高速多通道数据采集电路的制作方法

本实用新型属于高速多通道数据采集分析技术领域，具体而言，为一种高速多通道数据采集电路。

背景技术：

某直升机的振动监测过程中，需要同步高速采集多通道的AD数据，并对各通道数据同时且实时地进行大量的数据分析，以达到实时计算出技术人员可以用来确定故障所在以及严重程度的大量参数及分析信息。目前常见的方案为采用ADS1271进行数据采集，从而实现振动监测的功能，如图1所示的；由于ADS1271芯片最高数据率为105469SPS，即采用该芯片实现数据采集功能的硬件系统最高采样率只能达到100k，根据奈奎斯特定律，在100K的采样率下，该系统可以分析的最高的故障频率为50k。在针对某高转速涡轴发动机的振动监测中，我们发现该发动机在最大转速下最高的啮合频率为28500HZ，最高的叶片通过频率为30750HZ，在实际的故障诊断中，至少需要采集到最高故障频率的3倍频，故针对该高转速涡轴发动机的振动监测，需要分析的最高频率为30750HZ*3，即92.25k，也就是说至少需要达到200k的采样率才可以满足该涡轴发动机的振动监测需求，传统的实现方案已经不适用，容易造成对于高故障频率及其倍频的遗漏，从而影响技术人员对于故障的误判。

如我国某型直升机片及齿轮故障突出，影响飞行安全，急需发展可靠实时的振动监测设备，能在远远提前于故障发生时间点就报警，避免重大的事故发生。因为该涡轴发动机自身的高转速原因，针对该发动机的振动监测不但需要同时对多通道的数据进行采集处理及分析，而且需要高采样率的硬件采集方案，以保证对于高转速，高故障频率及其倍频的准确采集，从而保障技术人员对于故障的准确判断。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型为解决上述现有技术中的不足，提供一种高速多通道数据采集电路，提高采集、分析处理数据性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种高速多通道数据采集电路，包括用于接收多个通道数据的调理电路，调理电路连接多个数据传输通道至模数转换电路，模数转换电路连接FPGA数据处理单元；其中模数转换电路包括ADS1672芯片，晶体振荡器通过时钟缓冲电路连接至ADS1672芯片。

进一步的，上述的高速多通道数据采集电路中：所述FPGA数据处理单元设有AD芯片速率配置模块和过压检测单元，所述ADS1672芯片通过管脚分别与所述过压检测单元和AD芯片速率配置模块连接。

进一步的，上述的高速多通道数据采集电路中：FPGA数据处理单元与ADS1672芯片通过SPI总线连接。

进一步的，上述的高速多通道数据采集电路中：所述调理电路为全差分调理电路。

进一步的，上述的高速多通道数据采集电路中：所述晶体振荡器的震荡频率为13.1072MHZ。

进一步的，上述的高速多通道数据采集电路中：所述ADS1672芯片连接有基准电压芯片以获取3V基准电压。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型技术提供的高速多通道数据采集电路，提高振动分析过程中数据采集部分的硬件性能，准确性高，能够满足高转速、高故障频率及其倍频的准确采集需求，从而保障技术人员对于故障的准确判断。

附图说明

图1是现有技术中振动监测数据采集电路结构框图；

图2是本实用新型提供的高速多通道数据采集电路的结构框图；

图3是图2中所示高速多通道数据采集电路的数据采集流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

如图2所示，一种高速多通道数据采集电路，包括用于接收多个通道数据的调理电路，调理电路连接多个数据传输通道至模数转换电路，模数转换电路连接FPGA数据处理单元。

其中模数转换电路包括ADS1672芯片，ADS1672芯片通过基准电压芯片提供3V的基准电压；晶体振荡器通过时钟缓冲电路连接至ADS1672芯片；ADS1672芯片拥有很出色的AC与DC性能，高速高分辨率，其最高数据率可达625KSPS，足够满足200K采样率的数据采集要求；根据ADS1672的数据手册，为了准确的实现以及兼容以下四种25.6k、51.2k、102.4k、204.8k的采样率，本申请采用振荡频率为13.1072MHZ的晶体振荡器，并通过时钟缓冲电路连接ADS1672芯片，以保证能够实现模数转换电路最高采样率为204.8k的数据采集要求，满足对高转速涡轴发动机振动数据采集以进行故障频率的振动检测，提高对故障判断的准确性。

本实用新型给出的一个具体实施例为：

所述调理电路为全差分调理电路用于连接加速度传感器；加速度传感器采集的信号通过6个通道数据传输至全差分调理电路，全差分调理电路将其调理为AD转换的信号要求，再通过6个数据传输通道传输至ADS1672芯片。所述FPGA数据处理单元基于FPGA芯片，并设有AD芯片速率配置模块和过压检测单元，FPGA芯片一方面通过SPI总线连接ADS1672芯片以读取ADS1672芯片的数据并进行FIFO缓存，最终通过总线传输到需要该数据的处理器中；另一方面FPGA芯片通过AD芯片速率配置模块，经ADS1672芯片的DRATE 0/1管脚实现动态实时的改变ADS1672芯片采样率的功能，过压检测单元通过ADS1672芯片的OTRD管脚进行实时的过压检测，以防振动过大造成过压而影响最终数据的分析。

如图3所示的，整个数据采集的流程为：AD采集处于停止状态，当FPGA芯片收到相关处理器的AD采集开始指令后，FPGA芯片进行AD配置(AD芯片速率配置模块完成)并使能ADS1672芯片，ADS1672芯片便开始对接收到的多个数据传输通道的信号进行AD转换，当AD转换完成后，FPGA芯片使用SPI总线从ADS1672芯片中将当前的AD转换值读取到FPGA芯片中并写入FIFO进行数据缓存，该过程一直重复，直到采集到足够量AD数据后，关闭ADS1672芯片，停止整个采集过程，至此一次完整的数据采集过程就到此结束。

本实用新型中上述全差分调理电路优选采用本实用新型申请人在专利号为CN201620719417.8中公开的应用于电流激励传感器的全差分信号调理电路，采用全差分方式，在信号传输路径上任何一部分受到噪声干扰都可以得到有效的抑制，而且能够增加对外部噪声的抗扰度，从而将动态范围加倍，并且减少偶次谐波。

本实用新型技术提供的高速多通道数据采集电路，能够提高振动分析过程中数据采集部分的硬件性能，准确性高，能够满足高转速、高故障频率及其倍频的准确采集需求，从而保障技术人员对于故障的准确判断。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。