序及应用程序开发。
上述实施例仅是本发明的典型应用方式，并非用于局限本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热电偶及其多阶微分信号的同步采集装置，其特征在于，所述采集装置包括硬件采集卡和计算机端软件；硬件采集卡通过PXI总线程控接口实现和计算机端软件的通讯；硬件采集卡包括输入保护模块、程控放大模块、低通滤波模块、一阶微分电路、二阶微分电路、三阶微分电路、冷端补偿模块、模数转换模块、和FPGA逻辑模块；热电偶输出的信号依次经输入保护模块、程控放大模块和低通滤波模块处理后分为两路信号，一路信号直接送入模数转换模块，另一路信号衰减后经一阶微分电路处理后生成一阶微分信号，一阶微分信号分为两路，一路送入模数转换模块，另一路衰减后经二阶微分电路处理后生成二阶微分信号，二阶微分信号分为两路，一路送入模数转换模块，另一路衰减后经三阶微分电路处理后生成三阶微分信号，三阶微分信号送入模数转换模块；冷端补偿模块用于实现热电偶的冷端温度测量，并将测量结果输出给模数转换模块，模数转换模块将接收到的信号进行模数转换后输出给FPGA逻辑模块，FPGA逻辑模块实现硬件采集卡的采集时序控制、同步触发及PXI总线接口；计算机端软件包括硬件采集卡驱动程序和应用程序两个部分，实现对自动测试系统中所有硬件采集卡的资源管理及数据采集、处理与存储。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硬件采集卡还包括与FPGA逻辑模块连接的数据缓存模块。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硬件采集卡采用3U尺寸。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硬件采集卡支持8路热电偶信号以及每路热电偶信号对应的一阶、二阶、三阶微分信号，共计32路信号的同步采集。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述FPGA逻辑模块配合计算机端软件可对各阶微分电路的延时进行检测与补偿，实现热电偶信号及其对应的一阶、二阶、三阶微分信号同相位采集。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多块所述硬件采集卡集成到PXI总线机箱中可以实现热电偶测量通道的扩展。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述硬件采集卡具有背板同步触发功能，支持多块硬件采集卡所有通道之间的同步采集。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述程控放大模块采用可编程仪表放大器AD8231；所述模数转换模块采用多通道并行A/D转换器ADS1278；所述冷端补偿模块采用高精度温度传感器LMT70。
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