一种并行差分数据采集装置及数据采集方法与流程

本发明属于飞行器地面试验技术领域，尤其涉及一种并行差分数据采集装置及数据采集方法。

背景技术：

飞行器半实物仿真试验中供电电压及消耗电流的监测对试验排故的顺利进行起着至关重要的作用。随着飞行器集成化、智能化的程度不断提高，对数据的采集要求也不断提高，试验室现有的通电控制设备仅能通过led显示屏粗略显示消耗电流及供电电压的数字量，只能进行三位半的数字显示。不利于试验排故，依据试验需求需进行数据采集装置的设计。

技术实现要素：

本发明目的：本发明设计并提供了一种并行差分数据采集的装置，其目的是将仿真试验中的电压及电流采集led数字显示变为高精度实时数据采集，同时具有大容量存储的功能。改变了无法动态存储试验过程数据，有利于试验中的排故。

本发明技术方案：一种并行差分数据采集装置，其特征在于，包括隔离电压探头1、电缆传感器2、调理模块3、4个采集模块4、零槽控制器8、cpci总线9、电源模块10；电流及电压采集信号分别通过带有隔离变压器的电压探头1及电流传感器2进入采集装置的调理模块3，调理模块3通过调理电路将电压或电流信号调理至合理的采集范围后送至采集模块4，cpci总线9作为采集模块4与计算机间数据交互枢纽，零槽控制器8进行该装置的资源管理及流程控制，直接与调理模块3、采集模块4以及cpci总线9交联，对数据的调理、采集以及传输时机进行控制，电源模块10用于该装置cpci总线9模块的供电。

所述调理模块3对数据的调理包括电压调理和电流调理。

所述cpci总线9为外围互联总线，是一种高性能32/64位地址/数据复用，其传输速度可达到132mb/s,具有良好的兼容性，符合总线规范的模块可以插入任何pci系统并可靠地工作。

所述cpci采用欧洲卡结构。

所述cpci的互连方式采用2mm密度的针孔式连接器。

所述零槽控制器8为pxi总线自动测试系统的控制模块，是整个自动测试系统的指挥中心，用于实现对所有仪器模块的资源管理，同时也是测试系统软件运行的环境，实现测试仪器模块工作流程控制和数据分析处理。

所述并行差分数据采集装置是数据采集系统采集数据及传输数据采用并行。

并行差分数据采集装置的数据采集方法，包括以下步骤：

1)电压调理

2)电流调理

3)差分采集

4)通过cpci总线插入任何pci系统并可靠地工作。

5)通过零槽控制器8对所有仪器模块资源管理，实现测试仪器模块工作流程控制和数据分析处理。

所述电压调理分为两部分，一部分为隔离电压探头调理，另一部分为调理板调理；隔离电压探头是对采样信号进行隔离变压，将探头输出电压降至安全电压范围，再通过后端调理模块将信号输入到采集模块进行采集。

所述电流调理是利用霍尔传感器的工作特性，它由导磁体、霍尔传感器组成，进行电流检测时，被测电流的导线穿过导磁体，在导磁体内产生磁场，其磁感应强度b与被测电流及绕在导磁体上的导线匝数有关，霍尔传感器置于导磁体中，当霍尔传感器通以控制电流ic时，可输出霍尔电压uh＝kh*ic*b，式中kh为霍尔传感器常数，uh为调理后的采集系统输入值，采集系统根据采集的值可反算得被测电流值。

所述差分采集是通过4个采集模块4对电压信号进行采集，电流信号是通过电流传感器转换为电压信号进行采集，该采集模块分为差分采集及开关控制。

差分采集是需要两根线连接到两个输入通道上差分输入，测量的是两个输入端的电压差，如果信号源连有参考地，则地端和信号源的地端之间会存在电压差，这个电压差会随信号源输入到输入端，这个电压差就是共模干扰，为了避免共模干扰，可将信号地连接到低电压输入端。

开关控制为多路数据采集，因此采集信号时存在采集通道的选择及采集线路的通断控制，本系统采用pci1762小型继电器输出卡，通过应用程序控制小型继电器通断，进而控制大继电器的通断来进行信号采集通路的选择。

发明的有益效果：本发明研究了一种用于仿真试验时的电流与电压监测装置，该系统具有较强的实时性、信息处理能力和测试数据的吞吐能力，实现了高流量、高速度的电压/电流信号的连续采集及处理，各个组成模块实现了自主研发，测试装置具有体积小、集成度高、数据吞吐量大、可扩展和便于维修等特点。

附图说明

图1本发明系统原理图

图2隔离电压探头内部原理图

图3调理电路图简图

图4模拟量差分采集原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

一种并行差分数据采集装置，包括隔离电压探头1、电缆传感器2、调理模块3、4个采集模块4、零槽控制器8、cpci总线9、电源模块10；电流及电压采集信号分别通过带有隔离变压器的电压探头1及电流传感器2进入采集装置的调理模块3，调理模块3通过调理电路将电压或电流信号调理至合理的采集范围后送至采集模块4，cpci总线9作为采集模块4与计算机间数据交互枢纽，零槽控制器8进行该装置的资源管理及流程控制，直接与调理模块3、采集模块4以及cpci总线9交联，对数据的调理、采集以及传输时机进行控制，电源模块10用于该装置cpci总线9模块的供电。

并行差分数据采集装置的数据采集方法，包括以下步骤：

1)电压调理

电压调理分为两部分，一部分为隔离电压探头调理，另一部分为调理板调理。隔离电压探头是对采样信号进行隔离变压，将探头输出电压降至安全电压范围，再通过后端调理模块将信号输入到采集模块进行采集。

a)隔离电压探头调理

隔离电压探头是对采样信号进行隔离变压，将探头输出电压降至安全电压范围。进行电压信号采集时，将探头一端接入电压信号采集端，另一端接地，通过分压电阻将过高的电压进行分压。图2中的光耦合电路对输入、输出信号有良好的隔离作用，输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被探测器接收后再经过进一步的放大后输出。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的绝缘能力和抗干扰能力。

b)调理板调理

调理板的调理主要是对采集电压信号噪声的滤除，本设计选用一种幅度响应极为平坦的二阶有源巴特沃兹低通滤波器，将前端ad620放大后的信号送入该滤波电路进行抗混叠滤波，如图3所示。巴特沃兹响应滤波器的通带和阻带均无纹波，可以保持精准的电平，它采用sallen-key拓扑结构，设计简单，电路元器件少。

2)电流调理

电流调理的原理是利用霍尔传感器的工作特性，它由导磁体、霍尔传感器组成，进行电流检测时，被测电流的导线穿过导磁体(电流钳)，在导磁体内产生磁场。其磁感应强度b与被测电流及绕在导磁体提上的导线匝数有关。霍尔传感器置于导磁体中，当霍尔传感器通以控制电流ic时，可输出霍尔电压uh＝kh*ic*b，式中kh为霍尔传感器常数。uh为调理后的采集系统输入值，采集系统根据采集的值可反算得被测电流值。

3)差分采集模块

采集模块均是对电压信号进行采集，电流信号是通过电流传感器转换为电压信号进行采集。该采集模块分为差分采集及开关控制。

a)模拟量差分采集

差分输入需要两根线连接到两个输入通道上，测量的是两个输入端的电压差，如果信号源连有参考地，则地端和信号源的地端之间会存在电压差，这个电压差会随信号源输入到输入端，这个电压差就是共模干扰，为了避免共模干扰，可将信号地连接到低电压输入端，原理图见图4。

b)开关控制

该采集系统为多路数据采集，因此采集信号时存在采集通道的选择及采集线路的通断控制，本系统采用pci1762小型继电器输出卡，通过应用程序控制小型继电器通断，进而控制大继电器的通断来进行信号采集通路的选择。

4)cpci总线

cpci为外围互联总线，是一种高性能32/64位地址/数据复用，其传输速度可达到132mb/s,具有良好的兼容性，符合总线规范的模块可以插入任何pci系统并可靠地工作。

cpci技术是在pci技术基础之上经过改进形成，具体表现为以下三个方面：1)继续采用pci局部总线技术；2)摒弃pci传统机械结构，改用欧洲卡结构，改善了散热条件，提高了抗震动、冲击能力、符合电磁兼容性要求；3)摒弃了pci的金手指互连方式，改用2mm密度的针孔式连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了带载能力。

cpci技术中最突出、最具吸引力的特点是热插拔。简而言之，就是在运行系统不断电的条件下插入或拔出功能模块，而不破坏系统正常工作的一种技术。该技术适于应用在要求实时数据采集、高速运算、模块化及高可靠度、可长期使用于军事系统、航空、航天领域。

5)pxi总线零槽控制器

零槽控制器8为pxi总线自动测试系统的控制模块，是整个自动测试系统的指挥中心，用于实现对所有仪器模块的资源管理，同时也是测试系统软件运行的环境，实现测试仪器模块工作流程控制和数据分析处理。

pxi总线是一种由ni公司发布的坚固的基于pc的测量自动化平台，其结合了pci的电气总线特性与cpci的坚固性模块化以及欧洲结构地机械封装的特性。发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，制定pxi规范使pxi成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。

7)并行通信技术

该数据采集系统采集数据及传输数据采用并行通信的方式，并行通信的优点如下：1)各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快速场合；2)微机系统中最基本的信息交换方式；3)传递信息不要求固定的格式；4)并行接口的数据传输律比串行接口快8倍，标准并口的数据传输率理论值为1mbps；5)在集成电路芯片的内部、通以插件板上各部件之间；6)以计算机的字长，通常是8位、16位或32位为传输单位，一次传送一个字长的数据；7)适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换。

8)应用程序

采集器的软件采用模块化设计，提高了系统的可靠性、可维护性和可扩充性。包括底层函数库和测试应用程序，组成了一个较为灵活的、通用化、直观、操作简便而又可靠的系统。

本发明的具体实施方法如下：

1)完成原理图设计及相关芯线定义的编制；

2)完成电路板的印制；

3)完成采集模块安装及本发明的走线；

4)进行设备的自检测，如接通采集通道，对整个通路进行通路测量；

5)将电流、电压信号接入设备输入端进行采集；

6)测试结束后将各开关断开，关闭设备。