CN201177508Y - 微弱信号动态自适应信号采集处理器 - Google Patents
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Abstract
一种微弱信号动态自适应信号采集处理器，属动态微弱信号采集处理器。该采集处理器包括四路独立预处理电路，DSP处理模块，接口逻辑电路。其中四路独立预处理电路的每一路包括前置放大器、程控放大电路、抗混叠滤波单元、电压抬升电路及保护电路。本实用新型由于具有程控放大环节，可以采集多路幅值范围很宽的微弱信号，实现信号放大倍数的自动调节，有效避免了在信号采集中放大倍数不足和饱和的情况。同时实现了信号从DSP到PC机实时传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动态微弱信号采集处理器，更具体的说，涉及动态微弱信号的程控放大采集处理器，涉及抬压数可调的抬压电路，涉及用于信号高速采集、处理分析和控制的DSP芯片，涉及信号传输的USB接口，用于频带宽、振幅变化范围大的微弱电压信号的采集、处理分析与传输。适用于机械设备振动、噪声分析、状态监测及故障诊断的多路实时高速信号采集处理传输系统。
背景技术
微弱信号采集处理技术是以一定的频率采集来自传感器的微弱信号的技术，广泛应用于国防、航空航天、科学实验、遥感、通信及工业监控等诸多领域。现有的微弱信号采集处理器存在着不能根据信号的振幅进行程控放大、信号分辨率低、采样速率低、支持信号种类单一、实时性差等缺点，多用于工业控制领域。随着国防、航天航空技术、通信的飞速发展，对微弱信号采集处理器提出了更高的要求，例如，更高的采用速率，更多信号类型的支持以及更强的实时性能。上述要求是现有的微弱信号采集器不能满足的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术中的不足，提供一种能根据输入信号振幅自动调整放大器增益的自适应地放大、采集、处理分析和实时传输的采集处理器，适用于多路或单路信号的采集处理传输的系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种微弱信号动态自适应信号采集处理器，其特征在于，包括四路独立预处理电路，DSP处理模块，接口逻辑电路，其中每一路独立预处理电路包括与传感器相连的前置放大器，程控放大器，抗混叠滤波单元，电压抬升电路，保护电路五部分；所述前置放大器，程控放大器，抗混叠滤波单元，电压抬升电路，保护电路依次相连，所述DSP处理模块的输入端分别连于每一路独立预处理电路的保护电路，DSP处理模块的输出分别与每一路独立预处理电路的程控放大器相连，DSP处理模块还通过接口逻辑电路与PC机双向相连。
本微弱信号动态自适应信号采集处理器具有采集速度高、准确度高、适应性强、实时性等特点。
附图说明
图1为本实用新型微弱信号动态自适应信号采集处理器方框图。
图2为一路独立预处理电路实施原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型详细说明。
参照附图1，本实例包括低噪声、低漂移前置放大器，自适应程控放大器， 抗混源滤波器，的信号向PC机传输的芯片及接口，所述这些部分顺次连接。图2，为一路信号采集预处理通道，有低噪声、低漂移前置放大器AD620，芯片AD620的5脚接地，1、8脚之间接一个用来调节AD620的放大倍数的电阻，本实例接的是一个0.5KΩ的电阻，6脚通过一个电阻与程控放大器相连。差模输入时，2、3脚分别接两路输入信号；单端输入时，2脚接输入信号，3通过一个电阻脚接地。
自适应程控放大器由D/A转换器DAC0832、放大器LM357和一个外接电阻组成，DAC0832的参考电压端8接AD620的输出信号，1、19脚接DSP的片选与使能信号脚，2、3、17、18脚接模拟地，10脚接数字地，D0~D7脚接DSP的增益控制信号脚，11、12脚分别与LM357的正负输入引脚相连，LM357的输出脚6接低通滤波单元，而且分别经一个5K电阻接到负输入脚2，接一个2540K电阻接到DAC0832的9脚。
低通滤波单元采用多重反馈型2阶巴特沃斯滤波器，其特性是在通过区内输出特别平坦，衰减区斜率大，后经一个相位补偿环节接到电压抬升电路，电压抬升电路把输出信号统一抬升1.5V，使经抬升后的输出电压在0~3V之间，后经一个输入保护电路接到DSP芯片的ADCINAX脚。
每一路信号预处理通道都是一类似的，不同的只是每一路的片选、使能和输入DSP芯片的引脚不同，第1路的片选信号是：-CS1，使能信号是：ILE1，输入引脚是：ADCINA0；第2路的片选信号是：-CS2，使能信号是：ILE2，输入引脚是：ADCINA1；第3路的片选信号是：-CS3，使能信号是：ILE3，输入引脚是：ADCINA2；第4路的片选信号是：-CS4，使能信号是：ILE4，输入引脚是：ADCINA3。
DSP芯片经-CSX、ILEX和D0~D7脚与DAC0832连接，经过SCITXDA和SCITXDB接到PDIUSBD12芯片上，经PDIUSBD12转换后接到USB口。
本微信号采集处理器具有如下特点：
1.前端放大器具有极高的交流共模抑制比，且随着增益的增大而增大；可以双端输入，也可以单端输入；单端输入时，把正输入管脚3接地，输入信号的频率为2KHz；
2.二级放大器具有程控放大的作用，可以根据输入信号振幅的大小自适应的选择增益的大小，使输出信号始终保持在1~3V之内，可以实现增益：1，2，4，8，16，32，64，128，255；
3.程控放大器是由DAC0832芯片、LM357芯片和一个外加阻值为2540KΩ电阻构成；
4.每路程控放大器的增益可以不同，每路信号的选择和增益控制信号直接来自DSP芯片，提高了采集控制的速度和准确度；
5.每路程控放大器是根据被采信号的振幅而不是幅值来调节增益，避免了频繁地调节放大器的增益情况，提高了采集的准确度和速度；
6.实用多重反馈型2阶巴特沃斯滤波器，滤除高频干扰噪声；
7.应用一块DSP2812芯片可以同时对4路信号进行采集和处理，可以满足多路数据采集系统的要求；
8.经USB口直接向上位PC机传输处理后信号，可以方便用户的观察；
9.最大放大倍数可达255000倍，并可以根据需要自动的调节放大倍数；本卡采用最大放大倍数为25500，可以实现把4μV~10mV的电压信号放大到1~3V，分辨率可达100nV级。
本动态微弱信号采集处理系统主要是针对机械振动信号的采集而设计的，适用于位移、速度和加速度传感器的输出信号。经过稍加调整，还可以应用于生物信号、地震信号等的放大、采集，和处理分析上。
Claims (1)
1.一种微弱信号动态自适应信号采集处理器，其特征在于，包括四路独立预处理电路，DSP处理模块，接口逻辑电路，其中每一路独立预处理电路包括与传感器相连的前置放大器，程控放大器，抗混叠滤波单元，电压抬升电路，保护电路五部分；所述前置放大器，程控放大器，抗混叠滤波单元，电压抬升电路，保护电路依次相连，所述DSP处理模块的输入端分别连于每一路独立预处理电路的保护电路，DSP处理模块的输出分别与每一路独立预处理电路的程控放大器相连，DSP处理模块还通过接口逻辑电路与PC机双向相连。
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