CN206960622U - 应用于高速铁路机车的数据采集分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，包括数据采集模块、FPGA控制模块、DSP数据分析模块以及主处理器；数据采集模块包括多路高速信号采集电路用于采集牵引电机运行过程中的各种原始状态信息；FPGA控制模块耦接数据采集模块，用于多路高速信号采集电路的控制，实现多路高速采集电路同步采样；DSP数据分析模块耦接FPGA控制模块，用于接收并将多路高速信号采集电路的各种原始状态信息预处理生成分析数据；主处理器耦接DSP数据分析模块，用于接收并存储各种原始状态信息和分析数据，同时，协调控制数据采集分析装置内各个模块的运作状态。本数据采集分析装置目的在于通过数据采集模块和FPGA控制模块实现多种高速信号的同步采样。
Description
技术领域
本实用新型涉及高速铁路机车技术领域，特别涉及一种应用于高速铁路机车的数据采集分析装置。
背景技术
随着对机电设备可靠性要求的增强，研究机构针对机电装备的故障诊断和健康管理方面做了大量研究工作，提出了许多机电装备故障预测和诊断方法。这些方法的实施首先需要数据采集系统提供数据支撑，由于不同行业不同设备的数据采集系统需求不同，国内外很多单位开发了针对某些特定行业的数据采集系统，但现有产品无法应用于高速铁路机车设备的故障诊断和健康管理上，存在的原因如下：牵引电机的故障诊断对采样数据要求很高，需要提供振动信号、电流信号、电压信号、转速信号和温度信号等多种类型的信号，并能实现多种高速信号的同步采集功能。目前还没有适合于牵引电机诊断的硬件采集系统，只能通过多种硬件采集设备的搭建才能具备该功能，这种搭建的系统配置比较复杂，使用很不方便，仅仅在某些指标方面能满足要求。
实用新型内容
本实用新型提供一种应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，目的在于通过数据采集模块和FPGA控制模块实现多种高速信号的同步采样。
为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，包括数据采集模块、FPGA控制模块、DSP数据分析模块以及主处理器；
所述数据采集模块包括多路高速信号采集电路，用于采集牵引电机运行过程中的各种原始状态信息；
所述FPGA控制模块，耦接所述数据采集模块，用于多路高速信号采集电路的控制，实现多路高速采集电路同步采样；
所述DSP数据分析模块，耦接所述FPGA控制模块，用于接收多路高速信号采集电路的各种原始状态信息，并将各种原始状态信息预处理生成分析数据；
所述主处理器，耦接所述DSP数据分析模块，用于接收并存储各种原始状态信息和分析数据，同时，协调控制数据采集分析装置内各个模块的运作状态。
作为一种实施方式，所述多路高速信息采集电路包括振动信号采集电路、电压信号采集电路、电流信号采集电路、温度信号采集电路以及转速信号采集电路。
作为一种实施方式，所述振动信号采集电路包括依次连接的多路信号输入通道、恒流源电路、信号调理/抗混叠滤波电路以及A/D转换电路。
作为一种实施方式，所述电压信号采集电路、电流信号采集电路以及温度信号采集电路均包括依次连接的多路信号输入通道、信号调理/抗混叠滤波电路以及A/D转换电路。
作为一种实施方式，所述转速信号采集电路包括依次连接的多路信号输入通道、保护电路以及高速计数电路。
作为一种实施方式，所述数据采集分析装置还包括存储器，所述存储器耦接所述主处理器，用于对各种原始状态信息和分析数据进行存储。
作为一种实施方式，所述存储器包括2个独立的1TB工业级固态硬盘，固态硬盘采用SATA或PCIE接口方式与主处理器连接。
作为一种实施方式，所述数据采集分析装置还包括通讯模块，所述通讯模块包括均耦接主处理器的WIFI通讯子模块、以太网通讯子模块、3G/4G通讯子模块以及USB通讯子模块，用于提供多种与云计算平台或第三方平台的通讯方式，并将所述数据采集分析装置采集的原始状态信息和分析数据接入云计算平台。
作为一种实施方式，所述数据采集分析装置还包括电源模块，所述电源模块用于给所述数据采集分析装置内各个模块供电。
本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：通过数据采集模块和FPGA控制模块实现振动信号、电流信号、电压信号、转速信号和温度信号等多种高速信号的同步采样；通过大容量的固态硬盘提供大容量、高可靠的数据存储，在通讯网络不畅通的情况下，仍能存储较长时间的原始信息和分析数据，避免数据丢失，以此满足高铁行业的可靠性要求；通过通讯模块接入云计算平台，将采集的原始状态信息和分析数据传输至云计算平台，为大数据分析分析提供数据来源。
附图说明
图1为本实用新型的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置的结构框图；
图2为本实用新型的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置的数据采集模块的结构框图。
附图标注：1、数据采集模块；11、振动信号采集电路；12、电压信号采集电路；13、电流信号采集电路；14、温度信号采集电路；15、转速信号采集电路；111、信号输入通道；112、恒流源电路；113、信号调理/抗混叠滤波电路；114、A/D转换电路；115、高速计数电路；2、FPGA控制模块；3、DSP数据分析模块；4、主处理器；5、存储器；6、通讯模块；61、WIFI通讯子模块；62、以太网通讯子模块；63、3G/4G通讯子模块；64、USB通讯子模块。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。
如图1所示，一种应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，包括依次连接的数据采集模块1、FPGA控制模块2、DSP数据分析模块3以及主处理器4，除此之外，还包括存储器5、通讯模块6以及电源模块(图中未示出)。
如图2所示，数据采集模块1用于采集牵引电机运行过程中的各种原始状态信息，包括多路高速信号采集电路，分别为振动信号采集电路11、电压信号采集电路12、电流信号采集电路13、温度信号采集电路14以及转速信号采集电路15，其中，振动信号采集电路11包括依次连接的多路信号输入通道111、恒流源电路112、信号调理/抗混叠滤波电路113以及A/D转换电路114，恒流源电路112用于对外部传感器进行供电；电压信号采集电路12、电流信号采集电路13以及温度信号采集电路14均包括依次连接的多路信号输入通道111、信号调理/抗混叠滤波电路113以及A/D转换电路114；转速信号采集电路15包括依次连接的多路信号输入通道111和高速计数电路115。振动信号、电压信号、电流信号以及温度信号都属于高速模拟量信号，需经过信号调理/抗混叠滤波电路113处理，调节成符合A/D转换电路114输入信号范围要求的模拟信号，A/D转换电路114具备同步采样功能，同步信号通过FPGA控制模块2进行统一控制。在另一种实施例中，各种信号输入通道111前端设置有电路保护和EMC防护电路。
FPGA控制模块2耦接数据采集模块1，用于多路高速信号采集电路的控制，实现多路高速采集电路同步采样。FPGA控制模块2实现信号输入通道111控制、硬件同步采样、数据缓存、数字滤波、数据初步处理等功能，FPGA控制模块2同A/D转换电路114之间采用独立的SPI高速串行通讯总线，并配置统一的硬件同步信号以确保采样的同步性。
DSP数据分析模块3耦接FPGA控制模块2，用于接收多路高速信号采集电路的各种原始状态信息，并将各种原始状态信息预处理生成分析数据；DSP数据分析模块3实现数据预处理、特征提取、故障预报、故障诊断等功能，DSP数据分析模块3与FPGA控制模块2之间通过并行总线进行数据传输，以保证带宽符合传输要求。
主处理器4耦接DSP数据分析模块3、存储器5以及通讯模块6，其中，存储器5用于对主处理器4接收到的各种原始状态信息和分析数据进行存储，存储器5包括2个独立的1TB工业级固态硬盘，固态硬盘采用SATA或PCIE接口方式与主处理器4连接。通讯模块6包括均耦接主处理器4的WIFI通讯子模块61、以太网通讯子模块62、3G/4G通讯子模块63以及USB通讯子模块64，用于提供多种与云计算平台或第三方平台的通讯方式，并将数据采集分析装置采集的原始状态信息和分析数据接入云计算平台或第三方平台进行数据交互。
电源模块用于给数据采集分析装置内各个模块供电。电源模块输入为24VDC，输出为多路5VDC和3.3VDC的隔离电源。
本实用新型通过数据采集模块1和FPGA控制模块2实现振动信号、电流信号、电压信号、转速信号和温度信号等多种高速信号的同步采样；通过大容量的固态硬盘提供大容量、高可靠的数据存储，在通讯网络不畅通的情况下，仍能存储较长时间的原始信息和分析数据，避免数据丢失，以此满足高铁行业的可靠性要求；通过通讯模块6接入云计算平台，将采集的原始状态信息和分析数据传输至云计算平台，为大数据分析分析提供数据来源。
以上的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，包括数据采集模块、FPGA控制模块、DSP数据分析模块以及主处理器；
所述数据采集模块包括多路高速信号采集电路，用于采集牵引电机运行过程中的各种原始状态信息；
所述FPGA控制模块，耦接所述数据采集模块，用于多路高速信号采集电路的控制，实现多路高速采集电路同步采样；
所述DSP数据分析模块，耦接所述FPGA控制模块，用于接收多路高速信号采集电路的各种原始状态信息，并将各种原始状态信息预处理生成分析数据；
所述主处理器，耦接所述DSP数据分析模块，用于接收并存储各种原始状态信息和分析数据，同时，协调控制数据采集分析装置内各个模块的运作状态。
2.根据权利要求1所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述多路高速信息采集电路包括振动信号采集电路、电压信号采集电路、电流信号采集电路、温度信号采集电路以及转速信号采集电路。
3.根据权利要求2所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述振动信号采集电路包括依次连接的多路信号输入通道、恒流源电路、信号调理/抗混叠滤波电路以及A/D转换电路。
4.根据权利要求2或3所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述电压信号采集电路、电流信号采集电路以及温度信号采集电路均包括依次连接的多路信号输入通道、信号调理/抗混叠滤波电路以及A/D转换电路。
5.根据权利要求2所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述转速信号采集电路包括依次连接的多路信号输入通道、保护电路以及高速计数电路。
6.根据权利要求1所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述数据采集分析装置还包括存储器，所述存储器耦接所述主处理器，用于对各种原始状态信息和分析数据进行存储。
7.根据权利要求6所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述存储器包括2个独立的1TB工业级固态硬盘，固态硬盘采用SATA或PCIE接口方式与主处理器连接。
8.根据权利要求1所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述数据采集分析装置还包括通讯模块，所述通讯模块包括均耦接主处理器的WIFI通讯子模块、以太网通讯子模块、3G/4G通讯子模块以及USB通讯子模块，用于提供多种与云计算平台或第三方平台的通讯方式，并将所述数据采集分析装置采集的原始状态信息和分析数据接入云计算平台。
9.根据权利要求1所述的应用于高速铁路机车的数据采集分析装置，其特征在于，所述数据采集分析装置还包括电源模块，所述电源模块用于给所述数据采集分析装置内各个模块供电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201720743845.9U CN206960622U (zh) | 2017-06-23 | 2017-06-23 | 应用于高速铁路机车的数据采集分析装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111257751A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-09 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 电机故障诊断设备、方法、装置及存储介质 |
| CN111824210A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-27 | 中车大连电力牵引研发中心有限公司 | 一种基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统 |
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