CN201682484U - 一种双通道模数联合型可变增益数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双通道模数联合型可变增益数据采集装置，该装置包括初级放大调理电路、两路并行放大电路、A/D转换模块和数字控制模块，所述初级放大调理电路的输出端分别与两路并行程控放大电路中的两并行程控放大器的输入端相连，所述两个并行程控放大器的输出端分别与A/D转换模块的相应输入通道相连，所述A/D转换模块与数字控制模块相连，所述数字控制模块读取经过A/D转换的采样数值并发出控制信号控制A/D转换过程及改变程控放大器的增益；该采集装置可以提高测量的动态范围和量程，保证了微弱信号及大量程信号的采样精度，实现了高速、高精度的数据采集，比较适用于对未知大小且变化范围比较大的模拟量的检测。

Description

一种双通道模数联合型可变增益数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种根据信号的变化趋势而提前对放大电路的增益进行动态调整的数据采集装置,属于数据采集技术领域。

背景技术

在测量系统中，一些信号的变化范围较大。对这些忽大忽小变化的被测信号，如果放大电路采用固定增益，往往会造成在信号的某个量程范围内不能很好地与A/D转换器的量程相匹配。例如对于微弱信号，放大电路就需要比较大的增益才能满足A/D转换器的量程要求，实现精确测量。但对于幅值比较大的被测信号，如果仍采用较大的增益，则信号放大后会超出A/D转换器的量程，无法实现正确的测量。

因此，为了实现对这些变化范围比较大的未知信号的精确测量，就要求放大电路的增益能够随着信号的变化而进行调整，保证被测信号处于A/D转换器的量程范围内。目前，有些数据采集装置能够对放大器的增益进行调整。但在这些数据采集装置中，被测信号都是通过一路放大器放大后进入A/D转换器的输入通道。只有当被测信号超出A/D转换的合适量程后，采集系统才能从已采集的无效数据判断出放大电路的增益不合适，然后对增益再进行调整。这样不但造成了有效信息的丢失，影响数据采集的精度，而且增益的改变也需要一个电路的稳定过程，这就增加了额外的等待时间，从而制约了数据采集的速度，对于一些需要高速采集的应用场合，这种不利因素尤为明显。因此，对于一些高精度、高速度的数据采集，这种常规的改变增益的装置无法满足需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种并行双通道，模拟电路和数字电路联合作用且增益可变的数据采集装置，以消除传统采集装置中即时改变增益所消耗的电路建立时间，实现对被测信号的高速、高精度数据采集。

为实现上述目的，本实用新型的双通道模数联合型可变增益数据采集装置包括初级放大调理电路、两路并行程控放大电路、A/D转换模块和数字控制电路，所述初级放大调理电路的输出端分别与两路并行程控放大电路中的两并行程控放大器的输入端相连，所述两个并行程控放大器的输出端分别与A/D转换模块的相应输入通道相连，所述A/D转换模块与数字控制模块相连，所述数字控制模块读取经过A/D转换的采样数值并发出控制信号控制A/D转换过程及改变程控放大器的增益。

进一步的，所述数字控制模块由具有高速数字处理能力的DSP组成，A/D转换模块主要由高速高精度的A/D芯片组成，它可对多个通道的模拟输入同时进行A/D转换。

进一步的，对一路被测信号用两路并行设置的程控放大器进行放大，两路程控放大器的电气参数相同，增益可调。

本实用新型的双通道模数联合型可变增益数据采集装置采用硬件冗余的方式对前向通道进行配置，每一路输入信号都配置有两个并行程控放大器。这样，一路被测的模拟信号就变成两个具有不同放大倍数的信号分别与A/D转换器的不同转换通道相连接。在数字处理模块DSP的控制下，两个通道同时被转换为数字量，但DSP只读取一个通道的数值并保存，该通道称为占用通道，而对另一通道的数据则不予处理，该通道即为空闲通道。通过对已采集的历史数据的分析，DSP判断信号的变化趋势并据此对空闲通道的增益进行预置，使其与信号的变化相匹配。当信号变化达到设定阈值时，就读取空闲通道的数值，该通道就成为占用通道，由于该通道已提前预置了合适的增益，因此能实现对被测信号的正确采样。而原先被占用的通道则成为空闲通道，其增益随着信号的变化而不断改变。这种处理方法通过在两个通道之间轮流读取数值，始终使被测信号被放大到合适的量程范围内，保证了信号采集的精度，也消除了临时改变电路增益所必需的电流稳定时间，保证了信号采集的高速度。该采集装置可以提高测量的动态范围和量程，保证了微弱信号及大量程信号的采样精度，实现了高速、高精度的数据采集，比较适用于对未知大小且变化范围比较大的模拟量的检测。  

附图说明

图1是本实用新型实施例的原理框图。

图2是本实用新型实施例的交变信号曲线图。

具体实施方式

本实用新型的双通道模数联合型可变增益数据采集装置实施例原理框图如图1所示，该装置包括初级放大电路、两路并行放大电路、A/D转换模块和数字控制模块。初级放大调理电路对被测的输入信号进行初步的放大和调理，信号经过初步调理后送入两路并行放大电路的两路程控放大器，这两个程控放大器具有相同的电气参数，但其增益可调。这样，一个输入信号就被放大成两个具有不同幅值的信号送入A/D转换器的相应通道。A/D转换器同时对两个输入通道的信号进行转换，但数字处理模块DSP只读取一个通道的数值，把另一通道作为空闲通道，其数值不予处理。DSP对本次采样值连同过去已采集的历史数据进行分析对比并判断出信号的变化趋势，根据信号变化趋势对空闲通道程控放大器的增益进行预置。如果信号处于上升趋势，一般应减小放大器增益；如果信号处于下降趋势，则加大放大器的增益。增益预置的原则是保证信号经过放大后处于A/D转换器的最佳量程范围内，从而提高采样精度和数据的一致性。

当信号变化超出设定的量程阈值时（通常上限阈值取量程的4/5，下限阈值取量程的1/5），则在下一个采样周期，读取空闲通道的数值，将空闲通道变为目前占用的通道且其增益保持不变，以保持数据的一致性；而原来占用的通道则成为空闲通道，其增益随着信号的变化而不断被预置。首次选择通道时是根据预先设定或随意选择，后续的选定则是根据信号的变化趋势来选取已预置了合适增益的通道。因为本装置设置了两路并行输入通道，其中一个通道实现采集，而另一通道的增益则随着信号的变化而不断改变，根据信号的变化情况选择具有最合适增益的通道实现数据采集，始终保持被测信号处于A/D转换器的最佳量程范围内，所以本实用新型消除了临时改变增益所产生的电路稳定时间，无需量程切换，保证了采样精度，扩大了动态范围，提高了采样速率，是一种利用模数联和方法来扩大采样量程、提高灵敏度、保证高速采样的数据采集装置。

图2 所示是一个比较典型的交变信号，对该信号的采集步骤如下：t1时刻，A点的幅值为v1，假设通道1的增益适合该信号，则从A点开始，将通道1的转换值作为信号采样值保存，通道2的转换值不予采用。数据采集过程中，通道1的增益保持不变，而通道2的增益则随着信号不断增大的趋势而进行调整，使通道2 的增益与信号的变化相匹配。在B点，信号的幅值为v2，达到了通道1量程的阈值上限，因此，从B点开始，将通道2的转换值作为采样值并保存，其增益保持不变；而通道1则作为空闲通道，其增益随信号的增大而减小，目的是保证信号经过放大后仍处于A/D转换器的合适量程范围内。在C点，信号达到最大幅值v3，但没有超过通道2设定的阈值上限，因此仍采用通道2实现数据采集。C点之后，信号处于下降的趋势，通道1的增益随之进行调整，以保证信号经放大器1放大后处于A/D转换的量程范围内。在D点，信号的幅值为v2，达到了通道2设定阈值的下限，则从D点开始，利用通道1实现数据采集，而将通道2作为空闲通道，其增益随信号的变化而进行预置，为下次切换通道作好准备。

Claims (3)

1.一种数据采集装置，其特征在于：该装置包括初级放大调理电路、两路并行程控放大电路、A/D转换模块和数字控制电路，所述初级放大调理电路的输出端分别与两路并行程控放大电路中的两并行程控放大器的输入端相连，所述两个并行程控放大器的输出端分别与A/D转换模块的相应输入通道相连，所述A/D转换模块与数字控制模块相连，所述数字控制模块读取经过A/D转换的采样数值并发出控制信号控制A/D转换过程及改变程控放大器的增益。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于：所述数字控制模块由具有高速数字处理能力的DSP组成，A/D转换模块主要由高速高精度的A/D芯片组成，它可对多个通道的模拟输入同时进行A/D转换。

3.根据权利要求1或2所述的数据采集装置，其特征在于：对一路被测信号用两路并行设置的程控放大器进行放大，两路程控放大器的电气参数相同，增益可调。

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