专利名称：一种动态信号采集处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号采集处理装置，特别是一种适用于工程安全监测的动态信号采 集处理装置。
背景技术：
水电大坝等水工建筑物的安全运行是关系到国计民生的大事，因此在水工建筑物的 建设期间在其表面和内部安装埋设了大量的传感器进行结构性态的监测，对建筑物的安 全运行进行实时监控。由于水工建筑物结构特点，其自振频率很低，对有害振动反映缓 慢，加上动态监测仪表系统的研制的滞后，以往的监测系统都是静态监测系统，其监测 结果不能反映结构在强迫振动等工况时的动态变化特征，而水电大坝的运行过程实际是 一个动态的过程，尤其在洪水、地震以及水位、水流急剧变化时，其动态特性更为重要， 此时静态观测往往不易捕捉到诸多不利的数据，致使观测结果不能准确反映大坝的真实 变化，影响决策的准确性与及时性，在大坝的安全运行中产生不可忽视的安全隐患，甚 至造成溃坝。目前水电大坝等水工建筑物内埋设的传感器一般为差动电阻式传感器，一 般采用便携式采集仪表逐点进行监测，或采用自动化监测设备进行自动巡检，采样频率 最高为分钟级，无法进行动态信号采样，其采样分辨率和精度都较低，不便于现场移动 观测，不能自动记录，不能适应大量数据处理存储的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种动态信号采集处理装置，它便于携带，能对 传感器的信号进行实时采集，采样分辨率和精度高，能自动处理并存储大量数据。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是 一种动态信号采集处理装置包括传 感器、动态信号采集仪和计算机；
所述的动态信号采集仪中，仪表放大器连接A/D转换器，A/D转换器连接单片机；
所述的传感器与仪表放大器连接；
所述的计算机与单片机连接。
所述的传感器为差动电阻式传感器。差动电阻式传感器是利用钢丝变形以及温度变 化使其电阻产生相应变化的原理制成的。钢丝长度变化与钢丝电阻变化是线性的，同时 钢丝电阻值随其温度的变化也可近似认为是线性的。当传感器受到外界的拉压而变形 时， 一根钢丝受拉，其电阻增加，另一根钢丝受压，其电阻减少，而总电阻基本不变， 测量两根钢丝的电阻比值，就可以求得仪表变形。由于两根钢丝的电阻在承受变形时差动变化，提高了仪表的灵敏度，并且使变形引起的电阻变化不影响温度测量。温度变化 引起两根钢丝的电阻变化是同方向的，即温度升高时两根钢丝的电阻都增加，温度降低 时，两根钢丝的电阻都减少，因此测量两根钢丝的串联电阻，就可以求得仪表感受的外 界温度。
所述的传感器的电源电路为恒流源电路。 所述的恒流源电路的电流为1mA，恒流精度为0.1%。 所述的A/D转换器中设有抗混滤波器。 所述的A/D转换器为24位105K A/D转换器。 所述的单片机与计算机的1394通讯接口连接。 所述的动态信号采集处理装置的采样频率为10Hz 200Hz。 本发明提供的有益效果如下
1、 利用计算机的1394接口进行实时数据传送，实现了热拔插和即插即用，极大地 满足了对便携式仪表和采样速度的要求，测试系统不仅可在实验室使用，也可方便地应 用于野外现场；
2、 通过A/D转换器实现了多通道并行同步采样，使通道间无串扰影响，采样速率 不受通道数的限制，并且大大提高了采样速率和装置的抗干扰能力，采样频率为10Hz 200Hz， A/D转换器中包含的抗混滤波器可对信号做抗混滤波，提高了传递特性；
3、 采用恒流源电路给被测试电阻供电，通过电压测量电路测量传感器内部两个电 阻阻值和电阻比，可消除传感器外接电缆电阻的影响，釆样精度高；
4、 利用计算机的存储硬盘，可实现长时间实时、无间断记录数据；
5、 使用计算机对实时采集的数据进行分析，可过滤掉无用数据，大幅度减少存储 的数据量。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 图l是本发明的结构框图； 图2是本发明的电路原理图。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明包括传感器l、动态信号采集仪2和计算机3; 所述的动态信号采集仪2中，仪表放大器4连接A/D转换器5， A/D转换器5连接 单片机6;
所述的传感器1与仪表放大器4连接； 所述的计算机3与单片机6连接。 所述的传感器1为差动电阻式传感器。 所述的传感器1的电源电路为恒流源电路。所述的传感器1的电源电路的恒流源电流为lmA，恒流精度为0. 1%。 所述的A/D转换器5中设有抗混滤波器。
所述的A/D转换器5为24位，采样速率为105K，分辨率为1/224，主要功能是将两 个仪表放大器的输出做除法(见下述式l，式2)并做抗混滤波。 所述的单片机6与计算机3的1394通讯接口连接。 所述的动态信号采集处理装置的采样频率为10Hz 200Hz。
本发明采用恒流源电路给传感器l中的被测试电阻供电，通过电压测量电路测量传 感器1内部两个电阻的阻值和和电阻比，再通过仪表放大器4对传感器信号进行放大， 达到A/D转换器5的输入范围后，通过A/D转换器5实现动态同步采集，然后通过单片 机6将A/D转换器5输出的信号经1394通讯接口传输到计算机3，然后通过计算机3 中的软件采出有效数据。
图2中，每组仪器2通道，l通道测试总电阻，2通道测试电阻比。
VI为第一通道传感器电阻值产生的电压值
n = ^^ 23
100
V2为第二通道传感器电阻比产生的电压值
/ 2 5
当修正系数a-l，第一通道灵敏度为25，第二通道灵敏度为2000时 电阻值
电阻比
Z =——xa
本发明的计算机3中所用的数据过滤软件的功能如下-
1、 文件管理:包括数据文件的打开，数据文件的更名备份，选定曲线数据按文本格式 和数据库格式保存,选定曲线按位图格式保存，最近常用数据文件的管理等功能。
2、 采样条件设置:包括采样速率和采样过程显示通道的设置；
3、 采样控制:包括启动采样、暂停釆样和结束采样功能；
4、 数据曲线显示功能:包括数据曲线显示，曲线特征值和曲线上任一点,对应值的显 示，还包括对曲线进行移动、压縮与扩展等功能；5、 打印功能:包括选定曲线、该段曲线特征值以及选定数据的打印功能；
6、 软件实时性好，采样过程中可以动态开设或关闭窗口，动态切换或增减显示通道， 动态设置其显示方式；
7、 具有良好的可移植性、可扩充性和可升级性，提供了与office软件的接口功能 将数据文件转换成文本文件(.txt文件)、Excel表格文件(.xls文件)、Access数据 库文件(.mdb文件)及与功能强大的分析处理软件Matlab的数据格式转换功能。
8、 软件中须对采集的数据进行过滤，方法为软件中设定固定采样间隔时间和数据 存盘阀值(上下限值)两个参数，以首次采样时间为参考时间，此时采集数据即为参考 值，以后所有采样数据都必须与前一参考值进行比较，如超出所设定上下限值，则将采 样数据存盘，同时将当前的采样时间也存盘；如未超出所设定的上下限，则采样数据丢 弃。但当设定的固定时间间隔到，则采集的数据不论是否超出设定阀值均进行保存，这 样周而复始进行采集。
本发明的主要技术指标如下
1、 适用的桥臂电阻范围20欧姆 50欧姆；
2、 电阻比精度优于0.0001;
3、 电阻测试有效误差不超过0.03欧姆；
4、 采样速率最大200Hz可调；
5、 存贮深度由计算机剩余硬盘空间容量决定；
6、 电源内置高性能锂电池组，可连续工作8小时。
权利要求
1、一种动态信号采集处理装置，其特征在于它包括传感器(1)、动态信号采集仪(2)和计算机(3)；所述的动态信号采集仪(2)中，仪表放大器(4)连接A/D转换器(5)，A/D转换器(5)连接单片机(6)；所述的传感器(1)与仪表放大器(4)连接；所述的计算机(3)与单片机(6)连接。
2、 根据权利要求1所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的传感器(1)为差动电阻式传感器。
3、 根据权利要求1或2所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的传感器(1)的电源电路为恒流源电路。
4、 根据权利要求3所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的恒流 源电路的电流为lmA，恒流精度为0.1%。
5、 根据权利要求1所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的A/D 转换器(5)中设有抗混滤波器。
6、 根据权利要求1或5所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的 A/D转换器(5)为24位105K A/D转换器。
7、 根据权利要求1所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的单片 机(6)与计算机(3)的1394通讯接口连接。
8、 根据权利要求1所述的一种动态信号采集处理装置，其特征在于所述的动态 信号采集处理装置的采样频率为10Hz 200Hz。
全文摘要
一种动态信号采集处理装置包括传感器、动态信号采集仪和计算机；所述的动态信号采集仪中，仪表放大器连接A/D转换器，A/D转换器连接单片机；所述的传感器与仪表放大器连接；所述的计算机与单片机连接。所述的传感器为差动电阻式传感器；所述的传感器的电源电路为恒流源电路。本发明是主要针对工程安全监测常用的差动电阻式传感器的动态信号采集而设计出专用的动态信号采集处理装置，它的动态采样频率为10Hz～200Hz，可根据需要在量程范围进行设定，便于携带，能对传感器的信号进行实时采集，采样分辨率和精度高，能自动处理并存储大量数据。
文档编号G01K7/16GK101598528SQ20091006295
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者谭恺炎, 陈军琪 申请人:葛洲坝集团试验检测有限公司