专利名称：高低速瞬态波形采集分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种瞬态波形分析仪，特别涉及一种将高速／低速模拟／数字(A／D)转换器和存储器做在一块线路板上，直接插入pc机的I／O扩展槽中，可即刻进行瞬态波形采集及数据处理的分析仪。
瞬态波形采集分析在石油、地质、水利、建筑、核能等领域中有广泛的应用。一种传统的波形采集分析仪的框图如
图1所示，传感器探测到各种物理信号，如速度、压力、加速度等，变为电信号(电压或电流信号)。该电信号经放大器放大后被模拟磁带机所记录。然后送到模拟／数字(A／D)转换器转换为信号的数字量，再将获取的数据送到计算机去处理。图2是另一种传统的瞬态波形分析仪，传感器探测到各种物理信号并转变为电信号，该电信号经放大器放大后送到数字存储示波器，对波形数据进行数字化、存储或显示，示波器有接口可与计算机连接。
图1所示的瞬态波形分析仪的缺点是数据的获取和数据的处理是分开进行的，不适于在作业现场进行实时分析；况且，模拟磁带记录器对高速瞬态信号的频率响应不够，且只有信号记录功能，没有数据处理功能。
图2所示的波形分析仪的缺点是需要价格昂贵和体积较大的数字存储示波器，示波器仅具有波形数据的暂时存储和显示能力，不具备数据处理能力。
本实用新型的目的是提供一种波形采集分析仪，其中把高速／低速A／D转换器和存储器做在一块称为数据采集板的线路板上插到pc计算机上，使波形数据的采集和处理能在计算机的管理之下并行进行，可进行现场瞬态波形的采集、记录及数据的分析。
本发明的另一目的是提供一种波形分析仪，具有高速／低速的至少四通道，广泛适用于不同领域的高低速瞬态波形的采集和数据处理。
本实用新型的波形采集分析仪包括用于探测物理量的至少一个传感器，一用于放大来自传感器信号的放大器，一块对放大的电信号进行数据采集的数据采集板，和一台pc计算机，其特征在于所述数据采集板包括高速通道和低速通道，所述高速通道包括一输入电路，用于输入来自所述放大器的信号，一高速A／D转换器，连接到所述输入电路，用于把高速模拟信号转换为数字信号，一存储器装置，连接于所述A／D转换器，用于存储所测数字信号，以及一并行输入输出口，连接于所述存储器装置，用于实现数据采集板与计算机的连接。所述低速通道包括一个模拟开关，用于接收低速输入信号，一个电平转换电路，连接于模拟开关，一个低速A／D转换器，连接于电平转移电路，用于把信号变为数字信号，直接送到计算机进行处理。本实用新型的所述两高速通道电路从信号输入到A／D转换到存储器完全隔离，对两个采样通道采用了完全相同的两套电路，每通道采样速率为1MHZ，所用A／D转换器的芯片为TDC1001，低速通道的A／D转换器的芯片为ADC0804，本实用新型的数据采集板还包括内触发装置、外触发装置、触发阈值和触发提前量的数字控制装置，所述的数据采集板直接插入pc机的I／O扩展槽，通过计算机的控制实现信号的采集。高速通道的高达1MHZ的采样率可保证快速信号的数据采集，其每通道4K字节存储量保证瞬态信号的记录。而慢变化信号可由低速通道进行采集，低速通道采样频率分四档10、100、200、1000HZ，由计算机控制选择。可同时记录四个通道的高低速信号并送到计算机处理，而且通过pc机的控制功能，使数据的采集与处理并行进行，且使波形的移动、压缩、计算峰值和频率及波形绘制变为可能。
本实用新型的优点是数据采集功能板直接插入到pc机上，使整个波形分析仪的硬件结构简单，并可充分利用计算机的功能；由于波形采集和数据处理可并行进行，提高了工作效率；结合计算机的软件技术，使本波形分析仪的操作简单，使用方便，波形分析更精确有效。应用范围广，适用于各领域高低速瞬态动荷载信号的捕获及处理。特别是对爆破时爆源近区瞬态高频爆炸应力波及远区低频振动波的采集、记录、分析。
下面，结合附图详细描述本实用新型的目的之实现图1是一种现有技术波形分析仪的框图。
图2是另一种现有技术波形分析仪的框图。
图3是本实用新型波形分析仪的框图。
图4是本实用新型的数据采集板的信号流程图。
图5是本实用新型数据采集板的框图。
图6－11是本实用新型数据采集板的线路图。
图3是实用新型的瞬态波形采集分析仪的原理图。其中1是传感器，传感器的作用是用于探测各种物理信号，如位移、速度、加速度、压力、应变等，并把它们变为电信号(电压、电流)，从传感器出来的电信号被送到放大器2进行放大，常用的放大器有电压放大器、电荷放大器、超动态应变仪、信号调节器等，从放大器出来的放大信号被送到带有数据采集板的微型计算机进行处理。在本发明的方案中，传感器、放大器和微型计算机都是可从市场买到。对于本专业的普通技术人员来讲，它们之间的连接也都是可以不需要创造性劳动完成的。
图4是本发明的数据采集板的信号流程图，来自放大器的输入信号Ui如果是高速信号，则进入高速通道，如果是低速信号，则进入低速通道；下面我们分别描述，来自放大器的高速输入Ui(H)信号进入输入电路，使Ui(H)信号转换为适合于A／D转换的信号，并送到A／D转换器进行模／数转换，模拟信号转换成数字量后送到RAM暂存，这是因为一些主频较低的pc机，对于1MHZ的采样频率不可能利用软件编程的办法，将每次的转换结果随时送到计算机的内存。因此，在接口电路中设置了一RAM数据暂存器来保存采样瞬态波形得到的全部数据，然后将采样数据读入计算机内存。
来自放大器的低速输入信号通过模拟开关进入A／D转换器进行模数转换，转换结果用软件编程的办法随时送入计算机内存进行处理。低速通道是完全独立于高速通道的。
为了使本实用新型的瞬态波形采集分析仪能更好地工作，还可以增加内触发、外触发、触发阈值和触发提前量的数字控制电路。
图5是实用新型数字采集板的框图。该采集板可同时测量四路信号，如高速信号Ui(H1)和Ui(H2)，低速信号Ui(L1)和Ui(L2)。为了尽量避免各路信号间的相互干扰，对高速采样通道从输入电路到A／D转换到存储器，采用了完全相同的两套电路。图5中还示出触发电路、触发提前量电路和触发阈值电路。图6－11是图5数据采集板的线路图。下面结合图5－图11，详述本实用新型的高速A／D数据采集的主要工作过程。
首先，由计算机的软件程序置位I／O扩展槽中的信号线，经译码电路选通并行输入输出口8255，将并行输入输出口的PA、PB、PC口初始化。PA、PB口置为输入方式，下PC口(PC3－PC0)置为输出方式，用来选择高速或低速采样、内触发或外触发工作方式，采样或送数状态，并将地址计数单元清另。上PC口设为输入方式，用来检测Ui信号是否超阈及采样是否完毕。
高速采样电路的工作过程A.在写状态下外触发工作方式，触发信号由现场提供，此时PC0(外／内)＝1，PC1(采样／送数)＝0，PC2(高／低)＝1。当外触发脉冲来后，启动标志触发器U28(1)的Q端置1，打开时钟门。20MHZ的高频时钟信号经U14被送至两路A／D采样通道，开始采样。同时，20MHZ信号经U14被送至两路A／D采样通道，开始采样。同时，20MHZ信号经U16、U1720分频后，以1MHZ的频率同时送到A／D(U4和U6)的起动端sc和地址计数器(U19、U20、U21)的ck端，使地址计数器开始计数。电路以1微秒／每次的速率将每次的采样结果顺序存入RAM(U8、U9、U10、U11)相应的地址单元中。完成4k字节的采样后，地址计数器产生一进位脉冲，通过U22与门将启动标志触发器U28再置另。关闭时钟门，采样停止。
内触发工作方式，此时，PC0(外／内)＝0，PC1(采集／送数)＝0，PC2(高／低)＝1。首先由程序将阈值控制字打入阈值锁存器U38、U39，将提前量控制字送入提前量锁存器U36、U37。触发提前量可以是0－4096中的任意数值。再用程序给368端口一负脉冲，同样使启动标志触发器U28置1，电路开始从内触发输入端采样。与外触发工作方式不同的是如果Ui没有超过给定的阈值，则这种采样过程会以4096为一循环无限地继续下去，而地址计数器的进位脉冲不会使这种采样过程停止。同时，计算机用查询方式检测Ui是否超过给定的阈值Uy，一旦｜Ui｜＞｜Uy｜，则计算机会从369端口打入一负脉冲，从而使原已在U36，U37中存好的触发提前量送入提前量计数器U32、U33、U34，并从此数开始进行与地址计数器同步的加法计数。一旦该计数器计满4k数值，则进位脉冲会通过U22另一与门，使启动标志触发器U28复位，采样停止。此时存储器中存入的采样结果从停止采样时的地址处往前推算，由4096减去预置提前量的单元中存入的数据是｜Ui｜>｜Uy｜以后测到的结果，而其余的存储单元中存入的是Ui超过阈值之前的数据，从而实现了内触发时触发提前量的要求。
B.在读状态下此时，PC1(采样／送数)＝1。由程序选通并行输入输出口8255的PA口、PB口，从上、下两路的RAM单元中将数据交替读入内存。写操作时，地址计数脉冲与采样脉冲同步，两通道单独顺序地将数据写入相应的存储器。读操作时，地址计数脉冲由I／O扩展槽的IOR信号产生(执行一次IN指令时，IOR线上出现一负脉冲)，IOR两次有效低电平引起地址脉冲的一次改变。
经过以上过程，可以获得两路8位4K单元的高速采样数字量。采样结束后，根据计算机指令，将8K位数据送入pc机内进行处理。
低速信号的采样过程低速信号的采样只适于外触发方式。当外触发信号来后，由并行输入输出口8255－PC4端输入标志，通过程序设置选择Ui(L1)或Ui(L2)输入。输入信号经电平转移送入U42 ADC0804变换成数字信号送入计算机进行存储及处理。
其采样频率及每通道信号的存储容量均可由软件进行设置。
权利要求1.瞬态波形采集分析仪，包括用于探测物理量的至少一个传感器，一个用于放大来自传感器信号的放大器，一块对放大的电信号进行数据采集的数据采集板，和一台PC计算机，其特征在于所述数据采集板包括高速通道和低速通道；所述高速通道包括输入电路，用于输入来自所述放大器的高速信号；高速(2.5MHZ)A/D转换器，连接于所述输入电路，用于把高速模拟信号转换为数字信号；每个通道4K的存储器RAM装置，连接于所述A/D转换器，用于存储所述数字信号；以及并行输入输出口，连接于所述存储器装置，用于实现与计算机的连接；所述低速通道包括一模拟开关，用于接收低速输入信号；一电平转移电路，连接于模拟开关；一低速A/D转换器，连接于电平转移电路，用于直接输出采集的数字数据给计算机。
2.根据权利要求1的瞬态波形采集分析仪，其特征在于，所述高速通道的所述A／D转换器的芯片为TDC1001。
3.根据权利要求1的瞬态波形采集分析仪，其特征在于，所述低速通道的所述A／D转换器的芯片为ADC0804。
4.根据权利要求1的瞬态波形采集分析仪，其特征在于，所述数据采集板还包括内触发装置、外触发装置、触发阈值和触发提前量的数字控制装置。
专利摘要一种瞬态波形采集分析仪，包括用于探测物理量的至少一个传感器，一个用于放大来自传感器信号的放大器，一块对放大的电信号进行数据采集的数据采集板和一台PC计算机，所述数据采集板插在计算机的I/O扩展槽中，体积小并具有高速通道和低速通道，可对高频瞬态波形信号和低速瞬态波形信号进行采集及实时分析。
文档编号G01R29/00GK2148335SQ93200039
公开日1993年12月1日 申请日期1993年1月7日 优先权日1993年1月7日
发明者孙翠兰, 蔡建新, 王悦敏 申请人:孙翠兰