CN211346889U - 一种多功能数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多功能数据采集装置，通过电流‑电压信号转换模块、电荷‑电压信号转换模块和应变桥电路模块中的一种或多种，对应不同信号输出形式的模拟量传感器的使用，再经信号放大模块和数据采集装置完成模拟量信号传感器的信号采集；再者，通过串口转网口模块和网络组网模块将数字量传感器输出的信号传送至数据采集模块，完成数字量传感器的信号采集，由此，能够同时测量多种物理量，在不增加数据采集装置数量的同时降低工程测试成本，实现各种模拟量信号传感器、数字量信号传感器的信号采集。

Description

一种多功能数据采集装置

技术领域

本申请涉及电力电子技术，具体涉及工程测试技术，更具体地，涉及一种多功能数据采集装置。

背景技术

数据采集是指设备的物理量，如：温度、压力、震动等，通过相应的传感器转换成模拟电信号；数据采集装置则是将模拟电信号存储并进行预处理的设备，也是工程动态测试中的重要设备。

目前，市场上存在多种应用于工程测试的数据采集装置，通常只能连接一种物理量的一个或多个测量传感器。由于各种物理量对应的传感器之间存在输出信号类型不同、输出阻抗差异大等特性，在对工程现场的多种物理量进行测试时，现有的单台的数据采集装置无法满足实际工程测试要求；当使用多台数据采集装置实现多种物理量的数据采集时，又会给装置的连接布置以及信号的传输等带来麻烦，在提高装置使用成本的同时，极大地增加了数据采集的难度，降低数据采集的工作效率。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种多功能数据采集装置，满足工程测试中同时测量多种物理量的需求，在降低工程测试成本的基础上实现各种模拟量信号传感器、数字量信号传感器的信号采集。

一种多功能数据采集装置，包括：

阻抗匹配模块，被配置为连接到模拟量传感器进行阻抗匹配；

电压信号转换单元，连接所述阻抗匹配模块，用于将接收到的模拟量传感器经由所述阻抗匹配模块输出的模拟传感信号转换为第一电压信号；

信号放大模块，连接所述电压信号转换单元，用于将所述第一电压信号放大或衰减并输出第二电压信号；

串口转网口模块，被配置为连接到数字量传感器，从串行接口接收数字量传感器的输出信号并转换为适于网络传输的数字传感信号；

网络组网模块，连接所述串口转网口模块，接收并传送所述数字传感信号；

数据采集模块，连接所述信号放大模块和网络组网模块，用于接收所述的第二电压信号和所述数字传感信号并向上位机进行传输。

进一步地，所述电压信号转换单元包括：电流-电压信号转换模块、电荷-电压信号转换模块和应变桥电路模块中的至少一个。

进一步地，所述阻抗匹配模块、电流-电压信号转换模块、电荷-电压信号转换模块和应变桥电路模块的安装均设置为外挂式。

进一步地，所述阻抗匹配模块包括：

第一运算放大器；

第一电阻，耦接在第一端和所述第一运算放大器的第一输入端之间；

第二电阻，耦接在所述第一运算放大器的第一输入端和输出端之间；

第三电阻，耦接在第二端和所述第一运算放大器的第二输入端；

第四电阻，耦接在所述第一运算放大器的第二输入端和接地端之间；

其中，所述第一端和所述第二端耦接所述模拟量传感器，所述第一运算放大器的输出端作为所述阻抗匹配电路模块的输出端。

进一步地，所述电流-电压信号转换模块为可调电阻，所述可调电阻的第一端耦接所述阻抗匹配模块，所述可调电阻的第二端连接到接地端，其中，所述第一端作为所述电流-电压信号转换模块的输出端。

进一步地，所述电荷-电压信号转换模块包括：

第二运算放大器，反相输入端耦接第三端；

第五电阻，第六电阻、第一电容和第二电容依次并联于所述第二运算放大器的反相输入端和接地端之间；

第七电阻，耦接所述第二运算放大器的反相输入端和输出端；

第三电容，并联所述第七电阻；

其中，所述第三端耦接所述阻抗匹配模块，所述第二运算放大器的输出端作为所述电荷-电压信号转换模块的输出端。

进一步地，所述应变桥电路模块包括：

第三运算放大器；

电桥电路，耦接所述第三运算放大器的反相输入端和同相输入端；

其中，所述第三运算放大器的输出端作为所述应变桥电路模块的输出端。

进一步地，所述电桥电路包括：

滑动变阻器，连接于第四端和接地端之间；

固定电阻，耦接所述滑动变阻器的滑片和所述第三运算放大器的同相输入端；

第一变阻器，耦接第四端；

第二变阻器，耦接所述第四端与所述第三运算放大器的反相输入端；

第三变阻器，耦接所述第一变阻器与接地端之间；

第四变阻器，耦接所述第二变阻器与接地端之间；

其中，所述第四端耦接所述阻抗匹配模块。

进一步地，所述串行接口为RS485接口或RS232式接口。

进一步地，所述网络组网模块为网络交换机。

本申请的技术方案通过所述电压信号转换模块将不同模拟量传感器经所述阻抗匹配模块输出的多种模拟传感信号转换为第一电压信号，经所述信号放大模块放大或衰减成第二电压信号并传送至所述数据采集模块中；再通过所述串口转网口模块将从串口接口接收到的由数字量传感器输出的输出信号转换为适于网络传输的数字传感信号并经网络组网模块传送出至数据采集模块，由此，数据采集模块将所述第二电压信号和所述数字传感信号向上位机进行传输，满足工程测试中同时测量多种物理量的需求，在降低工程测试成本的基础上实现各种模拟量信号传感器、数字量信号传感器的信号采集。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本申请实施例的数据采集装置的示意图；

图2是本申请实施例的阻抗匹配模块的电路图；

图3是本申请实施例的电荷-电压信号转换模块的电路图；

图4是本申请实施例的应变桥电路模块的电路图；

图5是本申请实施例的信号放大模块的电路图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本申请实施例的数据采集装置的示意图。如图1所示，本实施例的装置包括阻抗匹配模块1、电压信号转换模块、信号放大模块5、串口转网口模块6、网络组网模块7和数据采集模块8。其中，阻抗匹配模块1连接至少一种测量物理量如振动量、温度、压力、速度等的模拟量传感器并输出模拟传感信号如电流、电压或电阻，减少或避免模拟量传感器输出的信号的失真或衰减。电压信号转换模块包括外挂式的电流- 电压信号转换模块2、外挂式的电荷-电压信号转换模块3以及外挂式的应变桥电路模块4中的至少一种，便于根据传感器的类型选择其中一种使用，而且上述的电压信号转换模块通过一套便捷的公母航空接头连接阻抗匹配模块1并将模拟传感信号转换为统一标准范围如-10V～10V量程的第一电压信号。信号放大模块5也采用上述的公母航空接头连接电压信号转换模块，接收第一电压信号并将其放大或衰减为第二电压信号。串口转网口模块6连接数字量传感器并将从串行接口如RS485串行接口或RS232串行接口接收到的由数字量传感器输出的信号转换为适于网络传输的数字传感信号。网络组网模块7可以是网络交换机，连接串口转网口模块6，接收并传送所述数字传感信号。数据采集模块8，连接信号放大模块5和网络组网模块7，用以接收第二电压信号和数字传感信号并向上位机进行传输，传输的同时也可以对上述信号中的数据进行存储。由此，本实施例无需多个数据采集装置即实现对多种不同的模拟量传感器和数字量传感器采集的信号进行采集，满足工程测试中同时测量多种物理量的需求，在不增加数据采集装置数量、降低工程测试成本的基础上实现各种模拟量信号传感器、数字量信号传感器的信号采集。

其中，上述的网络交换机可以采用Quidway S1700-8型交换机；数据采集模块8可以采用网口通讯的24位同步数据采集卡，如型号为 G01NET-24的数据采集卡；串口转网口模块6、网络组网模块7与数据采集模块8之间采用网线连接，实现数字量传感器输出的信号中的数据传输。

图2是本申请实施例的阻抗匹配模块的电路图。如图2所示，在本实施例中，阻抗匹配电路模块1由运算放大器A1、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24组成。电阻R21耦接在a端和运算放大器A1的同相输入端。电阻R22耦接在运算放大器A1的同相输入端与输出端之间。电阻R23耦接在b端和运算放大器A1的反相输入端之间。电阻R24耦接在运算放大器A1与接地端之间。其中，a端和b端耦接模拟量传感器且运算放大器A1的输出端为阻抗匹配模块1的输出端。在一种可选的实施方式中，运算放大器A1采用OP07系列芯片。

本申请实施例中的电流-电压信号转换模块2采用可调电阻。可调电阻的第一端耦接阻抗匹配模块1，第二端连接接地端，且上述的第一端也作为电流-电压信号转换模块2的输出端。由此，上述的电流-电压信号转换模块2将输出信号形式为电流的模拟量传感器的经阻抗匹配模块1输出的模拟传感信号转换为第一电压信号。

图3是本申请实施例的电荷-电压信号转换模块的电路图。如图3 所示，在本实施例中，电荷-电压信号转换模块3包括运算放大器A2、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电容C31、电容C32和电容C33。运算放大器A2的反相输入端耦接c端，输出端作为电荷-电压信号转换模块 3的输出端，其中c端耦接阻抗匹配模块1。电阻R31、电阻R32、电容 C31和电容C32依次并联于运算放大器A2与接地端之间，电容C33和电阻R33分别并联于运算放大器A2的反相输入端与输出端之间。在一种可选的实施方式中，运算放大器A2采用OPA11M芯片。由此，上述的电荷- 电压信号转换模块3将输出信号形式为电荷的模拟量传感器的经阻抗匹配模块1输出的模拟传感信号转换为第一电压信号。

图4是本申请实施例的应变桥电路模块的电路图。如图4所示，在本实施例中，应变桥电路模块4包括电桥电路41和运算放大器A3。运算放大器A3的同相输入端、反相输入端分别耦接电桥电路41，正电源端耦接电源VCC，负电源端耦接电源VDD。电桥电路41被配置为全桥电路，包括滑动变阻器R41、固定电阻R42、变阻器R43、变阻器R44、变阻器R45和变阻器R46。滑动变阻器R41连接于d端和接地端之间。固定电阻R42耦接滑动变阻器R41的滑片和运算放大器A3的同相输入端。变阻器R43耦接d端和变阻器R45。变阻器R44耦接d端与运算放大器 A3的同相输入端。变阻器R45耦接变阻器R43和接地端。变阻器R46耦接运算放大器A3的反相输入端和接地端。其中，上述的d端耦接阻抗匹配模块1。由此，上述的应变桥电路模块4将输出信号形式为电阻的模拟量传感器的经阻抗匹配模块1输出的模拟传感信号转换为第一电压信号。

图5是本申请实施例的信号放大模块的电路图。如图5所示，在本实施例中，信号放大模块5包括运算放大器A4、运算放大器A5、运算放大器A6、电容C51、电容C52、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻 R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、滑动变阻器R510、电阻R511以及电阻R512。其中，电阻R51耦接e端和运算放大器A4的同相输入端。电容C51耦接运算放大器A4的同相输入端与接地端。电阻R55耦接运算放大器A4的反相输入端和输出端。电阻R53耦接运算放大器A4的输出端和运算放大器A6的同相输入端。电阻R56耦接运算放大器A4的反相输入端和运算放大器A5的反相输入端。电阻R52耦接f端和运算放大器A5的同相输入端。电容C52耦接运算放大器A5 的同相输入端与接地端。电阻R57耦接运算放大器A5的反相输入端和输出端。电阻R58耦接运算放大器A5的输出端和运算放大器A6的反相输入端。滑动变阻器R510串接于电阻R59与电阻R511之间，且滑动变阻器的滑片连接接地端。电阻R59耦接滑动变阻器R510和运算放大器A6 的同相输入端。电阻R511耦接滑动变阻器R510和运算放大器A6的反相输入端。电阻R54耦接运算放大器A6的同相输入端和输出端，电阻R512 耦接运算放大器A6的反相输入端与接地端。其中，上述的e端、f端耦接电压信号转换单元，运算放大器A6的输出端作为信号放大模块5的输出端。由此，电压信号转换单元输出的第一电压信号经信号放大模块5 放大或衰减为第二电压信号，进而实现模拟量传感器经阻抗匹配模块1 输出的模拟传感信号的放大或衰减，便于数据采集模块8对模拟传感器测量的物理量的信号的采集。

本申请的技术方案通过电流-电压信号转换模块、电荷-电压信号转换模块和应变桥电路模块中的一种或多种，对应不同信号输出形式的模拟量传感器的使用，再经信号放大模块和数据采集装置完成模拟量信号传感器的信号采集；再者，通过串口转网口模块和网络组网模块将数字量传感器输出的信号传送至数据采集模块，完成数字量传感器的信号采集。因此，本申请实施例的数据采集装置能够同时测量多种物理量，在不增加数据采集装置数量的同时降低工程测试成本，实现各种模拟量信号传感器、数字量信号传感器的信号采集。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、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 (10)

1.一种多功能数据采集装置，其特征在于，所述装置包括：

阻抗匹配模块，被配置为连接到模拟量传感器进行阻抗匹配；

电压信号转换单元，连接所述阻抗匹配模块，用于将接收到的模拟量传感器经由所述阻抗匹配模块输出的模拟传感信号转换为第一电压信号；

信号放大模块，连接所述电压信号转换单元，用于将所述第一电压信号放大或衰减并输出第二电压信号；

串口转网口模块，被配置为连接到数字量传感器，从串行接口接收数字量传感器的输出信号并转换为适于网络传输的数字传感信号；

网络组网模块，连接所述串口转网口模块，接收并传送所述数字传感信号；

数据采集模块，连接所述信号放大模块和网络组网模块，用于接收所述的第二电压信号和所述数字传感信号并向上位机进行传输。

2.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述电压信号转换单元包括：电流-电压信号转换模块、电荷-电压信号转换模块和应变桥电路模块中的至少一个。

3.根据权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配模块、电流-电压信号转换模块、电荷-电压信号转换模块和应变桥电路模块的安装均设置为外挂式。

4.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配模块包括：

第一运算放大器；

第一电阻，耦接在第一端和所述第一运算放大器的第一输入端之间；

第二电阻，耦接在所述第一运算放大器的第一输入端和输出端之间；

第三电阻，耦接在第二端和所述第一运算放大器的第二输入端；

第四电阻，耦接在所述第一运算放大器的第二输入端和接地端之间；

其中，所述第一端和所述第二端耦接所述模拟量传感器，所述第一运算放大器的输出端作为所述阻抗匹配电路模块的输出端。

5.根据权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述电流-电压信号转换模块为可调电阻，所述可调电阻的第一端耦接所述阻抗匹配模块，所述可调电阻的第二端连接到接地端，其中，所述第一端作为所述电流-电压信号转换模块的输出端。

6.根据权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述电荷-电压信号转换模块包括：

第二运算放大器，反相输入端耦接第三端；

第五电阻，第六电阻、第一电容和第二电容依次并联于所述第二运算放大器的反相输入端和接地端之间；

第七电阻，耦接所述第二运算放大器的反相输入端和输出端；

第三电容，并联所述第七电阻；

其中，所述第三端耦接所述阻抗匹配模块，所述第二运算放大器的输出端作为所述电荷-电压信号转换模块的输出端。

7.根据权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述应变桥电路模块包括：

第三运算放大器；

电桥电路，耦接所述第三运算放大器的反相输入端和同相输入端；

其中，所述第三运算放大器的输出端作为所述应变桥电路模块的输出端。

8.根据权利要求7中所述的装置，其特征在于，所述电桥电路包括：

滑动变阻器，连接于第四端和接地端之间；

固定电阻，耦接所述滑动变阻器的滑片和所述第三运算放大器的同相输入端；

第一变阻器，耦接第四端；

第二变阻器，耦接所述第四端与所述第三运算放大器的反相输入端；

第三变阻器，耦接所述第一变阻器与接地端之间；

第四变阻器，耦接所述第二变阻器与接地端之间；

其中，所述第四端耦接所述阻抗匹配模块。

9.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述串行接口为RS485接口或RS232式接口。

10.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述网络组网模块为网络交换机。

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