CN214675091U - 信号处理电路及数据采集模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种信号处理电路，应用于传感器数据采集过程，包括恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC；其中，所述恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC串联，所述信号处理电路与传感器连接；所述恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路中的一个或多个分别并联有开关。本实用新型利用与各电路处理模块并联的开关的开闭来设定信号处理通道中电路处理模块的不同组合，可以灵活地根据实际场景和要求来设定，同时适用于噪音信号和振动信号的处理，实现了功能的二合一，极大降低了电路设计的成本。

Description

信号处理电路及数据采集模组

技术领域

本实用新型涉及信号处理技术领域，尤其涉及信号处理电路。

背景技术

机械设备，包括动力、液压等系统，其核心部件发生故障时主要反映在振动和噪声方面。因此，机械设备的故障检测需要用到振动传感器和噪音传感器。

目前，振动传感器和噪音传感器采集数据常用的信号处理电路主要有恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路和RC(Resistor-Capacitance，电阻-电容)滤波电路等。一般根据需要将其中若干种电路进行排列组合，且恒流源和隔直电路单独封装成一个设备，而抗混叠滤波电路和RC滤波电路等处理电路则设计在采集器上。

由于振动传感器和噪音传感器所需的信号处理电路不同，振动传感器数据采集一般需要加IEPE(Integral Electronic Piezoelectric，压电集成电路)恒流源设备，同时需要多通道的高速ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟数字转换器)进行模拟量的采集，而噪音传感器数据采集不需要恒流源。而且，不同场景下振动或噪声传感器数据采集所需的信号处理电路也不同。

现有的信号处理电路只能适用一种场景需求，无法应对各种不同的场景，灵活性欠佳。在不同场景下需要使用不同的信号处理电路进行采集数据的处理，增加了成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种信号处理电路，用以解决现有技术中信号处理电路只能适应单一场景的缺陷，实现不同场景下的电路复用。

本实用新型提供一种信号处理电路，应用于传感器数据采集过程，所述信号处理电路包括恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC；

其中，所述恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC串联，所述信号处理电路与传感器连接；

所述恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路中的一个或多个分别并联有开关。

根据本实用新型提供的信号处理电路，所述恒流源与所述隔直电路串联，所述隔直电路与所述抗混叠滤波电路串联，所述抗混叠滤波电路与所述RC滤波电路串联，所述RC滤波电路和所述ADC串联。

根据本实用新型提供的信号处理电路，所述恒流源与所述传感器连接。

根据本实用新型提供的信号处理电路，所述恒流源并联有第一开关，所述隔直电路并联有第二开关。

根据本实用新型提供的信号处理电路，所述抗混叠滤波电路并联有第三开关，所述RC滤波电路并联有第四开关。

本实用新型还提供一种数据采集模组，包括传感器以及上述信号处理电路；所述传感器与所述信号处理电路连接，所述传感器向所述信号处理电路输送模拟信号。

根据本实用新型提供的数据采集模组，所述传感器包括振动传感器。

根据本实用新型提供的数据采集模组，所述传感器包括噪音传感器。

本实用新型还提供一种数据采集模组，包括采集基板以及上述的信号处理电路；所述恒流源、所述隔直电路、所述抗混叠滤波电路、所述RC滤波电路以及所述ADC分别集成在所述采集基板上。

根据本实用新型提供的数据采集模组，所述开关集成在所述采集基板上。

本实用新型提供的信号处理电路，通过与各电路处理模块并联的开关灵活实现电路处理模块的不同组合，适用于多种应用场景，对噪音信号和振动信号的处理均适用，实现了功能的多合一，极大降低了电路设计的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的信号处理电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1描述本实用新型实施例的信号处理电路。该信号处理电路应用于传感器数据采集过程，包括恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC；其中，恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC串联，信号处理电路与传感器连接；恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路和RC滤波电路中的一个或多个分别并联有开关。

其中，恒流源为能输出恒定电流的电源，可以为IEPE(Integrated ElectronicsPiezo-Electric，压电集成电路)恒流源，但不限于这种类型。IEPE是一种自带电量放大器或电压放大器的加速度传感器。

隔直电路为隔绝输入信号中的低频或直流信号的电路，用于向后续电路提供高频或交流信号。

抗混叠滤波电路是一个低通滤波器，用来降低输入信号中的混叠频率分量。

RC滤波电路是一个低通滤波器，用于把输入信号中的较高频率的信号分量旁路掉。

此外，可以根据实际需要，向信号处理电路中添加其他电路处理模块。

传感器可以为振动传感器或噪音传感器。

振动传感器用于检测振动信号，并将振动信号发送给信号处理电路进行信号处理。

噪音传感器用于检测噪音信号，并将噪音信号发送给信号处理电路进行信号处理。

本实施例不仅限于这两种传感器，对其他模拟量输入的传感器都可以适用，如位移传感器和压力传感器等。

恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC之间的串联顺序根据实际需要确定，本实施例对各电路处理模块的串联顺序不做限定。

为了实现各电路处理模块之间的灵活组合，根据需要从中选择若干电路处理模块分别并联一个开关。

若开关断开，则与该开关并联的电路处理模块为连通状态，参与对采集数据的信号处理；若开关闭合，则与该开关并联的电路处理模块为短路状态，不对采集数据进行信号处理。

用户根据实际的工况要求，判断接入信号处理电路的传感器的类型，将相应类型的传感器接入信号处理电路。然后用户根据传感器类型和实际需要手动更改信号处理电路中各开关的开闭。根据信号处理电路中各开关的开闭形成一条信号处理通道，传感器的数据经过信号处理通道，实现对采集数据的信号处理。

本实施例通过利用与各电路处理模块并联的开关灵活实现电路处理模块的不同组合，同时适用于多种应用场景，极大降低了电路设计的成本。

如图1所示，在上述实施例的基础上，在本实施例中恒流源与隔直电路串联，隔直电路与抗混叠滤波电路串联，抗混叠滤波电路与RC滤波电路串联，RC滤波电路和ADC串联。

具体地，本实施例限定了信号处理电路中各电路处理模块的串联顺序。根据与各电路处理模块并联的开关的断开和闭合情况，传感器的采集数据按照各电路处理模块的串联顺序，依次经过其中的一个或多个电路处理模块。

例如，在与各电路处理模块并联的开关都断开的情况下，传感器信号进入该信号处理电路后，首先通过恒流源，然后依次经过隔直电路、抗混叠滤波电路和RC滤波电路，最后通过ADC转换后进入后续处理电路。

此外，恒流源位于信号处理电路的最前端，隔直电路、抗混叠滤波电路和RC滤波电路的串联位置可以根据需要进行任意互换。

例如，串联顺序依次为恒流源、RC滤波电路、抗混叠滤波、电路隔直电路和ADC。或者依次为恒流源、抗混叠滤波、RC滤波电路、电路隔直电路和ADC。

在上述实施例的基础上，在本实施例中所述恒流源与所述传感器连接。

具体地，在恒流源没有并联开关的情况下，恒流源直接与传感器进行连接，传感器信号首先输入到信号处理电路中的恒流源中。

在恒流源有并联开关的情况下，恒流源与开关并联后与传感器连接。为了实现恒流源与传感器的连接，与恒流源并联的开关断开，恒流源不短路。

在上述实施例的基础上，在本实施例中恒流源并联有第一开关，隔直电路并联有第二开关。

具体地，当第一开关或第二开关断开时，与第一开关或第二开关并联的恒流源或隔直电路接入该信号处理电路，对传感器的采集数据进行信号处理。

当第一开关或第二开关闭合时，与第一开关或第二开关并联的恒流源或隔直电路短路，不对传感器的采集数据进行信号处理，传感器的采集数据通过第一开关或第二开关所在线路后进入后续信号处理电路。

本实施例对抗混叠滤波电路和RC滤波电路是否并联开关不作限定。

用户通过对第一开关和第二开关进行断开或闭合操作，选择恒流源和隔直电路是否与抗混叠滤波电路和RC滤波电路进行组合，以匹配实际工况要求。

例如，当实际工况需要检测振动信号时，用户在该信号处理电路中接入振动传感器，同时断开第一开关，此时恒流源接入信号处理电路，向振动传感器提供恒定电流。第二开关接通，与第二开关并联的隔直电路短路，不进行信号处理。

当实际工况需要检测噪音信号时，用户在该信号处理电路中中接入噪音传感器，同时闭合第一开关，此时恒流源部分短路，噪音信号经过第一开关所在线路进入后续信号处理电路。第二开关接通，与第二开关并联的隔直电路短路，不进行信号处理。

在上述实施例的基础上，在本实施例中抗混叠滤波电路并联有第三开关，RC滤波电路并联有第四开关。

具体地，本实施例对信号处理电路中的每个电路处理模块都分别设置一个并联开关。当任一开关断开时，与该开关并联的电路处理模块接入该信号处理电路，对传感器的采集数据进行信号处理；当任一开关闭合时，与该开关并联的电路处理模块短路，不对传感器的采集数据进行信号处理，传感器的采集数据通过第一开关所在线路后进入后续信号处理电路。

用户通过对第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关进行断开或闭合操作，对恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路和RC滤波电路进行组合，以匹配实际工况要求。

例如，当信号处理电路中接入振动传感器时，断开第一开关，此时恒流源接入信号处理电路，向振动传感器提供恒定电流。第二开关接通，与第二开关并联的隔直电路短路，不进行信号处理。第三开关和第四开关根据要处理的信号中干扰信号的频谱分布选择是否接入。

当信号处理电路中接入噪音传感器，同时闭合第一开关，此时恒流源部分短路，噪音信号经过第一开关所在线路进入后续信号处理电路。第二开关接通，与第二开关并联的隔直电路短路，不进行信号处理。第三开关和第四开关根据要处理的信号中干扰信号的频谱分布选择是否接入。

恒流源用于向传感器提供恒定电流，隔直电路用于滤除输入信号中的直流分量，抗混叠滤波电路用于滤除输入信号中特定频率的交流信号分量，RC滤波电路用于滤除低频的交流分量。

通过第一开关能够根据传感器的需要为传感器提供恒定电流。通过第二开关、第三开关和第四开关的状态组合能够根据需要对振动、噪音或其他模拟量信号进行相应调理。

本实用新型实施例提供一种数据采集模组，包括传感器以及上述各信号处理电路；所述传感器与所述信号处理电路连接，所述传感器向所述信号处理电路输送模拟信号。

其中，本实施例中信号处理电路的描述参考上述信号处理电路的实施例，在此不再赘述。

本实施例对传感器的类型不作限定，只要传感器的信号为模拟信号即可。

传感器将模拟信号输入到信号处理电路中进行相应处理。

本实施例通过信号处理电路中与电路处理模块并联的开关灵活实现电路处理模块的不同组合，然后将传感器与信号处理模块进行连接，可以根据不同传感器的需要对开关进行闭合或打开，适用于多种应用场景，极大降低了电路设计的成本。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述传感器包括振动传感器。

可选地，在与信号处理电路连接的传感器为振动传感器时，通过并联开关，将恒流源接入电路，隔直电路不接入电路，抗混叠滤波电路和RC滤波电路根据要处理的信号中干扰信号的频谱分布选择是否接入。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述传感器包括噪音传感器。

可选地，在与信号处理电路连接的传感器为噪音传感器时，通过并联开关，将恒流源和隔直电路不接入电路，抗混叠滤波电路和RC滤波电路根据要处理的信号中干扰信号的频谱分布选择是否接入。

本实用新型实施例提供一种数据采集模组，包括采集基板以及上述信号处理电路；所述恒流源、所述隔直电路、所述抗混叠滤波电路、所述RC滤波电路以及所述ADC分别集成在所述采集基板上。

本实施例将恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC都集成到一个采集基板中，不需要再携带额外的电路处理模块，携带方便。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述开关集成在所述采集基板上。

本实施例不仅将各信号处理模块集成到采集基板上，还将与各信号处理模块并联的开关基础到采集基板上，携带方便。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种信号处理电路，应用于传感器数据采集过程，其特征在于，所述信号处理电路包括恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC；

其中，所述恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路、RC滤波电路和ADC串联，所述信号处理电路与传感器连接；

所述恒流源、隔直电路、抗混叠滤波电路和RC滤波电路中的一个或多个分别并联有开关。

2.根据权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述恒流源与所述隔直电路串联，所述隔直电路与所述抗混叠滤波电路串联，所述抗混叠滤波电路与所述RC滤波电路串联，所述RC滤波电路和所述ADC串联。

3.根据权利要求2所述的信号处理电路，其特征在于，所述恒流源与所述传感器连接。

4.根据权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，所述恒流源并联有第一开关，所述隔直电路并联有第二开关。

5.根据权利要求4所述的信号处理电路，其特征在于，所述抗混叠滤波电路并联有第三开关，所述RC滤波电路并联有第四开关。

6.一种数据采集模组，其特征在于，包括传感器以及权利要求1-5任一项所述的信号处理电路；所述传感器与所述信号处理电路连接，所述传感器向所述信号处理电路输送模拟信号。

7.根据权利要求6所述的数据采集模组，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。

8.根据权利要求6所述的数据采集模组，其特征在于，所述传感器包括噪音传感器。

9.一种数据采集模组，其特征在于，包括采集基板以及权利要求1-5任一项所述的信号处理电路；所述恒流源、所述隔直电路、所述抗混叠滤波电路、所述RC滤波电路以及所述ADC分别集成在所述采集基板上。

10.根据权利要求9所述的数据采集模组，其特征在于，所述开关集成在所述采集基板上。

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