CN112630500A - 一种含自检功能的电流信号采集装置及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含自检功能的电流信号采集装置，包含：电流/电压转化模块，接收采集到的交流电流信号，并转换为直流电压信号；自检/放大电路，接收直流电压信号并对其进行放大处理；还原计算电路，接收放大后的直流电压信号，并将其还原转换为原始采集到的交流电流信号；自检电压模块，通过生成的自检电平信号对自检/放大电路进行可靠性自检。本发明还公开了一种含自检功能的电流信号采集方法。本发明结构简单，可实现交流电流信号的采集，并且利用多个自检电平信号依次进行自检，有效避免单一信号检测的偶然性，提高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流信号采集装置及采集方法，具体是指一种应用于信号采集板卡上的含自检功能的电流信号采集装置及采集方法，属于铁路通信信号领域。
背景技术
在铁路通信信号领域，信号控制机柜或信号控制机箱里设置的信号采集板卡所采集到的信号为电压信号或者电流信号。其中，电压信号在长距离传输过程中具有抗干扰能力差、易受电磁信号影响等缺点；而电流信号的抗干扰能力强，更适用于长距离传输。因此，在信号采集时一般考虑采集电流信号。
一般的，信号控制机柜或信号控制机箱内设置的电路板上的各类电子元器件能够识别的信号多数为电压信号。因此，对于采集到的电流信号，仍需要通过一些变化电路将其转换为更容易识别和处理的电压信号。而这个信号转换的过程以及信号自检的方式相比而言都是不易实现的。
基于上述原因，本专利提出一种电流信号采集装置及采集方法，可实现对交流电流信号的采集，并具有自检功能，有效解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种含自检功能的电流信号采集装置及采集方法，结构简单，可实现交流电流信号的采集，并且利用多个自检电平信号依次进行自检，有效避免单一信号检测的偶然性，提高可靠性。
为了达到上述目的，本发明提供一种含自检功能的电流信号采集装置，包含：电流/电压转化模块，其输入端接收采集到的交流电流信号，并将该交流电流信号转换为直流电压信号；自检/放大电路，其第一输入端与电流/电压转化模块的输出端连接，接收电流/电压转化模块输出的直流电压信号，并对其进行放大处理；还原计算电路，其输入端与自检/放大电路的输出端连接，接收自检/放大电路输出的放大后的直流电压信号，并将其还原转换为原始采集到的交流电流信号；自检电压模块，其输出端与自检/放大电路的第二输入端连接，通过生成的自检电平信号对自检/放大电路进行可靠性自检。
本发明所述的含自检功能的电流信号采集装置，还包含：显示模块，其输入端与还原计算电路的输出端连接，接收并显示还原计算电路输出的原始采集到的交流电流信号。
其中，所述的电流/电压转化模块采用电流互感器实现。
其中，所述的自检电压模块包含：N个分压电阻和多路复用开关模块；N个所述的分压电阻依次通过串联连接形成串联电路，该串联电路的一端接地，另一端连接自检电压信号；在该串联电路中，每相邻两个分压电阻之间的连接端分别与所述的多路复用开关模块连接；所述的自检电压信号经由N个分压电阻分压后形成N-1个自检电平信号，该N-1个自检电平信号经由多路复用开关模块依次输出至自检/放大电路，并对自检/放大电路进行可靠性自检。
本发明还提供一种含自检功能的电流信号采集方法，采用如上所述的电流信号采集装置实现，包含以下步骤：
S1、电流/电压转化模块将采集到的交流电流信号转换为直流电压信号；
S2、自检电压模块通过生成的自检电平信号对自检/放大电路进行可靠性自检；
S3、将直流电压信号传输至自检/放大电路中进行放大处理；
S4、将放大后的直流电压信号传输至还原计算电路中进行还原计算处理，得到原始采集到的交流电流信号。
本发明所述的含自检功能的电流信号采集方法，还包含步骤：S5、将S4中得到的原始采集到的交流电流信号传输至显示模块中进行显示。
其中，所述的S2中，具体包含以下步骤：
S21、所述的自检电压信号经由N个分压电阻分压后形成N-1个自检电平信号；
S22、经多路复用开关模块的选通，在N-1个自检电平信号中选择其中的一个自检电平信号并传输至自检/放大电路；
S23、自检/放大电路对接收到的自检电平信号进行放大处理，并将放大后的自检电平信号与预先存储在自检/放大电路中的预期值进行比较；如一致，则继续执行S24；否则，判断自检/放大电路异常，提示报警信息；
S24、重复执行S22～S23，直至N-1个自检电平信号全部完成并通过对自检/放大电路的可靠性自检，判断自检/放大电路正常。
综上所述，本发明提供的含自检功能的电流信号采集装置及采集方法，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明提出了一种可用于测量交流电流信号的采集装置；
2、本发明利用多个分压电阻来生成多个自检电平信号，结构简单且容易实现，并利用该多个自检电平信号依次对自检/放大电路进行可靠性自检，能够有效避免单一信号检测的偶然性，提高自检准确性和可靠性；
3、本发明通过由程序控制的多路复用开关模块，来选择自检电平信号的传输及自检顺序，方便有效；
4、本发明结构简单，成本可控，可有效判断自检/放大电路是否安全可靠，且该自检/放大电路还同时具有信号放大功能；
5、本发明的显示模块可以根据使用需求，采用数码管显示器或者液晶显示器，可制造性强。
附图说明
图1为本发明提供的含自检功能的电流信号采集装置的示意图；
图2为本发明提供的含自检功能的电流信号采集方法的示意图；
图3为本发明提供的含自检功能的电流信号采集装置的使用示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供一种含自检功能的电流信号采集装置，包含：电流/电压转化模块1，其输入端接收采集到的AC(交流)电流信号，并将该交流电流信号转换为直流电压信号；自检/放大电路2，其第一输入端与电流/电压转化模块1的输出端连接，接收电流/电压转化模块1输出的直流电压信号，并对其进行放大处理；还原计算电路3，其输入端与自检/放大电路2的输出端连接，接收自检/放大电路2输出的放大后的直流电压信号，并将其还原转换为原始采集到的交流电流信号；自检电压模块5，其输出端与自检/放大电路2的第二输入端连接，通过生成的自检电平信号对自检/放大电路2进行可靠性自检。
进一步，本发明所述的含自检功能的电流信号采集装置，如图1所示，还包含：显示模块4，其输入端与还原计算电路3的输出端连接，接收并显示还原计算电路3输出的原始采集到的交流电流信号。
其中，所述的电流/电压转化模块1采用电流互感器实现。
其中，所述的自检电压模块5包含：N个分压电阻和多路复用开关模块51；N个所述的分压电阻依次通过串联连接形成串联电路，该串联电路的一端接地，另一端连接自检电压信号；在该串联电路中，每相邻两个分压电阻之间的连接端分别与所述的多路复用开关模块51连接；所述的自检电压信号经由N个分压电阻分压后形成N-1个自检电平信号，该N-1个自检电平信号经由多路复用开关模块51依次输出至自检/放大电路2，并对自检/放大电路2进行可靠性自检。本实施例中，所述的多路复用开关模块51外接控制程序，由控制程序选择N-1个自检电平信号的选通顺序，随后逐个被传输至自检/放大电路2中用于可靠性自检。
本实施例中，所述的自检电压模块5中采用由3个分压电阻(R1、R2和R3)依次串联形成的串联电路，该串联电路的一端连接5V的自检电压信号，另一端接地；该串联电路中，分压电阻R1与分压电阻R2之间的连接端、分压电阻R2与分压电阻R3之间的连接端分别与多路复用开关模块51连接。所述的5V的自检电压信号经由3个分压电阻分压后形成2个自检电平信号，这2个自检电平信号经由多路复用开关模块51的选通，依次被传输至自检/放大电路2中用于可靠性自检。
其中，在本发明的优选实施例中，所述的电流/电压转化模块1采用的型号为HXS10-NP/SP3。所述的自检/放大电路2中，自检电路采用的型号为LH1520AAC，并通过使光耦导通来检测是否有信号输入；放大电路采用的型号为AMC1301。所述的还原计算电路3采用的型号为EP2C5F256，通过计算将放大后的信号进行还原处理。所述的多路复用开关模块51采用的型号为CD4052BM96。所述的显示模块4采用数码管显示器或者液晶显示器。
如图2所示，本发明还提供一种含自检功能的电流信号采集方法，采用如上所述的电流信号采集装置实现，包含以下步骤：
S1、电流/电压转化模块1将采集到的交流电流信号转换为直流电压信号；
S2、自检电压模块5通过生成的自检电平信号对自检/放大电路2进行可靠性自检；
S3、将S1中得到的直流电压信号传输至自检/放大电路2中进行放大处理；
S4、将S3中得到的放大后的直流电压信号传输至还原计算电路3中进行还原计算处理，得到原始采集到的交流电流信号。
进一步，本发明所述的含自检功能的电流信号采集方法，如图2所示，还包含步骤：S5、将S4中得到的原始采集到的交流电流信号传输至显示模块4中进行显示，从而能够直观的看到S1中输入的交流电流信号。
其中，所述的S2中，具体包含以下步骤：
S21、所述的自检电压信号经由N个分压电阻分压后形成N-1个自检电平信号；
S22、经多路复用开关模块51的选通，在N-1个自检电平信号中选择其中的一个自检电平信号并传输至自检/放大电路2；
S23、自检/放大电路2对接收到的自检电平信号进行放大处理，并将放大后的自检电平信号与预先存储在自检/放大电路2中的预期值进行比较；如一致，则继续执行S24；否则，判断自检/放大电路2异常，提示报警信息；
S24、重复执行S22～S23，直至N-1个自检电平信号全部完成并通过对自检/放大电路2的可靠性自检，判断自检/放大电路2正常。
本发明中，通过多个分压电阻生成多个自检电平信号，并依次对自检/放大电路2进行可靠性自检，能够有效避免单一信号检测的偶然性，提高自检准确性和可靠性。
如图3所示，其中10表示需要采集的交流电流信号；20表示电源板；30表示本发明所提供的电流信号采集装置；4表示用于显示采集到的交流电流信号的显示模块。所述的显示模块4可以根据实际使用需要集成设置在电流信号采集装置30上，或者单独采用一块显示屏进行显示处理。
当电源板20上电后，电源板20将提供电流信号采集装置30所需要的一系列工作电源，此时电流信号采集装置30开始工作。电流信号采集装置30采集到交流电流信号10后，会将该交流电流信号10经过电流/电压转化模块1转换成直流电压信号；与此同时，自检电压模块5将生成的自检电平信号依次传输至自检/放大电路2进行可靠性自检；如果自检通过则将直流电压信号传输至自检/放大电路2进行放大处理；将放大后的直流电压信号传输至还原计算电路3进行还原计算，得到原始采集的交流电流信号，最后通过显示模块4将原始采集的交流电流信号真实的显示出来。
综上所述，本发明提供的含自检功能的电流信号采集装置及采集方法，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明提出了一种可用于测量交流电流信号的采集装置；
2、本发明利用多个分压电阻来生成多个自检电平信号，结构简单且容易实现，并利用该多个自检电平信号依次对自检/放大电路进行可靠性自检，能够有效避免单一信号检测的偶然性，提高自检准确性和可靠性；
3、本发明通过由程序控制的多路复用开关模块，来选择自检电平信号的传输及自检顺序，方便有效；
4、本发明结构简单，成本可控，可有效判断自检/放大电路是否安全可靠，且该自检/放大电路还同时具有信号放大功能；
5、本发明的显示模块可以根据使用需求，采用数码管显示器或者液晶显示器，可制造性强。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种含自检功能的电流信号采集装置，其特征在于，包括：
电流/电压转化模块，其输入端接收采集到的交流电流信号，并将该交流电流信号转换为直流电压信号；
自检/放大电路，其第一输入端与电流/电压转化模块的输出端连接，接收电流/电压转化模块输出的直流电压信号，并对其进行放大处理；
还原计算电路，其输入端与自检/放大电路的输出端连接，接收自检/放大电路输出的放大后的直流电压信号，并将其还原转换为原始采集到的交流电流信号；
自检电压模块，其输出端与自检/放大电路的第二输入端连接，通过生成的自检电平信号对自检/放大电路进行可靠性自检。
2.如权利要求1所述的含自检功能的电流信号采集装置，其特征在于，还包含：显示模块，其输入端与还原计算电路的输出端连接，接收并显示还原计算电路输出的原始采集到的交流电流信号。
3.如权利要求1所述的含自检功能的电流信号采集装置，其特征在于，所述的电流/电压转化模块采用电流互感器实现。
4.如权利要求1所述的含自检功能的电流信号采集装置，其特征在于，所述的自检电压模块包含：N个分压电阻和多路复用开关模块；
N个所述的分压电阻依次通过串联连接形成串联电路，该串联电路的一端接地，另一端连接自检电压信号；在该串联电路中，每相邻两个分压电阻之间的连接端分别与所述的多路复用开关模块连接；
所述的自检电压信号经由N个分压电阻分压后形成N-1个自检电平信号，该N-1个自检电平信号经由多路复用开关模块依次输出至自检/放大电路，并对自检/放大电路进行可靠性自检。
5.一种含自检功能的电流信号采集方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任一项所述的电流信号采集装置实现，包含以下步骤：
S1、电流/电压转化模块将采集到的交流电流信号转换为直流电压信号；
S2、自检电压模块通过生成的自检电平信号对自检/放大电路进行可靠性自检；
S3、将直流电压信号传输至自检/放大电路中进行放大处理；
S4、将放大后的直流电压信号传输至还原计算电路中进行还原计算处理，得到原始采集到的交流电流信号。
6.如权利要求5所述的含自检功能的电流信号采集方法，其特征在于，还包含步骤：S5、将S4中得到的原始采集到的交流电流信号传输至显示模块中进行显示。
7.如权利要求5所述的含自检功能的电流信号采集方法，其特征在于，所述的S2中，具体包含以下步骤：
S21、所述的自检电压信号经由N个分压电阻分压后形成N-1个自检电平信号；
S22、经多路复用开关模块的选通，在N-1个自检电平信号中选择其中的一个自检电平信号并传输至自检/放大电路；
S23、自检/放大电路对接收到的自检电平信号进行放大处理，并将放大后的自检电平信号与预先存储在自检/放大电路中的预期值进行比较；如一致，则继续执行S24；否则，判断自检/放大电路异常，提示报警信息；
S24、重复执行S22～S23，直至N-1个自检电平信号全部完成并通过对自检/放大电路的可靠性自检，判断自检/放大电路正常。
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