專利名稱：一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)采集處理裝置，特別是一種適用于工程安全監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)
信號(hào)采集處理裝置。
背景技術(shù)：
水電大壩等水工建筑物的安全運(yùn)行是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大事，因此在水工建筑物 的建設(shè)期間在其表面和內(nèi)部安裝埋設(shè)了大量的傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)性態(tài)的監(jiān)測(cè)，對(duì)建筑物的安 全運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于水工建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其自振頻率很低，對(duì)有害振動(dòng)反映緩慢， 加上動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)的研制的滯后，以往的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是靜態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果不 能反映結(jié)構(gòu)在強(qiáng)迫振動(dòng)等工況時(shí)的動(dòng)態(tài)變化特征，而水電大壩的運(yùn)行過(guò)程實(shí)際是一個(gè)動(dòng)態(tài) 的過(guò)程，尤其在洪水、地震以及水位、水流急劇變化時(shí)，其動(dòng)態(tài)特性更為重要，此時(shí)靜態(tài)觀測(cè) 往往不易捕捉到諸多不利的數(shù)據(jù)，致使觀測(cè)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映大壩的真實(shí)變化，影響決策 的準(zhǔn)確性與及時(shí)性，在大壩的安全運(yùn)行中產(chǎn)生不可忽視的安全隱患，甚至造成潰壩。目前水 電大壩等水工建筑物內(nèi)埋設(shè)的傳感器一般為差動(dòng)電阻式傳感器，一般采用便攜式采集儀表 逐點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，或采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)巡檢，采樣頻率最高為分鐘級(jí)，無(wú)法進(jìn)行動(dòng) 態(tài)信號(hào)采樣，其采樣分辨率和精度都較低，不便于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)觀測(cè)，不能自動(dòng)記錄，不能適應(yīng) 大量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)的需要。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，它便于攜 帶，能對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采樣分辨率和精度高，能自動(dòng)處理并存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置 包括傳感器、動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀和計(jì)算機(jī)； 所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀中，儀表放大器連接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)； 所述的傳感器與儀表放大器連接； 所述的計(jì)算機(jī)與單片機(jī)連接。 所述的傳感器為差動(dòng)電阻式傳感器。差動(dòng)電阻式傳感器是利用鋼絲變形以及溫度
變化使其電阻產(chǎn)生相應(yīng)變化的原理制成的。鋼絲長(zhǎng)度變化與鋼絲電阻變化是線性的，同時(shí)
鋼絲電阻值隨其溫度的變化也可近似認(rèn)為是線性的。當(dāng)傳感器受到外界的拉壓而變形時(shí)，
一根鋼絲受拉，其電阻增加，另一根鋼絲受壓，其電阻減少，而總電阻基本不變，測(cè)量?jī)筛?br> 絲的電阻比值，就可以求得儀表變形。由于兩根鋼絲的電阻在承受變形時(shí)差動(dòng)變化，提高了
儀表的靈敏度，并且使變形引起的電阻變化不影響溫度測(cè)量。溫度變化引起兩根鋼絲的電
阻變化是同方向的，即溫度升高時(shí)兩根鋼絲的電阻都增加，溫度降低時(shí)，兩根鋼絲的電阻都
減少，因此測(cè)量?jī)筛摻z的串聯(lián)電阻，就可以求得儀表感受的外界溫度。 所述的傳感器的電源電路為恒流源電路。 所述的恒流源電路的電流為lmA，恒流精度為0. 1%。
3[0011] 所述的A/D轉(zhuǎn)換器中設(shè)有抗混濾波器。 所述的A/D轉(zhuǎn)換器為24位105K A/D轉(zhuǎn)換器。 所述的單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的1394通訊接口連接。 所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置的采樣頻率為10Hz 200Hz。 本實(shí)用新型提供的有益效果如下 1、利用計(jì)算機(jī)的1394接口進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)了熱拔插和即插即用，極大地 滿足了對(duì)便攜式儀表和采樣速度的要求，測(cè)試系統(tǒng)不僅可在實(shí)驗(yàn)室使用，也可方便地應(yīng)用 于野外現(xiàn)場(chǎng)； 2、通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了多通道并行同步采樣，使通道間無(wú)串?dāng)_影響，采樣速率
不受通道數(shù)的限制，并且大大提高了采樣速率和裝置的抗干擾能力，采樣頻率為10Hz
200Hz， A/D轉(zhuǎn)換器中包含的抗混濾波器可對(duì)信號(hào)做抗混濾波，提高了傳遞特性； 3、采用恒流源電路給被測(cè)試電阻供電，通過(guò)電壓測(cè)量電路測(cè)量傳感器內(nèi)部?jī)蓚€(gè)電
阻阻值和電阻比，可消除傳感器外接電纜電阻的影響，采樣精度高； 4、利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)硬盤(pán)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)、無(wú)間斷記錄數(shù)據(jù)； 5、使用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可過(guò)濾掉無(wú)用數(shù)據(jù)，大幅度減少存儲(chǔ)
的數(shù)據(jù)量。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型包括傳感器1、動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀2和計(jì)算機(jī)3 ; 所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀2中，儀表放大器4連接A/D轉(zhuǎn)換器5， A/D轉(zhuǎn)換器5連接 單片機(jī)6 ; 所述的傳感器1與儀表放大器4連接； 所述的計(jì)算機(jī)3與單片機(jī)6連接。 所述的傳感器1為差動(dòng)電阻式傳感器。 所述的傳感器1的電源電路為恒流源電路。 所述的傳感器1的電源電路的恒流源電流為lmA，恒流精度為0.1%。 所述的A/D轉(zhuǎn)換器5中設(shè)有抗混濾波器。 所述的A/D轉(zhuǎn)換器5為24位，采樣速率為105K，分辨率為1/224，主要功能是將兩
個(gè)儀表放大器的輸出做除法(見(jiàn)下述式l，式2)并做抗混濾波。 所述的單片機(jī)6與計(jì)算機(jī)3的1394通訊接口連接。 所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置的采樣頻率為10Hz 200Hz。 本實(shí)用新型采用恒流源電路給傳感器1中的被測(cè)試電阻供電，通過(guò)電壓測(cè)量電路 測(cè)量傳感器1內(nèi)部?jī)蓚€(gè)電阻的阻值和和電阻比，再通過(guò)儀表放大器4對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行放 大，達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換器5的輸入范圍后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器5實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)同步采集，然后通過(guò)單片機(jī)6將A/D轉(zhuǎn)換器5輸出的信號(hào)經(jīng)1394通訊接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)3，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)3中的 軟件采出有效數(shù)據(jù)。 圖2中，每組儀器2通道，1通道測(cè)試總電阻，2通道測(cè)試電阻比。 VI為第一通道傳感器電阻值產(chǎn)生的電壓值 n = ^^x(223 -1)
100 V2為第二通道傳感器電阻比產(chǎn)生的電壓值K2 = ^"x2(223 -1) i 2 5 當(dāng)修正系數(shù)a = l，第一通道靈敏度為25，第二通道靈敏度為2000時(shí) 電阻值 R = (Rl+R2) Xa 電阻比
「 ， 7 M Z = — xflf 及2 本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)3中所用的數(shù)據(jù)過(guò)濾軟件的功能如下 1、文件管理包括數(shù)據(jù)文件的打開(kāi)，數(shù)據(jù)文件的更名備份，選定曲線數(shù)據(jù)按文本格 式和數(shù)據(jù)庫(kù)格式保存，選定曲線按位圖格式保存，最近常用數(shù)據(jù)文件的管理等功能。
2、采樣條件設(shè)置包括采樣速率和采樣過(guò)程顯示通道的設(shè)置； 3、采樣控制包括啟動(dòng)采樣、暫停采樣和結(jié)束采樣功能； 4、數(shù)據(jù)曲線顯示功能包括數(shù)據(jù)曲線顯示，曲線特征值和曲線上任一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)值的 顯示，還包括對(duì)曲線進(jìn)行移動(dòng)、壓縮與擴(kuò)展等功能； 5、打印功能包括選定曲線、該段曲線特征值以及選定數(shù)據(jù)的打印功能； 6、軟件實(shí)時(shí)性好，采樣過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)開(kāi)設(shè)或關(guān)閉窗口，動(dòng)態(tài)切換或增減顯示通
道，動(dòng)態(tài)設(shè)置其顯示方式； 7、具有良好的可移植性、可擴(kuò)充性和可升級(jí)性，提供了與office軟件的接口功 能將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成文本文件(.txt文件)、Excel表格文件(.xls文件)、Access數(shù)據(jù) 庫(kù)文件(.mdb文件)及與功能強(qiáng)大的分析處理軟件Matlab的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能。 8、軟件中須對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，方法為軟件中設(shè)定固定采樣間隔時(shí)間和數(shù) 據(jù)存盤(pán)閥值(上下限值)兩個(gè)參數(shù)，以首次采樣時(shí)間為參考時(shí)間，此時(shí)采集數(shù)據(jù)即為參考 值，以后所有采樣數(shù)據(jù)都必須與前一參考值進(jìn)行比較，如超出所設(shè)定上下限值，則將采樣數(shù) 據(jù)存盤(pán)，同時(shí)將當(dāng)前的采樣時(shí)間也存盤(pán)；如未超出所設(shè)定的上下限，則采樣數(shù)據(jù)丟棄。但當(dāng) 設(shè)定的固定時(shí)間間隔到，則采集的數(shù)據(jù)不論是否超出設(shè)定閥值均進(jìn)行保存，這樣周而復(fù)始 進(jìn)行采集。 本實(shí)用新型的主要技術(shù)指標(biāo)如下 1、適用的橋臂電阻范圍20歐姆 50歐姆； 2、電阻比精度優(yōu)于0. 0001 ; 3、電阻測(cè)試有效誤差不超過(guò)0. 03歐姆； 4、采樣速率最大200Hz可調(diào)； 5、存貯深度由計(jì)算機(jī)剩余硬盤(pán)空間容量決定；[0061] 6、電源內(nèi)置高性能鋰電池組，可連續(xù)工作8小時(shí)'
權(quán)利要求一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于它包括傳感器(1)、動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀(2)和計(jì)算機(jī)(3)；所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀(2)中，儀表放大器(4)連接A/D轉(zhuǎn)換器(5)，A/D轉(zhuǎn)換器(5)連接單片機(jī)(6)；所述的傳感器(1)與儀表放大器(4)連接；所述的計(jì)算機(jī)(3)與單片機(jī)(6)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的傳感器(1) 為差動(dòng)電阻式傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的傳感器(1)的電源電路為恒流源電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的恒流源電路的電流為lmA，恒流精度為0. 1%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn)換 器(5)中設(shè)有抗混濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn) 換器(5)為24位105K A/D轉(zhuǎn)換器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的單片機(jī)(6) 與計(jì)算機(jī)(3)的1394通訊接口連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，其特征在于所述的動(dòng)態(tài)信號(hào) 采集處理裝置的采樣頻率為10Hz 200Hz。
專利摘要一種動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置包括傳感器、動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀和計(jì)算機(jī)；所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀中，儀表放大器連接A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)；所述的傳感器與儀表放大器連接；所述的計(jì)算機(jī)與單片機(jī)連接。所述的傳感器為差動(dòng)電阻式傳感器；所述的傳感器的電源電路為恒流源電路。本實(shí)用新型是主要針對(duì)工程安全監(jiān)測(cè)常用的差動(dòng)電阻式傳感器的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集而設(shè)計(jì)出專用的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集處理裝置，它的動(dòng)態(tài)采樣頻率為10Hz～200Hz，可根據(jù)需要在量程范圍進(jìn)行設(shè)定，便于攜帶，能對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采樣分辨率和精度高，能自動(dòng)處理并存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B7/06GK201463831SQ200920087088
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者譚愷炎, 陳軍琪 申請(qǐng)人:葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司