專利名稱：具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集卡及其數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量、測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集卡及其數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集作為獲取信息的基本手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集裝置是一種從被測目標(biāo)中自動采集并測量數(shù)據(jù)信息的裝置。它可以實現(xiàn)多種信號的采集，通過將數(shù)據(jù)采集裝置與外部的傳感器、敏感元件相連、或者直接與被測電信號相連，可以采集并測量到諸如直流電壓信號、交流電壓信號、直流電流信號、交流電流信號、頻率信號、溫度信號、壓力信號、壓強信號等各種信號。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中一種數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述數(shù)據(jù)采集裝置100包括:主控板單元10和數(shù)據(jù)采集卡20，所述主控板單元10與數(shù)據(jù)采集卡20固定連接，此外，主控板單元10上還連接有一個或者多個通道卡30。所述通道卡30可以是MUX卡(也稱開關(guān)卡)、矩陣卡等其它類型的卡。每一個通道卡30的內(nèi)部包含由繼電器開關(guān)構(gòu)成得多個通道，被測電信號通過外部接線接入通道卡30中的各個通道中，主控板單元10通過向通道卡30發(fā)送控制命令，控制開關(guān)的閉合狀態(tài)，從而將對應(yīng)通道上接入的被測電信號引入至數(shù)據(jù)采集卡20中。數(shù)據(jù)采集卡20又稱測量卡，它可以是電壓表卡、電流表卡、萬用表卡、示波器卡、頻率計卡等各種類型的單一卡；也可以是包括上述各種單一卡的集成卡，集成有多種測量功能。所述數(shù)據(jù)采集卡20用于測量通過各種類型的通道卡30連接進(jìn)來的被測電信號，主控板單元10通過向數(shù)據(jù)采集卡20發(fā)送控制命令，控制數(shù)據(jù)采集卡20接收來自不同通道的被測電信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主控板單元10是一個控制整個系統(tǒng)工作的單元，它通過協(xié)調(diào)多個通道卡30和數(shù)據(jù)采集卡20完成輸入信號(即被測電信號)的切換和數(shù)據(jù)采集操作。通過主控板單元10上的模擬總線，可以將各個通道卡30中的被測電信號輸入至數(shù)據(jù)采集卡20中；通過主控板單元10上的數(shù)字總線，主控板單元10可以向通道卡30和數(shù)據(jù)采集卡20發(fā)送控制命令、以及接收數(shù)據(jù)采集卡20測量的被測電信號。另外，數(shù)據(jù)采集裝置100工作的電源也是主控板單元10上的電源電路提供的。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，主控板單元10首先通過數(shù)字總線，發(fā)送控制命令到通道卡30 ;通道卡30根據(jù)控制命令接通一個相應(yīng)的通道，通過該通道將被測電信號輸入到模擬總線上；然后主控板單元10通過數(shù)字總線，發(fā)送控制命令到數(shù)據(jù)采集卡20，數(shù)據(jù)采集卡20根據(jù)該控制命令對模擬總線上的被測電信號進(jìn)行測量，獲得數(shù)字化的測量信號；之后，數(shù)據(jù)采集卡20通過數(shù)字總線將測量信號返回給主控板單元10，此時，完成了所述通道上被測電信號的數(shù)據(jù)采集過程。當(dāng)通道卡30的接入端連接上傳感器時，數(shù)據(jù)采集裝置100可以實現(xiàn)多種物理量的測量，例如，連接熱電偶等溫度傳感器可以實現(xiàn)溫度測量，連接壓力傳感器可以實現(xiàn)壓力測量等。例如，申請?zhí)枮镃N200810022841.7的中國專利《多通道、高精度數(shù)據(jù)采集器》，公開了一種數(shù)據(jù)采集卡，該專利沒有考慮對數(shù)據(jù)采集卡本身的信號測量過程進(jìn)行校準(zhǔn)，測量精度較低。申請?zhí)枮镃N200810156589.9的中國專利《基于FPGA和USB總線的高速數(shù)據(jù)采集與傳輸方法》，同樣公開了一種數(shù)據(jù)采集卡，所描述的設(shè)備專注于數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸方法，同樣未涉及到對信號測量過程的校準(zhǔn)，僅適用于低精度數(shù)據(jù)采集的場合。針對上述問題，市場上出現(xiàn)了一種數(shù)據(jù)采集裝置，具備校準(zhǔn)功能，具有一定的測量精度。以Agilent 34970為例，它就是一種數(shù)據(jù)采集裝置，參照圖1，該數(shù)據(jù)采集裝置100在主控板單元10中存儲有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集卡20采集一個被測電信號后，對所述被測電信號進(jìn)行測量，經(jīng)過模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換等一系列處理后，得到數(shù)字化的測量信號。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中會產(chǎn)生一定的誤差，之后，數(shù)據(jù)采集卡20還會從主控板單元10中獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)。該裝置通過對模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)，提高了測量精度。但是，由于該裝置的數(shù)據(jù)采集卡20均固定在主機(jī)內(nèi)部，即與主控板單元10固定在一起，當(dāng)經(jīng)過長時間使用后原來的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)會隨著器件的老化而失效，就需要對數(shù)據(jù)采集卡20重新進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，即重新更新主控板單元10內(nèi)部存儲的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這樣用戶就必須停止使用，并且將整個主機(jī)(包含數(shù)據(jù)采集卡20和主控板單元10)送到儀器校準(zhǔn)中心進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，給校準(zhǔn)過程帶來了不便，降低了數(shù)據(jù)采集裝置100的工作效率。總之，需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是:如何能夠方便、有效的對數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行工廠校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集卡及其數(shù)據(jù)采集裝置，使得數(shù)據(jù)采集卡的工廠校準(zhǔn)方便、有效。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集卡，用于數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括:活動連接的主控板單元和數(shù)據(jù)采集卡，所述主控板單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的測量結(jié)果，所述數(shù)據(jù)采集卡為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，其包括:測量子單元，用于對一個被測電信號進(jìn)行測量，獲得一個數(shù)字化的測量信號；校準(zhǔn)子單元，用于依據(jù)內(nèi)置的校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。作為一種舉例說明，本發(fā)明所述的校準(zhǔn)子單元包括:存儲模塊，用于存儲所述校準(zhǔn)參數(shù)；校準(zhǔn)模塊，用于依據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。作為一種示例，本舉例說明所述的存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的多組校準(zhǔn)參數(shù)。作為進(jìn)一步的示例，所述存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的端點值和校準(zhǔn)系數(shù)。作為一種舉例說明，本發(fā)明所述的校準(zhǔn)模塊包括:參數(shù)獲取子模塊，用于依據(jù)所述測量信號所在的分段取值范圍，從所述多組校準(zhǔn)參數(shù)中獲取與所述分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)；信號校準(zhǔn)子模塊，用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成一個校準(zhǔn)測量結(jié)果。作為一種示例，本舉例說明所述的信號校準(zhǔn)子模塊用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)和所述測量數(shù)據(jù)，獲得一個預(yù)置的通用校準(zhǔn)公式的公式結(jié)果，并將所述公式結(jié)果作為所述測
量結(jié)果。相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集裝置，包括:活動連接的主控板單元和數(shù)據(jù)采集卡，所述主控板單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的測量結(jié)果，所述數(shù)據(jù)采集卡為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，其包括:測量子單元，用于對一個被測電信號進(jìn)行測量，獲得一個數(shù)字化的測量信號；校準(zhǔn)子單元，用于依據(jù)內(nèi)置的校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。作為一種舉例說明，本發(fā)明所述的校準(zhǔn)子單元包括:存儲模塊，用于存儲所述校準(zhǔn)參數(shù)；校準(zhǔn)模塊，用于依據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。作為一種示例，本舉例說明所述的存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的多組校準(zhǔn)參數(shù)。作為進(jìn)一步的示例，所述存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的端點值和校準(zhǔn)系數(shù)。作為一種舉例說明，本發(fā)明所述的校準(zhǔn)模塊包括:參數(shù)獲取子模塊，用于依據(jù)所述測量信號所在的分段取值范圍，從所述多組校準(zhǔn)參數(shù)中獲取與所述分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)；信號校準(zhǔn)子模塊，用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成一個校準(zhǔn)測量結(jié)果。作為一種示例，本舉例說明所述的信號校準(zhǔn)子模塊用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)和所述測量數(shù)據(jù)，獲得一個預(yù)置的通用校準(zhǔn)公式的公式結(jié)果，并將所述公式結(jié)果作為所述測
量結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計成獨立的可插拔的工作方式，校準(zhǔn)參數(shù)完全存儲在數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)部，而不是主控板單元中，因此，當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡需要進(jìn)行校準(zhǔn)時，可以在數(shù)據(jù)采集裝置斷電后，與數(shù)據(jù)采集裝置的主控板單元分離，單獨送到專業(yè)的校準(zhǔn)單位或原廠，方便、有效的進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，而完全不會影響主控板單元的使用。之后，主控板單元又可以插入其它的數(shù)據(jù)采集卡，重新進(jìn)入工作狀態(tài)。此外，由于數(shù)據(jù)采集卡的工作狀態(tài)不受主控板單元或者其他模塊變化的影響，避免了數(shù)據(jù)采集卡處在工廠校準(zhǔn)、其他的維修操作時，主控板單元與數(shù)據(jù)采集卡的綁定而造成的資源浪費，提高了器件的利用率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集裝置的實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是為圖2中數(shù)據(jù)采集卡的一種舉例說明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是一種數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖5是校準(zhǔn)儀的輸出與數(shù)據(jù)采集卡的測量結(jié)果的關(guān)系圖。
具體實施例方式為了說明本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集卡及其數(shù)據(jù)采集裝置，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參照圖2，示出了一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集裝置的實施例的結(jié)構(gòu)框圖，本實施例提出的數(shù)據(jù)采集裝置100包括:通過插槽活動連接的主控板單元10和數(shù)據(jù)采集卡20，所述主控板單元10用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡20輸出的測量結(jié)果，所述數(shù)據(jù)采集卡20為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，其包括:測量子單元21，用于對一個被測電信號進(jìn)行測量，獲得一個數(shù)字化的測量信號；校準(zhǔn)子單元22，用于依據(jù)內(nèi)置的校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測
量結(jié)果。本實施例所述的主控板單元10上具有插槽，用于插入數(shù)據(jù)采集卡20。所述數(shù)據(jù)采集卡20為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，可以隨意插拔，安裝在數(shù)據(jù)采集裝置100的不同插槽上，也可以安裝在不同的數(shù)據(jù)采集裝置100上。通過數(shù)據(jù)采集卡20在主控板單元10上的插入或者拔出狀態(tài)，實現(xiàn)主控板單元10與數(shù)據(jù)采集卡20的活動連接。數(shù)據(jù)采集裝置100上還可以插裝一個或者多個通道卡30，通過通道卡30內(nèi)的通道將被測信號接入到主控板單元10中?？梢岳斫獾氖?，本實施例所述的主控板單元10可以進(jìn)一步包括控制子單元和背板子單元，控制子單元通過背板子單元與數(shù)據(jù)采集卡20、通道卡30進(jìn)行通信。所述控制子單元用于通過發(fā)送控制命令對數(shù)據(jù)采集卡20的信號測量操作、通道卡30的信號切換接入操作等進(jìn)行控制。所述背板子單元上可以設(shè)置用于插入數(shù)據(jù)采集卡20和通道卡30的插槽；并且，背板子單元的內(nèi)部設(shè)置有模擬總線，用于將通道卡30中的被測電信號輸入至數(shù)據(jù)采集卡20中；背板子單元的內(nèi)部還設(shè)置有數(shù)字總線，用于將控制子單元發(fā)送的控制命令傳輸至數(shù)據(jù)采集卡20或通道卡30，以及將數(shù)據(jù)采集卡20獲得的測量結(jié)果輸入至控制子單元中。所述控制子單元和背板單元可以集成在一個部件內(nèi)，也可以作為分立的兩個部件，例如，控制子單元可以是一個可插拔的板卡，插裝在背板子單元的插槽上。數(shù)據(jù)采集裝置100進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，所述被測電信號通過外部接線輸入至通道卡30中，當(dāng)該被測信號所在的通道接通時，被引入到主控板單元10中的模擬總線上，之后，數(shù)據(jù)采集卡20從主控板單元10的模擬總線上獲取所述被測電信號，所述被測電信號為模擬信號，它可以是直流電壓信號、交流電壓信號、直流電流信號、交流電流信號等。數(shù)據(jù)采集卡20的測量子單元21對所述模擬的被測電信號進(jìn)行信號放大、模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換等一系列的測量處理，獲得一個數(shù)字化的測量信號。由于模擬的被測電信號到數(shù)字化的測量信號的轉(zhuǎn)換過程中，會出現(xiàn)一些測量偏差，該測量偏差是由數(shù)據(jù)采集卡20內(nèi)部器件(即測量子單元21)本身引起的，因此，測量子單元21會將所獲得的測量信號輸入到校準(zhǔn)子單元22進(jìn)行校準(zhǔn)。進(jìn)一步，校準(zhǔn)子單元22依據(jù)校準(zhǔn)參數(shù)對所述數(shù)字化的測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)處理，所述校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置在數(shù)據(jù)采集卡20的內(nèi)部，那么，數(shù)據(jù)采集卡20在執(zhí)行校準(zhǔn)操作時，就可以直接依據(jù)自身內(nèi)部的校準(zhǔn)參數(shù)對測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得測量結(jié)果，而非像現(xiàn)有技術(shù)那樣，通過數(shù)據(jù)采集卡20和主控板單元10的信息交互，從主控板單元10中獲取到校準(zhǔn)參數(shù)之后，再進(jìn)行校準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)采集卡20獲得測量結(jié)果后，將其輸入至主控板單元10中，對測量結(jié)果進(jìn)行顯示和保存，以供用戶觀察和分析。在本實施例中，數(shù)據(jù)采集卡20設(shè)計成獨立的可插拔的工作方式，校準(zhǔn)參數(shù)完全存儲在數(shù)據(jù)采集卡20的內(nèi)部，而不是存儲在主控板單元10中，因此，當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡20需要進(jìn)行校準(zhǔn)時，可以在數(shù)據(jù)采集裝置100斷電后，與數(shù)據(jù)采集裝置100的主控板單元10分離，單獨送到專業(yè)的校準(zhǔn)單位或原廠進(jìn)行校準(zhǔn)，而完全不會影響主控板單元10的使用。之后，主控板單元10又可以插入其它的數(shù)據(jù)采集卡，重新進(jìn)入工作狀態(tài)。并且，數(shù)據(jù)采集卡20的工作狀態(tài)不受主控板單元10或者其他模塊變化的影響，避免了數(shù)據(jù)采集卡20處在工廠校準(zhǔn)、其他的維修操作時，主控板單元10與數(shù)據(jù)采集卡20的綁定而造成的資源浪費，提高了器件的利用率。通過上面的說明可以看出，所述的自校準(zhǔn)功能是指:數(shù)據(jù)采集卡20能夠而脫離數(shù)據(jù)采集裝置100的主控板單元10，實現(xiàn)自身的校準(zhǔn)操作。參照圖3，為圖2中數(shù)據(jù)采集卡20的一種舉例說明的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，作為一種舉例說明，本實施例所述的校準(zhǔn)子單元22可以包括:存儲模塊221，用于存儲所述校準(zhǔn)參數(shù)；校準(zhǔn)模塊222，用于依據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)
果O在本舉例說明中，可以在校準(zhǔn)子單元22中專門設(shè)置一個用于存儲校準(zhǔn)參數(shù)的存儲模塊221，所述存儲模塊221可以是非易失性存儲器，如閃存(Flash Memory)等，那么，在數(shù)據(jù)采集卡20掉電后，存儲模塊221中所存儲的校準(zhǔn)參數(shù)不會丟失，以供下次數(shù)據(jù)采集時所使用?？梢岳斫獾氖牵鎯δK221中存儲的校準(zhǔn)參數(shù)是預(yù)先存儲進(jìn)去的，一般不會修改。通常是在工廠校準(zhǔn)中，如數(shù)據(jù)采集卡20出廠之前，將所述校準(zhǔn)參數(shù)存儲進(jìn)去；此外，數(shù)據(jù)采集卡20使用一段時間后老化，校準(zhǔn)參數(shù)就不能適用于測量子單元21引起的測量偏差，此時對數(shù)據(jù)采集卡20進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，是指對存儲模塊221中的校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行更新。作為一種變形，本舉例說明所述的存儲模塊221可以用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的多組校準(zhǔn)參數(shù)。被測電信號轉(zhuǎn)換到測量信號的過程中，由于測量子單元21器件本身的原因會產(chǎn)生一定的測量偏差，通常的，具體的某一測量信號會對應(yīng)有一個測量偏差，那么，對應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)也不同。如果針對各個被測信號，均存儲與其相對應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)，會提高校準(zhǔn)的精確度，但是也會增加數(shù)據(jù)的存儲量，并且也不可能窮盡列舉出與每一個測量信號相對應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)。則在本變形中，可以對測量信號總?cè)≈捣秶M(jìn)行分段，得到多個預(yù)置的分段取值范圍，針對每一個分段取值范圍存儲一組校準(zhǔn)參數(shù)，該組校準(zhǔn)參數(shù)可以保證校準(zhǔn)后誤差在可允許的范圍內(nèi)。需要說明的是，數(shù)據(jù)采集裝置100通常具備多個測量功能，不同的測量功能可以測量不同類型的被測電信號，如直流電流、直流電壓等。在每一個測量功能下，對于一種類型的被測電信號，會具備一個或者多個測量檔位(即測量范圍)，那么，可以針對不同的測量檔位，分別預(yù)置多個分段取值范圍，則，不同的測量檔位下，存儲有與各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的多組校準(zhǔn)參數(shù)。作為一種示例，本變形所述的存儲模塊221可以用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的端點值和校準(zhǔn)系數(shù)。也就是說，與每一個分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)可以包括該分段的端點值以及校準(zhǔn)系數(shù)，所述端點值可以是起點值，還可以是終點值。作為一種變形，本舉例說明所述的校準(zhǔn)模塊222可以包括:參數(shù)獲取子模塊，用于依據(jù)所述測量信號所在的分段取值范圍，從所述多組校準(zhǔn)參數(shù)中獲取與所述分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)；信號校準(zhǔn)子模塊，用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成一個校準(zhǔn)測量結(jié)果。當(dāng)測量信號落入某一個分段取值范圍之內(nèi)時，就用與該分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證最終得到的校準(zhǔn)后的測量結(jié)果，消除了測量子單元21本身測量過程中所帶來的偏差。作為一種示例，本變形所述的信號校準(zhǔn)子模塊b2可以用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)和所述測量數(shù)據(jù)，獲得一個預(yù)置的通用校準(zhǔn)公式的公式結(jié)果，并將所述公式結(jié)果作為所述測量結(jié)果。也即，將所述一組校準(zhǔn)參數(shù)和測量數(shù)據(jù)帶入到一個通用的校準(zhǔn)公式中，計算得到該公式的結(jié)果就是最后校準(zhǔn)得到的測量結(jié)果。下面，作為一種舉例說明，給出一種數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。圖4所示的數(shù)據(jù)采集卡20包括:測量子單元21和校準(zhǔn)子單元22 ;所述測量子單元21包括:輸入選擇開關(guān)211、模擬信號預(yù)處理器212、放大器213、模數(shù)轉(zhuǎn)換器214、控制器215和第一處理器216 ;所述校準(zhǔn)子單元22包括第二處理器223和第一存儲器224。圖4所示的第二處理器223相當(dāng)于圖3中的校準(zhǔn)模塊222，所述第一存儲器224相當(dāng)于圖3中的存儲模塊221，用于存儲所述校準(zhǔn)參數(shù)，此外，所述第一存儲器224還可以用于存儲其它的非易失數(shù)據(jù)。此外，所述數(shù)據(jù)采集卡20還包括接口插頭23，用于插入到主控板單元10的插槽中。隔離器24，設(shè)置在控制器215和第一處理器216之間，用于將模擬信號和數(shù)字信號從電氣連接上進(jìn)行隔離，以避免工作過程中相互干擾的問題。第二存儲器25，用于緩存數(shù)據(jù)采集卡20運行過程中的數(shù)據(jù)，掉電后不需要保存的數(shù)據(jù)，如通道卡30的測量配置信息。被測電信號通過接口插頭23處的模擬信號輸入總線(也即，模擬總線)輸入至輸入選擇開關(guān)211中，輸入選擇開關(guān)211按照電壓、電流或電阻測量功能，將輸入的不同類型的被測電信號分別引入不同的輸入端，在模擬信號預(yù)處理器212中進(jìn)行不同的模擬信號預(yù)處理過程。通常的，被測電信號輸入至輸入選擇開關(guān)211之后，還根據(jù)電流、電壓信號的不同，施加一個保護(hù)電路，進(jìn)行安全防護(hù)。測量子單元21中的輸入選擇開關(guān)211、模擬信號預(yù)處理器212、放大器213、模數(shù)轉(zhuǎn)換器214、控制器215和第一處理器216對被測電信號進(jìn)行測量，就能夠獲得一個數(shù)字化的測量信號。下面，根據(jù)不同類型的測量功能，對測量子單元21的測量過程做進(jìn)一步說明:A、電壓測量。電壓測量又分為直流電壓測量和交流電壓測量兩種。交流電壓測量則是先將交流電壓引入模擬信號預(yù)處理器212中的AC-DC轉(zhuǎn)換模塊，將交流電壓信號轉(zhuǎn)換為真有效值的直流電壓信號，然后對其進(jìn)行濾波。之后，將直流電壓信號輸入至入放大器213中，放大器213根據(jù)用戶提前設(shè)置好的測量量程選擇不同的匹配電路，不同的匹配電路對應(yīng)不同的放大倍數(shù)，通過匹配電路可以對所述直流電壓信號進(jìn)行放大或縮小。直流電壓信號經(jīng)過放大器213之后，輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器214，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器214對信號模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，得到與模擬的直流電壓信號相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號。然后，控制器215將二進(jìn)制數(shù)字信號發(fā)送到第一處理器216，第一處理器216按照模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 214的轉(zhuǎn)換特性將所述二進(jìn)制數(shù)字信號換算為相對于ADC參考電壓的浮點值，然后根據(jù)放大器213的放大倍數(shù)進(jìn)行逆運算得到實際電壓測量值，即，獲得數(shù)字化的測量信號。B、電流測量。首先在模擬信號預(yù)處理器212中，根據(jù)測量檔位選擇取樣電阻電路，使電流信號流過取樣電阻，在取樣電阻兩端便產(chǎn)生了電壓差。然后按照上述電壓測量方法，依次通過放大器213、模數(shù)轉(zhuǎn)換器214和控制器215，得到電壓測量值，最后第一處理器216根據(jù)所述電壓測量值和當(dāng)前檔位取樣電阻值，進(jìn)行逆運算得到實際電流測量值，即，獲得數(shù)字化的測量信號。C、電阻測量。首先在模擬信號預(yù)處理器212中，根據(jù)設(shè)置的測量檔位，控制數(shù)據(jù)采集卡20內(nèi)部的電流源輸出一個固定的電流信號，流過被測電阻，在被測電阻的兩端就會產(chǎn)生一個電壓差，然后按照上述電壓測量方法，依次通過放大器213、模數(shù)轉(zhuǎn)換器214和控制器215，得到電壓測量值，然后第一處理器216跟據(jù)內(nèi)部電流源的值進(jìn)行逆運算，得到被測電阻的阻值，即，獲得數(shù)字化的測量信號。此外，在被測信號的測量過程中，控制器215還用于對輸入選擇開關(guān)211、模擬信號預(yù)處理器212、放大器213、模數(shù)轉(zhuǎn)換器214的操作過程進(jìn)行控制。第一處理器216獲得測量信號后，將其輸入至第二處理器223，在第二處理器223中對測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)。需要說明的是，在數(shù)據(jù)采集卡20工作之前，需要對其進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，所述工廠校準(zhǔn)就是設(shè)置其校準(zhǔn)的基準(zhǔn)，具體的就是設(shè)置存儲其中的校準(zhǔn)參數(shù)。下面，作為一種示例，對一種工廠校準(zhǔn)方法進(jìn)行具體說明:在工廠生產(chǎn)時，或者對數(shù)據(jù)采集卡20進(jìn)行維修、更新內(nèi)部數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)采集卡20的外部接入一個標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定的信號源，所述信號源簡稱為校準(zhǔn)儀，可以輸出直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻信號等，然后用數(shù)據(jù)采集卡20的每個測量功能的每個檔位的進(jìn)行測量。校準(zhǔn)時，可以控制數(shù)據(jù)采集卡20切換到一個固定的測量功能下的一個測量檔位(固定量程)，然后控制校準(zhǔn)儀輸出對應(yīng)的信號，校準(zhǔn)儀輸出的信號要根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集卡20測量功能檔位的硬件特性選取多個不同的值。將校準(zhǔn)儀輸出的信號輸入到數(shù)據(jù)采集卡20中，利用數(shù)據(jù)采集卡20對不同的信號值進(jìn)行測量，并記錄(校準(zhǔn)前的)測量結(jié)果，以校準(zhǔn)儀輸出的信號值作為橫坐標(biāo)，數(shù)據(jù)采集卡20校準(zhǔn)前的測量結(jié)果作為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)軸上作出一個校準(zhǔn)點。當(dāng)一個測量功能的一個測量檔位的校準(zhǔn)點測試完畢后，由第二處理器223進(jìn)行運算處理，計算出每兩個校準(zhǔn)點之間的斜率。如圖5所示，為校準(zhǔn)儀的輸出與數(shù)據(jù)采集卡20的測量結(jié)果的關(guān)系圖，X軸表示校準(zhǔn)儀輸出的信號值，Y軸表示數(shù)據(jù)采集卡20校準(zhǔn)前實際輸出的測量結(jié)果。以直流電壓(DCV)的測量功能、1000V的測量檔位為例，對工廠校準(zhǔn)進(jìn)行具體說明。校準(zhǔn)儀分別輸出的信號值 Cal 為:-1000V (-Range)，-500V (-Range/2)，OV (Zero)，500V(+Range/2)，1000V(+Range)五個信號值。同時，在校準(zhǔn)儀輸出這五個值時，分別用數(shù)據(jù)采集卡20測量上述五個信號值，得到五個校準(zhǔn)前的測量結(jié)果Y(Cal)，分別是:Y (-Range)，Y (-Range/2)，Y (Zero)，Y (+Range/2)，Y (+Range)，相應(yīng)的，得到 5 個預(yù)置的分段取值范圍:[Y (-Range)，Y (-Range/2)]，[Y (-Range/2)，Y (Zero)]，[Y (Zero)，Y (+Range/2)]，[Y (+Range/2)，Y (+Range)]。根據(jù)每一對的信號值與測量結(jié)果，可以得到5個校準(zhǔn)點。理想條件下，校準(zhǔn)儀的輸出和數(shù)據(jù)采集卡20的測量結(jié)果應(yīng)該是一一對應(yīng)，且滿足Y = X關(guān)系的，如圖5中虛線表示的理想線所示。但實際由于測量子單元21的某些元器件(包括模擬信號預(yù)處理器212、放大器213、模數(shù)轉(zhuǎn)換器214)自身特性引入了偏差，實際輸入輸出關(guān)系如圖中實際線所示。在數(shù)據(jù)采集卡20內(nèi)，根據(jù)校準(zhǔn)儀輸出的信號值、以及對應(yīng)的測量結(jié)果，得到五組對應(yīng)關(guān)系:[-Range/2] - > [Y (-Range/2) ], [-Range] - > [Y (-Range) ], [Zero] - >[Y (Zero) ], [+Range/2] - > [Y (+Range/2) ], [+Range] - > [Y (+Range)],獲得 5 個校準(zhǔn)點。然后根據(jù)每相鄰的兩個校準(zhǔn)點計算出兩點間直連線的斜率，五個校準(zhǔn)點可以得到4段連線的斜率。
權(quán)利要求
1.一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集卡，用于數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括:通過插槽活動連接的主控板單元和數(shù)據(jù)采集卡，所述主控板單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的測量結(jié)果，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集卡為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，其包括: 測量子單元，用于對一個被測電信號進(jìn)行測量，獲得一個數(shù)字化的測量信號； 校準(zhǔn)子單元，用于依據(jù)內(nèi)置的校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述校準(zhǔn)子單元包括: 存儲模塊，用于存儲所述校準(zhǔn)參數(shù)； 校準(zhǔn)模塊，用于依據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的多組校準(zhǔn)參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的端點值和校準(zhǔn)系數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述校準(zhǔn)模塊包括: 參數(shù)獲取子模塊，用于依據(jù)所述測量信號所在的分段取值范圍，從所述多組校準(zhǔn)參數(shù)中獲取與所述分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)； 信號校準(zhǔn)子模塊，用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成一個測量結(jié)果。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述信號校準(zhǔn)子模塊用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)和所述測量數(shù)據(jù)，獲得一個預(yù)置的通用校準(zhǔn)公式的公式結(jié)果，并將所述公式結(jié)果作為所述測量結(jié)果。
7.一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集裝置，包括:通過插槽活動連接的主控板單元和數(shù)據(jù)采集卡，所述主控板單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的測量結(jié)果，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集卡為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，其包括: 測量子單元，用于對一個被測電信號進(jìn)行測量，獲得一個數(shù)字化的測量信號； 校準(zhǔn)子單元，用于依據(jù)內(nèi)置的校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于， 所述校準(zhǔn)子單元包括: 存儲模塊，用于存儲所述校準(zhǔn)參數(shù)； 校準(zhǔn)模塊，用于依據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。
9.如權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于， 所述存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的多組校準(zhǔn)參數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于， 所述存儲模塊用于存儲與測量信號的各個預(yù)置的分段取值范圍相對應(yīng)的端點值和校準(zhǔn)系數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述校準(zhǔn)模塊包括: 參數(shù)獲取子模塊，用于依據(jù)所述測量信號所在的分段取值范圍，從所述多組校準(zhǔn)參數(shù)中獲取與所述分段取值范圍相對應(yīng)的一組校準(zhǔn)參數(shù)； 信號校準(zhǔn)子模塊，用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成一個測量結(jié)果。
12.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于， 所述信號校準(zhǔn)子模塊用于依據(jù)所述一組校準(zhǔn)參數(shù)和所述測量數(shù)據(jù)，獲得一個預(yù)置的通用校準(zhǔn)公式的公式結(jié)果，并將所述公式結(jié)果作為所述測量結(jié)果。
13.一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集裝置，包括:通過插槽活動連接的主控板單元和數(shù)據(jù)采集卡，所述主控板單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的測量結(jié)果，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡為如權(quán)利要求1 至6任一項所述的數(shù)據(jù)采集卡。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有自校準(zhǔn)功能的數(shù)據(jù)采集卡及其數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集卡用于數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括通過插槽活動連接的主控板單元和數(shù)據(jù)采集卡，所述主控板單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的測量結(jié)果，所述數(shù)據(jù)采集卡為可插拔式的數(shù)據(jù)采集卡，其包括測量子單元，用于對一個被測電信號進(jìn)行測量，獲得一個數(shù)字化的測量信號；校準(zhǔn)子單元，用于依據(jù)內(nèi)置的校準(zhǔn)參數(shù)對所述測量信號進(jìn)行校準(zhǔn)，生成所述測量結(jié)果。本發(fā)明將校準(zhǔn)參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)部，數(shù)據(jù)采集卡能夠而脫離數(shù)據(jù)采集裝置的主控板單元，方便、有效的單獨進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，而完全不會影響主控板單元的使用。
文檔編號G08C19/00GK103177551SQ201110431600
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者馮明亮, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司