本发明涉及电信号采集领域，具体涉及一种高精度同步采集装置。
背景技术：
数据采集是信号处理过程中的一个重要环节，随着电子技术的飞速发展，在电能计量装置的在线监测、在线检验、用电信息采集等领域，由于应用范围扩大，采集信息量多，人们对数据采集装置的精度提出了更高的要求。
传统对电信号的采集方法主要是通过普通互感器对电压电流信号进行采集或者通过电阻分压采集，其采集精度一般较差。同时，由于同步信号的缺失，导致多个独立的采集装置采集到的数据存在较大的误差，对电能计量装置的在线监测、在线检验系统来说，普通的数据采集装置远远不能满足系统精度的要求。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种高精度同步采集装置，本发明设计合理，解决了信号同步问题，大大提高了采集信号的准确度。
为达到上述目的，本发明所述一种高精度同步采集装置，包括：
电压互感器和电流互感器，分别用于对接入电表前的电压信号和电流信号进行采样；
换档控制以及信号调理模块，用于对电压互感器和电流互感器采样完的信号进行自动增益控制、滤波和放大；
A/D芯片，用于接收换档控制以及信号调理模块处理后的信号，并对其进行模数转换，将转换完的数字信号传送至FPGA进行处理；
FPGA，用于接收A/D芯片传送的数字信号、电能表脉冲信号以及通过RS485接口抄读的电能表内部信息，将接收到的信号及信息赋以时标信息，FPGA还用于接收时间基准信号、与ARM进行通信和与数据集中装置进行通信；所述FPGA将处理后的数据传送至ARM，ARM将FPGA处理完成后的数据封装成以太网帧形式，然后返回给FPGA，FPGA将ARM封装完成的数据包传送至数据集中装置；
所述数据集中装置用于与后台服务器通信，将采集到的数据发送至后台服务器。
还包括用于缓存FPGA接收到采集数据和信息的DDR3。
还包括为采集装置中所有模块提供其所需电源的电源模块，电源模块直接与AC220V的外部电源连接。
所述FPGA通过光交换机将ARM封装完成的数据包传送至数据集中装置。
还包括用于FPGA守时且与FPGA相连的恒温晶振。
所述FPGA通过光交换机与IEEE1588时间基准通信接收外部时间基准信号。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明采集的信号带有时标信息，实现了电信号的同步高精度采集，通过使用电压、电流互感器，确保了装置的采样精度，同时保证了强电和弱电完全分开，大大减少外部电磁干扰，提高了装置的可靠性和安全性；而且这些信息不仅可以在前台实时应用，也可以压缩打包发送给后台进行各种应用和分析。
进一步的，还包括用于FPGA守时且与FPGA相连的恒温晶振，用于FPGA的守时控制，提高采集装置的守时能力，使其不受外界温度的影响，保证整个采集装置的稳定性。
进一步的，所述FPGA通过光交换机与IEEE1588时间基准通信接收外部时间基准信号，保证了采集装置的同步高精度采集和高效传输，组网方便精度高，能有效节省布线成本，能支持多个对时终端同时对时。
进一步的，还包括用于缓存FPGA接收到采集数据和信息的DDR3，用于缓存FPGA接收到的采集数据和信息；确保FPGA未能及时处理的原始采集数据不丢失。
附图说明
图1为本发明结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，一种高精度同步采集装置，包括为采集装置中所有模块提供其所需电源的电源模块，电源模块直接与电压为AC220V的外部电源连接，用于对接入电表前的电压信号和电流信号进行采样的电压互感器和电流互感器，用于对电压互感器和电流互感器采样完的信号进行自动增益控制、滤波和放大的换档控制以及信号调理模块；还包括A/D芯片，其用于接收换档控制以及信号调理模块处理后的信号，并对其进行模数转换，将转换完的数字信号传送至FPGA进行处理；FPGA用于接收A/D芯片传送的数字信号、电能表脉冲信号以及通过RS485接口抄读的电能表内部信息，将接收到的信号及信息赋以时标信息，FPGA还用于接收时间基准信号、与ARM进行通信和与数据集中装置进行通信，FPGA还连接有用于缓存FPGA接收到采集数据和信息的DDR3和用于FPGA守时的恒温晶振，FPGA通过光交换机与IEEE1588时间基准通信接收外部时间基准信号；所述FPGA将处理后的数据传送至ARM，ARM将FPGA处理完成后的数据封装成以太网帧形式，然后返回给FPGA，FPGA通过光交换机将ARM封装完成的数据包传送至数据集中装置；所述数据集中装置用于与后台服务器通信，将采集到的数据发送至后台服务器。
本发明工作原理如下：
如图1所示，本发明主要用来采集接入电能表前的电压和电流信号、电能表脉冲信号以及通过RS485接口抄读电能表内部信息；其中，接入电能表前的电压信号经过电压互感器进行采样，接入电表前的电流信号经过电流互感器进行采样，电压互感器和电流互感器将采样完的信号先送至信号换档控制以及信号调理模块进行自动增益控制、滤波和放大，然后再送给A/D芯片进行模数转换，A/D芯片转换完的数字信号再送至FPGA进行处理；
电能表通过RS485接口连接到采集装置的FPGA，FPGA通过监听的方式抄读电能表内部信息；电能表的脉冲信号通过脉冲接口连接到采集装置的FPGA，脉冲信号包括有功脉冲信号和无功脉冲信号；
与FPGA相连的还有恒温晶振、ARM和DDR3，恒温晶振主要用来提供守时时钟，使其不受外界温度的影响，保证整个采集装置的稳定性，ARM主要用来读取FPGA处理完成的数据，并这些数据封装成以太网帧形式，然后返回给FPGA；DDR3主要用来缓存FPGA接收到的采集数据和信息；确保FPGA未能及时处理的原始采集数据不丢失；
本发明通过外部电源供电，供电电压为AC220V，外部电源直接与数据采集装置中的开关电源模块相连，开关电源模块为整个采集装置各个模块提供其所需的电源。
本发明可以准确捕获电表的脉冲信号，同时还以1-100KHz速率采集电流、电压信息，并将带时标信息的数据同传送至数据集中装置，通过计算获得采集点的电压、电流、频率、相位、功率等信息。本装置采用一体化模块式结构设计，采用互感器采样确保强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰，提高可靠性和安全性。采用多层PCB，使得电源、地、强信号和弱信号隔离，提高设备的抗干扰能力。
同时，高度集成化，体积小，重量轻，而且安装非常简单，可以应用在各种空间比较狭小的电表屏柜。