CN88100520A - 用于诊断监视的灵活传感器系统 - Google Patents

Abstract

部件传感器监视系统，包括传感器和位于设备不同位置处并与传感器相邻的部件。稍加预调节的模拟传感器信号的模/数转换前进行多路转换、滤波并调整以产生将存入数据存储器的数字采样。数据采集计算机也根据控制器的命令控制传感器、增益等的选择。数字信号处理器收集数据，进行处理并送至控制器进行分析，检验传感器产生故障的可能性。对传感器信号处理后，控制器就将适当的命令传输到数据采集计算机，以选择下一个传感器。

Description

本发明涉及分布的数据采集，处理和分析系统，该系统用传感器进行连结诊断监视，並当传感器所监视的部件出现异常时由一远程处理器向操作员报警（该警报指出一个实际的或潜在的故障）而不必用远程处理器对诊断信号作进一步的处理和分析。

传统的部件监视系统是集中管理的系统，其中计算机直接与远程安装的传感器连接，这些传感器监视整个处理设备中的主要设备部件，例如一个核动力设备。在这些系统中，远程处理器监视传感器的状态，以确定部件的状态。在这些传统的系统中，计算机要花费大量的时间处理和分析传感器信号，因而限制了可被监视的传感器/部件的数量。有两种当前流行的方法用来实现设备部件诊断监视。第一种方法是在中央单元对设备中的全部传感器数据进行处理。中央监视器一次处理并分析一个传感器信号，并当要求维护时向操作员报警。这种装备的优点是大量传感器处理和分析仪器全部定位于合适的位置，而同时也存在一些缺点。当前的诊断算法是根据传感器信号到一系列数字的转换，并使用集中的数字信号处理算法对这些数字进行计算分析，例如频谱分析。甚至使用现代的数字计算机系统，在需要大范围的数字信号处理算法时，可被监视的传感器数量也是有限的。只将仪器定位于中央位置来实现多传感器诊断监视的另一个缺点是每个传感器的敷 设电缆费和实现多传感器数据通讯方案时每个传感器所用交换机费用。对于安装在一个现有或新的动力设备中的系统来说，任何敷设电缆问题都是非常重要的。此外，因为用于整个设置中传感器的布线长度不同，对于每个不同的传感器类型需要具有不同信号调节参数的信号修整电路，从而进一步加重了维护问题。

第二种方法使用可移动的监视器，例如由服务人员携带计算机或模拟记录设备，穿行整个设备，以记录从部件传感器中输出的数据。这种方法需要大量服务人员，而不是设备投资。

利用各种各样的传感器对主要设备部件进行诊断监视的技术已经证明它在设备部件（例如泵，阀和电机）上达到高效率和降低维护费用方面是有用的。当得知部件工作正常时，诊断监视一般记录下被处理的传感器数量，并注意该数量的变化。这些变化在故障发生之前就能观测到，并可能多次诊断出准确的问题。因此，一个利用诊断监视的服务机构在故障发生之前将有可能去订购所需要的部件并安排维修。

本发明的一个目的是配置部件监视和诊断处理及分析，让一个远程计算机将其有限的资源提供给诊断监视系统控制的操作员的接口。

本发明有利于（1）改进处理设备中的诊断监视;（2）可以任意增加传感器数量，并且，可由一个单一的远程处理器监视设备部件;（3）任选一个可以使用复杂传感器信号分析技术的系统，而不必牺牲去监视许多传感器和部件的能力;（4）有利于减少与设备部件监视系统有关的维护费用;（5）改进设备利用率，可靠性和概率寿命，减少设备布线，便于设备部件监视扩展，在同一时间保持监视至少两种信号的能力。

本发明按它的主要结构类型来说属于分布的数据采集（其中，从多个传感器输出的模拟信号被处理）和所连接的灵活传感器系统，该系统用于处理并分析监视一个部件的一个或多个传感器所输出的传感器信号，所述系统包括：用于将传感器信号转换为数字采样的转换装置;其特征为选择，调节和多路传输装置，该装置用于调节和选择一个传感器，并调节从选择的传感器发出的传感器信号;信号分析装置，用于处理和分析数字采样，如果采样的传感器发生故障则用于监视;以及控制装置，用于标明选择，调节传感器信号的采集，指明对数字采样所进行的分析类型，执行传感器信号分析，以确定未决传感器或部件故障，并将分析结果传送到远程处理器。

下文所描述的是一个灵活的传感器系统，它包括分布于部件传感器附近位置的全部设备部件监视，这些部件传感器是被分析的信号之源。作过最低限度预处理的模拟传感器信号用多路传输，并由传感器信号预处理部分作进一步调节，在传感器信号被加到数据采集部分之前，该预处理部分调整增益并将传感器信号滤波。数据采集部分根据从控制部分发出的命令也控制传感器的选择，增益等。数据采集部分将模拟信号转换为数字采样，并使用直接存储器存取技术将其存入数字信号处理部分的数据存储器。一旦收集了足够的传感器数据，数字信号处理部分便使用已知的数字信号处理技术进行适当的处理。可以将控制部分的新程序下装入，以改变处理程序。一旦处理完毕，数字信号处理部分将结果传到控制部分，由控制部分确定分析技术是否正常操作装置部件，例如将平均传感器信号与阈值比较而作出确定。然后，控制部分可以向远程处理器发送一个警告信息。一旦传感器信号被处理，控制部分向数据采集部分发送一条适当的命令，以选择下一个或一对传感器。

下面由实例方法给出优选装置的描述及其附图，可以对本发明作更详细的了解。

图1包括图1A至1C，是灵活传感器系统10的部件的框图;

图2包括图2A和2B，是图1中信号调节装置40之一的详图;

图3表示图1的数据采集部分20的详图;

图4是图3的直接存取控制电路的详图;

图5A至5F表示由图3的采样控制计算机50执行的处理;

图6表示图1中数字信号处理部分22的详图;

图7A至7E表示由图6的数字信号处理器70所作的处理;

图8是图1中控制部分16的详图;以及

图9AI至9E表示由图8的控制处理器24所执行的处理。

图1中包含图1A至1C所示的灵活传感器系统10位于部件传感器12和远程处理器14之间。灵活传感器系统10从模拟，可变频率或数字传感器12中采集调节的静态和动态信号，并在本地执行必要的信号处理和分析，以确定由传感器12监视的部件的情况。灵活传感器系统10将适当的分析结果送至远程处理器14，该处理器从若干个不同灵活传感器系统模件接收结果。远程处理器14从而摆脱了将传感器信号采样，处理和分析的艰巨任务，由此而增强了它的诊断监视能力和灵活性。灵活传感器系统10包括四个不同的部分：控制部分16，传感器预处理部分18，数据采集部分20和数字信号处理部分22。

控制部分16（图1C）通过命令控制传感器12之间的全部接口和转换，同时也与远程处理器14进行通讯，这些命令是由控制处理器24发出的，并传输到其它几个部分。控制部分16包括程序和数据存储器26，用于存储与控制灵活传感器系统10有关的控制程序，而数据存储器用于存储传输到远程处理器或下装入的程序的数据。数字模拟转换器28可以产生一个检测信号，该信号被耦合到传感器预处理部分18，以验证系统10的数据采集部分20分段的校准度。控制处理器24通过通讯接口30与远程处理器14通讯。控制处理器24也通过通讯接口30与本地处理器74通讯。维护技术人员利用本地处理器74诊断系统10和传感器12的问题，或应用于没有远程处理器14而由灵活传感器系统10周期检索数据的地方。处理器25也可以通过传感器数据干线进行通讯。传感器干线允许几个灵活传感器系统10与远程处理器14之间通过一个单通信链路进行通讯，由此而进一步减少被覆电缆布线长度，并便于扩展。控制处理器24通过本地并行和串行数据总线分别与数字信号处理部分22和数据采集部分20进行本地通讯。控制处理器24可以接收从远程处理器14或本地处理器74装入的程序，并将这些程序装入到自己的存储器或数字信号处理器部分存储器72中。控制处理器24也命令数字信号处理部分22和数据采集部分20改变运算方式。

传感器预处理部分18（图1A）起着为数据采集部分20发送并调节传感器信号的作用。传感器预处理部分18包括至少两个传感器处理模件40，每一模件均可调节多个传感器12的信号。传感器12连接到输入多路转换器42，这些转换器将一个选好的传感器信号耦合到一个增益和滤波特性可调整的增益低通滤波器44，该滤波器由转换装置46启动。滤波器44的增益和截止频率由数据采集部分20的数字控制字调整。数字脉冲传感器信号和可变频率数字传感器信号（例如从转速表输出的信号）直接由传感器预处理部分18送到控制处理器24。控制处理器24直接监视这些类型的信号。

在采样控制计算机50的控制下，数据采集部分20（图1A和1B）利用采样和保持电路52和54采样并保持传感器信号。采样和保持电路52和54的输出被耦合到多路转换器56，由采样控制计算机50控制该转换器的转换。当要求采集一个传感器信号时，多路转换器56被固定于某一位置，而当要求时间有对应关系时，该转换器则为每次采样触发一次，以采集两个不同的传感信号。多路转换器56的输出被耦合到模拟数字转换器58，转换器58将模拟信号转换为数字采样。数字采样通过数据接口60传输到数字信号处理部分22。数据接口60执行一个或两个通道的直接存储器存取传输，将采样的传感器数据传到存储器72。

数字信号处理部分22（图1B）包括处理器70，该处理器控制处理器24发出的命令对存于存储器72中的采样数据进行数字计算处理。数字信号处理器70将根据一些著名的数字信号处理算法（例如本文中引入并参照的欧本海姆等的《数字信号处理》，普兰泰斯厅1975年版）进行运算，例如滤波，频谱分析，相关分析，比较，等等。数据处理运算的结果被送到控制处理器24，该处理器将使用著名的诊断技术（例如本文中引入并参照的《振动符号差分析及布雷敦点的声发射监视》，EPRI报告，编号EPRI    CS-1938）分析数据并确定是否出现异常情况，其方法是将预期的传感器和元件值与实际值进行比较。如果确实发生了异常情况，控制处理器24通过接口30向远程处理器14报警，或者当本地处理器连接在通讯接口30的本地端口上时向该本地处理器报警。

灵活传感器系统10可以五种不同的方式操作。远程命令方式和本地命令方式是通过一个外部设备进行系统的交互控制，例如通过远程处理器14，或通过通讯接口30发布控制命令的本地处理器74。在正常状态下，可变速方式瞬变方式是独立的操作方式，对设备部件进行监视操作，并当观测到异常传感器信号情况时只将信息传输给处理器14。

通过高速远程处理器端口或传感器数据干线从远程处理器14接收的命令将远程命令方式激活。如果命令后面伴随数据，它要么是输入存储器72软件，要么是控制与每个传感器12有关的数据上执行运算的变量。这些命令可以使灵活传感器系统10执行与传感器有关的运算，或将这类运算的结果传送到远程处理器14。

除了由本地处理器（例如便携式计算机）通过通讯接口30的本地控制口发布的控制命令之外，本地命令方式操作与远程命令方式是相似的。本地处理器可以是一个用作便携式记录器和/或服务/校准设备的便携式数字计算机。以本地命令方式操作时，远程命令方式被撤除。

正常方式是一种流行的方式，在设备部件为稳定状态的情况下工作，并且命令方式不起作用。当控制处理器24观测到几个预定的异常传感器信号情况之一时，这些情况能够预示一个故障或即将来临的故障的发生，控制处理器24将向远程处理器14报警，依次，远程处理器14可以将远程命令方式激活，以便在需要时远程处理器14能够直接控制对损坏元件的监视。一般情况下，正常方式使远程处理器14摆脱了直接传感器数据监视的艰巨任务。

可变速方式由一个外部控制器或变化探测激活，例如，由可变速 设备部件中的转速计信号激活。这种监视方式致使特定信号处理和分析程序的执行，这些程序以预定速度或速度增量监视部件传感器12。其分析结果一般立即为远程处理器所用。

每当控制处理器24识别出一个特定触发事件，就将瞬变方式激活。所谓触发事件，要么是数字输入信号中的变化，要么是部件传感器信号状态中的异常变化。在这种方式下，更经常地进行传感的信号采样，并且，特定传感器信号处理的结果将立即为远程处理器14所用。

图2，包括图2A和2B，表示图1中传感器预处理模件40之一的详图。该模件40提供截止频率的一个倍频程之内的72分贝的动态范围和10分贝的滚降。输入多路转换器80（图2B）选择七个模拟传感器信号中的一个，或根据存储在通道选择锁存器82中的通道选择信号对信号进行检测。数据采集部分的采样控制计算机50提供通道选择位。可用的输入多路转换器AD7507可从模拟设备公司中得到，并且可用的锁存器74HC373可从国家半导体公司中得到。差动传感器信号被耦合到一个可编程序的增益控制放大器，例如从模拟设备公司中得到的AD625放大器。增益控制多路转换器86，例如AD7507，通过电阻器网络88设置放大器84的增益。电阻器网络88是一个对称网络，它具有下列电阻的电阻器：20K、10K、4.99K、2.49K、1.24K、619、1.24K、619、1.24K、2.49K、4.99K、10K和20K。增益控制多路转换器86由一个增益选择锁存器90控制，该锁存器从计算机50接收比特，并可作为74HC373锁存器使用。可编程序增益控制放大器84的输出被耦合到属于多路 转换器94（图2A）的电阻器阵列92。多路转换器95通过放大器97和电阻器阵列98向第一个可编程滤波器96输出差动信号。多路转换器94和95可以是AD7507多路转换器，而电阻器阵列92和98都包括具有下列电阻值的电阻器：255K、127K、6.4K、31.6K、15.8K、7.68K、3.74K和1.69K。放大器97实际上可以是滤波器96的第一级放大器。频率选择锁存器100，例如74HC373，从数据采集部分20的采样控制计算机50接收频率选择控制位，以控制多路转换器94和95对输入电阻器92和输出电阻器98的选择。传感器信号由低通可编程6极滤波器92、102和104滤波，例如国家半导体公司的MF6-50滤波器或更加稳定的MF60型滤波器。多路转换器106（例如RCA74HC4051）产生的时钟信号控制可编程滤波器96、102和104的截止频率及滚降特性。时钟频率是截止频率的50倍。多路转换器106从一兆赫时钟108（例如代尔公司的XO-438）和分频器110至116（例如摩托罗拉公司的MM74HC73和MC14018B）提供的各种时钟信号中作选择。

滤波和增益受控的传感器信号被耦合到图3的采样和保持电路52和54中的一个，它们可以是模拟设备公司的AD585。控制处理器24产生采样和保持脉冲。采样控制计算机50（例如英特尔公司的8751）经过数据采集控制通道总线136，并通过共用通用异步接收发送器（UART）137接收从控制处理器24而来的命令和采样时钟信号。采样控制计算机50通过锁存器使能译码器138锁存由数据总线140传输到传感器预处理部分18的锁存器82，90和100的通道，增益和频率选择位。译码器138是已知的3进8出译码器。采样计算机50也控制多路转换器56（可以是摩托罗拉公司的4053），以选择欲耦合到模拟数字转换器58的采样。A/D转换器58可以是模拟设备公司的AD7572。

采样控制计算机50控制转换的起始，当A/D转换器58完成一个转换时，它便向采样控制计算机50作出指示。A/D转换器58的输出通过数据总线146传输到数据锁存器148（例如74HC373）。计算机50也根据通过数据采集控制通道136从控制处理器24接收的起始地址输出一个适宜的地址，该地址存于地址锁存器150中（也可以是74HC373锁存器）。数据和地址存入锁存器148和150之后，直接存储器存取（DMA）控制电路152被激活，以根据锁存器150中的地址将锁存器148中的数据传输到数字信号处理部分22的存储器72中的存储单元。DMA传输可以200千赫兹的传输频率操作，即转换器58的最大采样速度。当直接存储器存取传输完成时，DMA控制电路152通知采样控制计算机50。

图4是DMA控制电路152的详图。当DMA起始信号被加到DMA控制电路152时，反相器电路154产生的输出锁存器使能信号传送到数据锁存器148，并且将D触发器156复位，指回到正在进行直接存储器存取的采样控制计算机50。DMA起始信号通过“异-或”逻辑电路158加到JK触发器160，该触发器向数字信号处理器70输出一个保持请求信号。在一个延迟之后保持应答信号通过反相器162加到D触发器164，NAND门166，随之反相器168和170产生DMA使能和DMA选片信号，并被 加到数字信号处理部分22的存储器72，这些信号必须具有至少大约100毫微秒的持续时间。该持续时间由D触发器164利用处理器70的时钟脉冲输出1信号的定时来保证。反相器170的输出也激活地址锁存器150和数据锁存器148的输出，并确认将D触发器156复位致使DMA传输完成。当与传输完成有关的时钟信号加到D触发器164时，该触发器即复位，从而预置顶触发器160，并允许处理器70恢复正常工作。

图5，包括图5A至5F，表示采样控制计算机50所执行的处理。灵活传感器10中的一个共用复位将处理器50在200处（图5A）初始化时，处理器50等待202通过数据采集控制通道总线136上的串行线接收命令。在204作出该命令是否有效的决定，如果无效，则206向控制处理器24发送一个错误信号。如果该命令指令设置传感器预处理部分18的频率选择和增益控制，则该处理向210输出适当的值。下一步，在208确定是命令单通道采样还是双通道采样。如果该命令指示单通道采样，则在214确定该命令是否指示采样和保持电路52（第一通道）应该用于A/D转换器58的输入。如果是，第一个多路转换器通道在216使能，随后218输出起始地址到地址锁存器150。该起始地址是通过数据采集和控制通道总线136从控制处理器24接收的传感器采样命令的一部分。如果选择了在220使能的第二通道，则随后从222输出起始地址。下一步，在224使能外部中断（图5B），随后是循环226，等待中断程序228设置逻辑变量。该中断程序228（图5C）仅阻止在230的外部中断，为232设置一个逻辑变量，指示出控制部分16的采样时钟信号出现于外部中断插头，并且在234返回。

下一步，A/D转换器58在236（图5B）被激活，该转换器的输出存储于锁存器148中，并且计算机50等待238处转换的完成。外部中断在240使能，随后等待242的采样时钟中断。第二个采样时钟脉冲的到达允许在前一个转换锁存进入数据锁存器148的同时于244处启动A/D转换器58。转换器58启动之后，在246开始DMA传输。当DMA完成于248（图5D）时，在250确定是否取得了控制处理器24所命令的数据点数量。如果是，则在252截止外部中断，随后在254作出指示，通知控制处理器84采样已经完成。这一指示允许控制处理器24向数字信号处理部分22发送一条命令，起动信号分析，并向数据采集部分18发送一条命令，作另一个传感器采样。如果还没有获得全部采样，从256输出一个新的直接存储器存取传输地址到地址锁存器150，随后返回到采样循环的初始处。

除了在用于直接存储器地址传输被加到地址锁存器150的同时选择多路转换器58的选择输入之外，双通道采样的处理过程与上述单通道采样操作大体相同。双通道采样命令包括两个用于DMA存储的起始地址。

首先，多路转换器通道1在258使能（图5A），随后于260将起始地址存入锁存器150。下一步，（图5E），在262截止外部中断，随后在264等待采样时钟信号。此后，A/D转换器在266启动，同时激活锁存器148，以取得最新采样，以便释放出前一个与启动有关的作废了的采样。当268的转换完成时，多路转换器56在270被使能，以便将采样从采样和保持电路54传输到转换器58。转换器58在278被激活（其中包括锁存器148的激活），随后对于事先从采样和保持电路52获得的采样在274开始DMA传输。当DMA在276完成时，一个用于多路转换器通道2的输出的新地址在278输出，该通道连接于采样和保持电路54。当事先激活的转换在280完成时（图5F），用于采样和保持电路52的多路转换器通道1在284被使能。在284将外部中断使能，然后进入中断等待循环286，而286等待采样时钟信号。当采样时钟信号到达时，转换器58在288启动，随后在290对来自多路转换器通道2的采样进行DMA传输。当DMA传输在292完成时，在294确定是否已经采集到全部采样，如果是，在296截止外部中断，并在298发送一个采样完成信息到控制处理器24。如果数据采样没有完成。在300将一个新地址存入锁存器150，该地址指示多路转换器1的采样的存储位置。

在DMA传输开始时，数字信号处理器70（图6）从数据采集部分20接收DMA保持命令，并在操作悬挂后应答该命令。可采用的数字信号处理器可从德克萨斯仪器公司得到，例如TMS-32020处理器。在DMA传输期间，写使能信号被加到RAM301，并且数据总线300上的数据采样被存储于地址总线302指示的地址。对PROM306和RAM301的正常存储器操作由等待状态控制电路304支配。德克萨斯仪器公司在《TMS32020用户手册》中描述了可用的等待状态控制电路。

当全部采样已被存入RAM301时，数字信号处理器70在从控制部分16接收一条命令之后，对这些采样执行相应的数字信号处理。用于执行该处理的控制程序初始存于可编程序只读存储器（PROM） 306中，但由于RAM301较快，从而使处理器70可以较高速度运行，因此，该控制程序由存储器306传输到RAM301。使用中断信号交换模式经并行数据总线320，并通过输出锁存器310将该处理的结果输出到控制处理器24，在该模式中，中断处理器70指示对传输到处理器24的接收的应答。用同样方式应答对处理器70的传输。输出锁存器310是一个双向锁存器，它允许一个新的数字信号处理程序及一些命令传输到数字信号处理器70。英特尔公司的可用PROM是27C64，日立公司现有的可用RAM是62256，而74HC373锁存器可以形成可用的单向和双向锁存器。

如图7A-7E所示，通过为350置一缺省值，并执行其它处理（例如上述控制程序从PROM到RAM的传输）从而使数字信号处理器70开始执行处理。此后，处理器70等待352说明命令已被存入输出锁存器310的一个中断。当该命令被接收时，即在354进行检验，以确定它是否为一条有效命令，如果不是，由356向控制处理器24发送一个出错信息。如果是一条有效命令，则在358将该命令加入一个有几条命令长的命令表。该检验包括用于一个特定传感器的选择和采样的第一条命令，例如该传感器要取128个采样，随后，由一条命令执行一项操作，例如求采样平均值，并且此后的一条命令是要将结果输出到控制处理器24。如果360和命令不是最后一条命令，则循环返回352等待下一条命令。如果360是最后一条命令，则在362按接收顺序处理命令表。全部命令经过处理后，在364向控制处理器24发送完成信息。

图7B所示循环用于处理命令表。表上第一条命令在366作处 理，随后在368确定表上是否有另一条命令。如果没有，在370返回。

图7C所示为方框366处理命令的步骤。首先，在372确定该命令是处理数据还是传送结果。如果是传送，则处理器70在374为欲传输到处理器24的数据产生一个检验总和，然后将该校验总和附到被传送的数据，并调用数据传送程序，该程序每次从处理器24接收到信息交换中断便通过锁存器310输出该数据的一个字。该程序可用一般技术写成。然后在378返回。

如果该命令不表示应该传输的结果，则在380确定该处理是否为静态处理。如果是静态处理（所谓静态处理，意即一个低于10赫兹的很低的频率信号），则根据所存传感器信号的类型在382决定用于收集的数据的数字滤波器的参数。这些参数存于一个表中，该表与具有滤波特性的传感器相关。下一步，在384执行一个适当的滤波程序，随后在386返回。

如果处理数据命令用于动态数据，则在390（图7D）确定该命令是否指定应该定义一个缓冲区。如果应该定义数字信号处理缓冲区，例如输入输出缓冲区，则在392至398确定缓冲区定义类型。在400至406根据相应命令执行相应的某些操作，随后在408至414返回。在392所作的输入缓冲区的定义确定将在何处找到数据采集部分20的数据。为了放置从单一数字信号处理操作输出的数据，必须定义一个结果缓冲区。这一定义必须在执行任何DSP命令之前作出。由于数字信号处理器70要从几个信号处理操作中求得结果平均值，为满足其数据存储则必须在396定义一个求平均缓冲区。将由数据长度命令在398设置以前所指定的全部缓冲区的长 度。

如果上述命令是一条动态数字信号处理命令，则命令的类型由将要进行的操作类型来决定（如图7E，416至426）。如果该命令是条窗口命令，则数据由适当的窗口428修改，随后在430返回。如果该命令是快速付里叶变换，则在432执行快速付里叶变换，随后在434返回。如果输入的是一条在0°和360°之间作相移的相位补偿命令，则在436执行相位补偿，随后在438返回。如果该命令指示执行一个快速付里叶逆变换，则在440执行该逆变换，随后在442返回。如果该命令是在缓冲区中累加结果，则在444累加这些结果，随后在446返回。如果命令指示将平均值置零，则在448执行，随后在450返回。如图7E的底行所示，只要向存储器306中的程序上加进一些适当的程序，即可执行其它类型的动态数字信号处理命令。

如图8所示，当输出锁存器310中的16位输出结果的任何可变数目装入数字信号处理器时，即向控制部分16的控制处理器24传送一个中断。控制处理器24最好是英特尔公司的8096处理器。地址/数据总线320上的结果通过锁存器500为控制处理器24所用。处理器24的全部操作由PROM504和RAM502控制。合适的随机存取存储器是日立公司的62256RAM，而适用的可编程序只读存储器是27C64芯片。根据通过锁存器508经地址总线传输来的地址，可以对用于检索ROM504的程序的地址以及用于检索RAM502的程序或数据的地址进行检索。地址锁存器508是一个单向锁存器，例如74HC373。程序指令或数据通过数据锁存器500传送回控制处理器24，锁存器500最好是通用的双向锁存器74HC245。

当控制处理器24需要访问外围设备时，控制处理器24通过芯片使能译码器512产生芯片使能信号。控制处理器24利用连接在通道136上的通用UART513连结将命令传输到数据采集部分20。当控制处理器需要与数字信号处理器70通讯时，这类通讯通过组合并行地址/数据总线320来执行。当控制处理器24与远程处理器14，本地输出或数据干线通讯时，这类通讯通过通讯接口30执行，该接口包括一个通讯处理器514，例如英特尔公司的具有芯片载同步通讯控制器的8044芯片。处理器514可以利用芯片载同步通讯控制器通过通用类RS422驱动器516与远程处理器通讯，该驱动器适于与连接在多个计算机上的总线接口。当通讯处理器514通过本地输出通讯时，万能异步收发两用机（例如艾克萨公司的XL88C681）与RS232线路激励器（例如马克西姆公司的MAX232）一起使用。这类通讯也可以通过传感器数据干线接口521，经传感器数据干线导向远程处理器14。

控制处理器24间或在整个系统上进行诊断测试，以确定传感器预处理部分10，数据采集部分20和数字信号处理部分22是否工作正常。为执行该测试，控制处理器24将一已知数字值装入锁存器522，通过芯片使能译码器512将锁存器内容传输到A/D转换器28，并通过数据采集控制通道总线136和地址/数据总线320传输适当的使能信号，以控制各个部分。数字模拟转换器28连接于传感器预处理部分18中输入多路转换器42的一个输入口。预定信号由传感器预处理部分18调节，由数据采集部分20采样，并由数字信号处理部分22分析。控制处理器24将测试信号分析的结果与预计的结果进行比较，每当两个值不一致时，即当差异超出了可接受的误差限度时，便发信号通知维护。

图9A为控制处理器24执行的主要过程。首先，该过程在600确定哪个外部通讯口应该激活，然后在602向该激活口发送一个复位。下一步，控制处理器24将判断对PROM504的缺省处理是否已经执行。如果没有，则在606执行包括检索存入RAM502的控制程序的缺省处理。当装入了适当的程序并确定了控制处理器24所执行的任务之后，该控制处理器便进入循环，以控制数据采样。

在循环起始处，控制处理器24在608检查一个传感器采样序列表，以确定下一个处理的传感器任务。该序列表事先存入PROM504，或可以从处理器14下装入，该表包括增益及截止频率的设置，多路转换器通道的设置，必要的采样数目，以及采样速率。然后，处理器24将该信息累加到一条命令中，该命令在610向采样控制计算机50作串行发送，此后，处理器24在612等待从采样控制计算机50来的讯息，指明数据点的采集已按指定的数目执行。然后，处理器24通过总线320在614发送一条命令将数字信号处理器70所作的相应处理初始化。其处理类型也可以被存入序列表。下一步，处理器在616等待，直到数字信号处理器70发出一个处理完成的指示。一旦数字信号处理完成，控制处理器24在618确定其结果是否为控制处理器24所要求的，例如，将该结果与序列表中的极限值进行比较，或与信号的预存参考值进行比较，以作出判断。如果不是，则处理器在620更新任务调度程序，以折回到与指定已完成的传感器相关的任务，然后，在622判断是否通过通讯接 口30请求输入通讯。如果是，则在624调用图9D的输入通讯程序。如果未请求，在626判断是否停止处理。如果应该停止处理，处理器24进入状态628，等待起始处理中断。如果不应停止，则在608从序列表中取出下一个传感器指定，使传感器采样循环继续。

如果分析处理的结果需要由控制处理器24接收，则在630向处理器70发送一个请求，此后，在632调用图9B中从数字信号处理器70接收数据的程序。如果从数字信号处理器70接收的数据需要转换为相应的工程单位，则在634执行，此后，在636确定处理后的数据是否应该传输到远地处理器14、本地口或数据干线。如果是，则在638调用图9C的输出通讯程序。

在640确定控制处理器24是否有必要对接收的数据作进一步分析。如果是，在642对数据进行分析，例如，将接收的数据与最小和最大值（极限值）以及其它传感器值进行比较，并在644判断是否应向远程处理器14发出警告。如果是，则在646调用图9C的输出通讯程序。

图9B是从数字信号处理器接收数据的通讯程序。该程序在660开始从地址/数据总线320输入字，并在662向处理器70发送应答。该应答最好是一个中断而不是命令字。从数字信号处理器70输送的第一个字可以表示信息的长度，或者可以在后面发送一个信息字的特定结尾。控制处理器24在664确定接收到的是否为一个信息结尾。如果不是，则继续处理。如果已经接收到了信息结尾，则在666返回。

图9C的外部通讯输出程序从670开始，它向处理器514发送一个阻断命令，以阻断除了正在通讯外的全部通道。然后，处理器24在672将该信息按每次一个字节发送，直到于674将信息发送完成。应该使用适当的通讯协议。信息发送之后，在676返回。

图9D的输入通讯程序于要求通讯的通讯处理器514作出应答开始。下一步，在682向通讯处理器514发送一条命令，指示除了接收信息的通道之外，全部通道都应阻断。下一步，控制处理器24在684接收通讯处理器514的信息。对该信息进行检验，以在686确定其校验总和是否正确，如果不正确，则在688向通讯处理器514发送一个出错指示，再由该处理器将同一指示传输到相应的通讯设备。在690返回，并向处理器514发送一条适当的命令将全部通道使能。

如果所接收的信息包括692的被装入控制处理器存储器502的数据，则在694将该数据移至适当的存储器位置，随后在696返回，并将全部阻断的通道使能。如果数据在698装入数字信号处理器70，则在700为DSP70构成信息，并在702调用与处理器70通讯的通讯程序，随后在704返回，并将全部阻断的通道使能。如果该信息指示应在704停止处理，则在706设一停止处理标志，随后的返回将全部阻断的通道使能。如果710的数据是传感器处理任务信息，则存储器502中的相应的表在712更新，随后在714的返回将全部阻断的通道使能。如果该信息在716指示应该启动或撤消一个特殊指定的任务，则设置相应的状态。这类任务可能是改变控制处理器24所作分析的类型，以确定某个部件是否工作不正常。设置状态后在720返回，并将全部阻断的通道使能。

在控制部分16实现一个专家诊断系统可以改进本系统。如上所 述，预处理组件40包括开关电容滤波器，要求有与多路转换器94和95相联的抗混淆电路。如果不使用开关电容滤波器，则该抗混淆电路以及时钟部分均可省去。代用滤波器在不同的截止频率需18个极点。在数据采集部分，如果数字信号处理器太忙而不能接受DMA请求，则当产生下一个采样时钟时，数据采样将会丢失。所以有必要提供一个可存储至少16个采样的存储缓冲区，以便在上述情况下数据不致丢失。如果费用不是实际因素的话，为增加存储器存储容量可扩充一个只读存储器或增加慢速存储设备，例如磁泡存储器或软盘驱动器，而不装入控制和数字信号处理程序是完全可能的。

从上述说明中体现了本发明的许多特性和优点，并且附加权项说明也包含了本发明的这些特性及优点。进一步说，由于本技术领域的人员可以作大量修正和改变，而不希望将本发明限制于所描述的具体结构和操作中，并且可以在本发明的范围内作任何适当的修改。

Claims (8)

1、在分布式数据采集中，处理从多个传感器输出的模拟信号，所连接的灵活传感器系统用于处理并分析来自监视部件的一个或多个传感器的传感器信号，所述系统包括：

转换装置，用于将传感器信号转换为数字采样；

其特征在于：

选择，调节和多路转换装置，用于调节和选择一个传感器，并调节从所选择的传感器输出的传感器信号；

信号分析装置，用于处理并分析数字采样，如果被采样的传感器出现故障则用于监视；以及

控制装置，用于指定选择，调节并采集传感器信号，指定对数字采样执行的分析类型，执行传感器信号分析，以确定未决传感器或部件故障，并用于将分析结果传输给远程处理器。

2、根据权利要求1的系统，其特征在于，所述调节包括利用放大进行滤波并提供增益，所述调节和多路转换装置包括：

选择存储装置，用于存储滤波器、增益和传感器选择信息;

多路转换装置，根据传感器选择信息选择传感器信号;

可编程序增益控制装置，根据增益信息放大选择的传感器信号;以及

滤波装置，根据滤波器信息将放大的传感器信号滤波。

3、根据权利要求1的系统，其特征在于，所述转换装置包括：

采样控制装置，用于从所述控制装置接收传感器选择和调节信息，并将该信息提供给上述调节和多路转换装置;

采样及保持装置，由所述采样控制装置控制，用于采样并保持传感器信号;

多路转换装置，由所述采样控制装置控制，用于选择一个采样并保持的传感器信号;

模拟数字转换装置，由所述采样控制装置控制，用于将选择的传感器信号转换为数字采样;以及

传输装置，用于将数字采样传输到所述信号分析装置。

4、根据权利要求3的系统，其特征在于，所述传输装置包括：

一个直接存储器存取控制电路，连接于所述采样控制装置和所述信号分析装置之间;以及

地址和数据锁存器，连接于所述采样控制装置，所述模拟数字转换装置和所述信号分析装置之间。

5、根据权利要求1的系统，其特征在于，所述信号分析装置包括：

存储装置，用于存储数字采样;以及

数字信号处理器，与所述存储装置相连，并根据所述控制装置提供的处理命令处理数字采样。

6、根据权利要求1的系统，其特征在于，所述控制装置包括：

控制处理器，连接于所述转换装置和所述信号分析装置之间，用于向所述信号分析装置提供处理命令，以及向所述转换装置提供传感器选择和调节信息，并用于对所述信号分析装置产生的输出进行分析;以及

接口装置，用于所述控制处理器与远地处理器之间的通讯。

7、根据权利要求1的系统，其特征在于，所述控制装置包括检测信号装置，用于向所述调节和多路转换装置提供检测信号。

8、根据权利要求1的灵活传感器系统用于核动力厂时，其特征在于，所述调节和多路转换装置包括：

选择存储锁存器，用于存储滤波器、增益和传感器选择信息;

第一多路转换器，连接于所述选择存储锁存器，并根据传感器选择信息选择传感器信号和增益;

可编程序增益控制放大器，连接于上述第一多路转换器，并根据增益信息放大传感器信号;

可编程序滤波器，连接于上述放大器和上述选择存储锁存器，并根据滤波信息将放大的传感器信号滤波;

采样控制计算机，连接于所述选择存储锁存器和所述可编程滤波器，用于接收滤波、增益和传感器选择信息，并将该信息提供给所述选择和存储锁存器;

采样和保持电路，连接于所述采样控制计算机和所述滤波器，用于采样并保持传感器信号;

第二多路转换器，连接于所述采样控制计算机和所述采样及保持电路，用于选择一个经采样并保持的传感器信号;

模拟-数字转换器，连接于所述第二多路转换器和所述采样控制计算机，并将选择的传感器信号转换为数字采样;以及

直接存储器存取控制电路，连接于所述采样控制计算机;以及

地址和数据锁存器，连接于所述采样控制计算机、所述直接存储器存取控制电路和所述模拟-数字转换器;

数据存储装置，连接于所述直接存储器存取控制电路和所述地址和数据锁存器，用于存储数字采样;

数字信号处理器，连接于所述直接存储器存取控制电路和所述数据存储装置，用于根据处理命令处理数字采样;

控制处理器，连接于所述采样控制计算机和所述数字信号处理器，用于向所述数字信号处理器提供处理命令，以及向所述采样控制计算机提供滤波、增益和传感器选择信息，并对所述数字信号处理器产生的输出进行分析;以及

接口计算机，连接于所述控制处理器和远地处理器，用于所述控制处理器和远地处理器之间的通讯。

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