专利名称：动态检测数据记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属数据记录装置，特别涉及到各种车辆、船舶、动力机械的动态检测的数据保存和记录的装置。
在各种车辆、船舶、动力机械等设备的运动、动力、温度等参数的检测中，现有的测试技术通常采用多通道磁带记录仪进行记录，随着计算机的迅速发展，目前，在检测数据测试领域采用计算机(台式、或笔记本计算机)作为记录装置，而在测试时还需要各种传感器的放大器，如加速度传感器的电荷放大器或者前置放大器，多通道变换器等仪器与之配套使用，仪器台数较多，只能满足实验室或者现场工作的在线测试。相对各个连接环节的连接电缆较长，易受外界环境的电场、磁场等的影响。对于相对运动的机械的参数检测产生许多检测困难，从而，发展了远距离的遥测等技术，同样，这些检测仪器所需较多，并且较为庞大。
中国专利98200535公开了《运动车辆状况的自动识别记录装置》，它包括检测器、调制器、解调器、专用计算机、磁带机及显示器等，该装置的记录部分为磁带机。
本实用新型的目的在于提供一种适应各种车辆，般舶，动力机械检测的多通道，高度集成，可与计算机联连，独立使用，抗高温、抗冲击、抗振动，抗过载，抗干扰，低能耗，记录数据可靠，动态检测数据记录装置。
本实用新型所提供的一种动态检测数据记录装置，它包括壳体，在外壳上的用于连接检测温度，压力，加速度等各种物理量的传感器的输入接口，对传感器的电信号进行放大的前级调理电路，通道变换电路，将模拟电信号变换成为数字信号的A/D变换器，采集、存储数据的存储电路，时序及电源控制电路，电源，地址发生器，以及在外壳上的向计算机输出数据的输出接口。所述的传感器信号接输入口，连信号调理电路后，接通道变换电路，再接输入给A/D变换器，采集数据存入存储器中。电源连接调理电路与时序及电源控制电路向记录装置供电，并由电时序及电源控制电路控制。时序及电源控制电路连接通道切换电路，A/D变换器，地址发生器，并进行其控制。
以上所述的一种动态检测数据记录装置，所述的外壳由铝合金外保护壳，内层保护壳，在内层与外层之间的隔热绝缘缓冲层，以及其上的传感器的输入接口和向计算机输出记录数据的输出接口等所组成。
本实用新型的实施，为车辆、船舶等运输机械提供了安全检测各种运动、力能等参数的数据记录装置，又称黑匣子。由于采用了四层结构，由外到内依次为硬铝合金外壳，隔热绝缘缓冲层，内层保护壳，树脂灌封电路体，具有抗冲击、振动、过载、抗高温及工作环境温度高，安全可靠等优点。由于采用了大规模集成电路，本实用新型所提供的动态记录装置，体积小、功耗低、便于携带、安装和使用，可实时在线进行检测，抗干扰记录数据可靠，并可与计算机联接进行分析。它可广泛应用各个领域的动态测试之中。
图1是动态检测数据记录装置的结构示意图；图2是动态检测数据记录装置的电路框图；图3是动态测试数据记录装置中前级调理电路原理图；图4是动态测试数据记录装置中偏置电压电路原理图；图5是动态测试数据记录装置触发电路原理图；图6是动态测试数据记录装置中采集单元电路原理图；图7是动态测试数据记录装置时序发生电路原理图。
以下结合附图详细说明本实用新型的典型实施例。
图1是动态检测数据记录装置的结构，它由铝合金外保护壳101，内层保护壳102，在内层与外层保护壳之间还装有一层隔热绝缘的缓冲层103，内装的电路体，以及其上的传感器的输入接口和向计算机输出记录数据的输出接口等组成。其电路体由树脂灌封在内层保护壳体内。
图2是电路原理，包括传感器2，对传感器的电信号进行放大的前级调理电路3，通道切换电路4，将模拟电信号变换成为数字信号的A/D变换器5，采集、存储数据的存储器6，时序及电源控制电路7，电源8，地址发生器9。所述的传感器信号接输入口，连接调理电路；连接通道变换电路，并将某通道信号输入给连接的A/D模数变换器，采集数据存入存储器中。电源部分向连接的调理电路，时序及电源控制电路供电，并由其控制电路控制电源，控制通道变换电路的通道切换，A/D变换器，及地址发生器。
信号调理电路3，通道切换电路4，是把传感器2的输入信号变换成A/D变换器能接受的电压，并切换通道使得A/D变换器能分时对各通道进行采集。信号调理电路供电电压为+5V，使其输出信号满足A/D的量程范围，并且是在A/D的线形区内。A/D变换器5，存储器6，地址发生器9，主管模拟信号的数字化和存储。电源8是记录装置的工作电源。时序及电源控制电路用于对记录装置的电源进行管理，在平时只给电源控制部分的芯片供电，其余部分不给供电，只有在记录装置进行工作时才给整个系统供电，等到记录完成后，自动停止，低耗能数据保持状态，等待从读数接口上读取记录数据。
本实用新型是一种写读WR-RD模式的记录装置。
图3是为前级调理电路，它包括传感器的信号输入端Vin，与偏置电压Verf输入端之间串接电阻R1,R2，由R1与R2之间抽头取电压信号接放大器301的脚3，放大器的4脚连接电源Vcc,11脚接地GND,1脚为输出端VouT，在输出端接负反馈至放大器的2脚，在输入端并接一个二级管D1,D1另一端接地，为放大器的过载保护电路。其所述的偏置电压由偏置电路供给。图4,+5V的电压通过稳压二级管D2和电阻R3组成的网络得到2.5V的电压，一路由跟随器302产生偏置电压Vref2，另一路经过串联电阻R4、R5中间抽头分压后连到跟随器303的11脚，14脚输出偏置电压Vref1。R3后接有滤波电容C1、C2。
图5为所述的电源控制电路，触发源输入端START，经电阻R6、R7分压后接触发器701的6脚S端，并在6脚上接一个起到过压保护的稳压二级管D3，及对地接了防止误触发的一个电容C3，电阻R6、R7与电容C1组成了一个低通滤波器。数据采集完毕的状态指令端STOP，输入触发器702的脚8S端，其上有一个接地的负载电阻R8，触发器701、702的脚4与脚10相连接，并通过电容C4连接电源Vcc，而且从中抽头接一个电阻R9，其另一端接地。触发器701,702的5脚，3脚，9脚，11脚均接地；由触发器701、702的2脚，13脚分别接与门703的1脚，2脚，与门703的3脚通过电阻R10接在三级管704的基极b上，704的发射极e接自带电源+5V，集电极j接控制电源Vcc。另外，在与门703的3脚上还并接一个带有单向导通的二级管D4的存储器的片选端128SC。
当系统工作时，先要把+5V端与自带电源的正极相连，此时，触发电路上电，对于电容C4和电阻R8，相连的端点有一个从底到高的跳变，它输入进触发器701,702，清零端4脚和10脚，对它们清零，使得输出Q1为1,Q2为O，它们分别输入与门703的1脚，2脚，703的3脚输出为高电平，它通过电阻R10接在三级管704的b极，此时b极为高电平，704处于截止状态，供电源Vcc上无电压，系统中只有触发器电路带电，此时，记录装置处于低功耗状态。
当触发信号到时，START端变高，通过电阻R6、R7分压后的信号加入到701的6脚上，使得701上脚Q1输出电平变低，此时，702脚Q2仍为低电平O，所703的输出3脚变低O,704的b极变低，704处于饱和导通状态，Vcc上存在和电池相同的电压，记录装置其余部分都被供电。
当信号采集数据完成后，发出完成信号STOP时，由地址推进功能模块给出，在记录装置工作时它为低电平O，完成后变高电平1，它接至702的8脚端。记录装置在供电后，采集存储数据，完毕后702的13脚Q2由低变高，703输出3脚变高，704的b极变高，回到截止状态，关断3Vcc上的电压，记录装置处于数据保持状态。
在图5上，128CS端接存储器的片先端，并通过一个电阻与+5V相通，只要记录装置处于上电状态就为高电平，因片选端低电平有效，因此，此时存储器不选通。当记录装置启动后，由于703的3脚变低，这时由于704的正向导通特性，而128CS端在利用的二级管D4的作用电压比脚3高0.7V，仍可认为是低电平，存储器片选有效，保证把数据写入。而在记录装置处于数据保持状态时，703脚3又变高，此时存储器不选通。而在读数时，通过一个单刀双置开关一方面给Vcc供电，另一方面把128CS端接地，可读出存储器中的数据。
图6所示采集单元电路，它连接8位高速，自带数据锁存和缓冲电路，可以输入单极和双极信号的模数转换器5，包括采集，存储数据的存储器601，地址发生器9，计数器602以及写入读取电路，存储器的供电电源电路。所述的写入读取电路，由与门603的2脚输入的写入信号WR电压，由电源Vcc供电的1脚输入由电阻R11及并电容C4组成的RC网络电路，3脚为与门的输出端，连接计数器的10脚上，由Vcc供电的电阻R12，电容C5组成的网络，R12,C5串接，R12的一端接地，从R12,C5中间抽头同时接入计数据器11脚和地址发生器的脚2上。计数器与地址发器连接，共同连接到存储器上，它们提供了寻址存储器的信号。所述的存储器601还包括供电电路，由供电的电源8提供的5V电压供电，经单向二级管D4，连接至存储器的22脚供电端Vcc，同时，并连蓄电池B1供电，并且由电阻R13和二级管D5,D6，以及3VCHG充电输入端组成向电池充电的电路。供电电路并接在存储器30脚的CS端，及经过电阻R14接存储器的22脚，并且与经过单向二级管D7并连着存储器的片选端128CS1。计数器和地址发生器通过线连接存储器，以及A/D模数转换器连接存储器。
在记录装置被启动信号触发后，Vcc上电，由R12、C5组成的RC网络产生了一个复位脉冲，把计数器10和地址发生器9清零，这样地址就被清零。与门603的输入端1脚RDCLK端通过电阻11与Vcc端相连，平常处于高电平，当复位脉冲无效后，写入信号WR可以通过与门601后推进地址，使得由A/D转换器转换后的数据可依次存储在存储器中。
对于存储器601来说，因OE端和RDCLK端，CS端和128CS信号相连，WR端和WR信号相连。在记录装置处于等待触发状态时，128CS信号为高电平，所以CS端处于无效状态，存储器未被选中。在记录装置被启动后，128CS信号变低，此时片选存放，在WR信号的作用下，所采的数据依次存入存储器6中。采集完毕后，128CS信号变高，这时存储器可处于无效状态，即使有外部干扰使得存储器WR端有效，也可以保护所采集的数据不被改写。而在读写数据时，将128CS1端接地，由于二级管的正向导通电压为0.7V，所以128CS的电压约为0.7V为低电压，从而使片选CS端有交知读信号RD有效的情况下可以把数据读至计算机。
另外，存储器带有一个保持电源，为可充电电池，通过二级管D5供电，在采集完毕后，即使外电源与+5V端断开，也不会丢失存储器的数据。并可通过3VCHG端给电池充电。
图7所示时序控制电路，它是给记录装置提供时序控制信号，协调各部分的工作。当装置处在低功耗等待触发状态和保持状态时，只给触发部分供电，其它部分关闭，触发电源开关被打开后，此部分开始工作。
所述的是序控制电路的组成包括晶体振荡器及分频器710，控制部分电路740，双计数器720、721，两个多通道切换器401、402。所述的控制部分电路由Vcc电源输出单向二级管D9接反向器711，输入端13脚为读取RD1输入信号，并通过电阻R15接地，反向器711输出端12脚输出信号为AA，它一路连接与非门712的9脚；并接另一路至与非门713的输入4脚，(其5脚为输入CLK信号，6脚为输出写入信号)。
与非门712的8脚为输出信号153CS，并接至反向器715，经过反向器715的输出信号153PD，并接至晶振器710的CS控制端的3脚，晶振器的输出端FP的2脚，输出信号CLK1。晶振器的偏程输入端A、B、C，可偏程输出9种不同频率。
晶振的电源输入端Vcc供电后，其FS输出端输出16MHZ信号，其1脚FS输出端的信号频率由A、B、C三个偏程输入端的电平特征决定。本实用新型施例采用的是EXO3集成晶体振荡器，偏程端与输出频率的关系。如表所述
实施例采用两个4位同步8421十进制计数器，它采用4个主从JK触发器构成的T触发器作为记忆单元。计数器720的2脚为信号CLK1输入端。输出端Q0、Q1、Q2、Q11对应14脚13脚，12脚，11脚，11脚输出的CLK信号经反向器716的输出5脚，输出6脚接至计数器721的2脚的输入端CLK,11脚为输出C3信号接反向器717的9脚，反向器8为结束控制信号EN1的输出端。读取信号RDCLR输入反向器718的3脚，输出4脚接计数器的1脚，并在1脚上并接复位信号输入端RST1。
由两个多通道切换器(开关)401、402构成多路开关电路，切换器401的2脚为输入EN1信号端，4、5、6、7、12、11、10、9脚对应有1-8通道输入端，13脚是供电电源Vcc,8脚为输出端，3脚接地。切换器402的2脚为C3信号端，4脚、5脚为9、10通道输入端，8脚与切换器401的输出连接输出信号DG,13脚为供电电源Vcc,3脚接地。
记录装置正常工作时，RD’信号悬空，此时反向器711的13脚通过R15与地相连，13脚输入信号为低电平。这样经过反向器711后从脚12输出信号AA，此时为高电平，它一方面输入给双输入与非门712的9脚，另一方面输入给双输入与非门713的4脚。STOP信号为存储单元产生的信号，它与RD’信号共同对晶振器控制。STOP信号在记录装置工作时，处于低电平，通过反向器(714)后变成高电平输入与非门(712)的10脚，这时与非门712的8脚输出信号153CS变为低电平，它在通过反向器715后输出153PD变高电平，这时晶振器的片选端有效，晶振器工作。FP端输出方波信号CLK1，它再输入经十进制计数器720的2脚CLK端，在其11脚Q3可得到方波信号CLK,CLK信号再经反向器716，输入给计数器(721)的2脚CLK端，再用其的四个输出端的C0、C1、C2、C3信号去控制通道切换器的信号切换。
由于采集电路上电，同样这时也有一个RC网络被上电，它产生一个复位RST1信号，通过此信号把两个计数器720、721进行复位，此时，计数器(720)的C0、C1、C2、C3均为零，C3通过反向器717后的信号变为高电平，这样多能切换器401的2脚使能端有效，其切换器402的片选无效，输出信号DG508为切换器401的第一路输入的信号，经过1/6.25ms后，计数器402的2脚CLK端有一上升跳变，这样使得C0为1高电平，而C1、C2、C3为零，从而选中切换器401的第二个通道，使第二通道信号为切换器401的输出信号DG508。这样C0、C1、C2、C3信号依次从0000变到0111，输出信号DG508也依次为切器401的第1-8通道的输入信号，而当C0、C1、C2、C3信号为1010时，结束指令EN1为0，此时切换器402选片有效，切换器401无效，信号DG为切换器402的第一通道输入信号，同样下次切换器402的第二通道输入信号为输出信号DG。再经过1/6.25ms后，C0、C1、C2、C3信号又变回到0000，从而又进行通道的选择，这样就实现了十路输入信号的依次切换输入。
当数据采集完毕后，STOP信号变高电平，这时反向器714的10脚输出变低，它输入到非门712的8脚输出信号153CS变高，通过反向器715的输出信号153PD变低，使得晶振器的控制端CS变低，关换掉晶振器。
本实用新型提供的动态检测数据记录装置已在小车的碰撞试验中得到应用。
权利要求1.一种动态控制检测数据记录装置，它包括壳体(1)，在外壳上用于连接检测温度、压力、加速度等各种物理量的传感器(2)的输入输出接口(2)，其特征在于还包括对传感器的电信号进行放大的前级调理电路(3)，通道切换电路(4)，将模拟电信号变换成为数字信号的A/D变换器(5)，采集、存储数据的存储电路(6)，时序及电源控制电路(7)、电源(8)、地址发生器(9)；及在外壳上向计算机输出数据的输出接口；所述的传感器信号接输入口，连信号调理电路后，连接通道变换电路，再连接输入A/D变换器，采集数据存入存储器中，电源连接调理电路与时序及电源控制电路向记录装置供电，并由电源控制电路控制；时序及电源控制电路连接通道切换电路、A/D变换器、地址发生器。
2.根据权利要求1所述的一种动态检测数据记录装置，其特征在于所述的外壳由铝合金外保护壳(101)、内层保护壳(102)、在内层与外层保护壳之间的隔热绝缘缓冲层(103)，以及其上的传感器的输入接口和向计算机输出记录数据的输出接口所组成。
3.根据权利要求1所述的一种动态检测记录装置，其特征在于所述的前级调理电路还有一个偏压电路；前级调理电路由电阻R1、R2，放大器(301)组成，放大器的脚3由R1、R2串联的中间抽头为输入端，脚4为电源，脚2为放大器输出端，在放大器输入端并联一个过载保护的二级管D2；其偏置电压电路为稳压二级管D2，电阻R3组成网络，得到一个电压，其一路由跟随器(302)产生偏置电压(Vref2)，另一路经串联电阻R4、R5中间抽头分压后，连接跟随器(303)脚12，脚14输出偏置电压(Vref1)，在R3后接有滤波电容C1及C2。
4.根据权利要求1所述的一种动态检测数据记录装置，其特征在于所述的时序及电源控制电路中的电源控制电路，它包括触发源输入端(START)，经电阻R6、R7分压后接触发器(701)的脚6S端，并在脚6上接一个起过压保护的稳压二级管D3，及对地接了一个防止误触发的电容C3，电阻R6、R7与电容C3组成了一个低通滤波器；以及数据采集完毕的状态指令端(STOP)，它输入至触发器(702)的脚8S端，在其上有一个接地的负载电阻R8，触发器(701)、(702)的脚4与脚10相连接，并通过电容C4连接电源Vcc，而且从中抽头接一个电阻R9，另一端接地；触发器(701)、(702)的脚5、脚3、脚9与脚11均接地；由触发器(701)、(702)的脚2、脚13分别接与门(703)的脚1、脚2，与门(703)的脚3通过电阻R10接在三级管(704)的基极b上，其发射极接自带电源，集电极接控制电源(Vcc)，另外，在与门(703)的输出脚3上还并接一个带有单向通过的二级管D4的存储器的片选端(128SC)。
5.根据权利要求1所述的一种动态检测数据记录装置，其特征在于所述的采集、存储数据的电路(6)包括采集、存储数据的存储器(601)、地址发生器(9)、计数器(602)、以及写入读取电路、存储器中数据保持供电电源电路；由Vcc供电的电阻R12、电容C5组成的网络，R12、C5串联R12另一端接地，由R12、C5中间抽头，连接计数器的脚11与地址发生器的脚2上，提供寻址信号的计数器、地址发生器连接存储器；所述的写入读取电路由与门(603)的脚2输入写入读取电压WR端，由电源Vcc供电的与门(603)的脚1为由电阻R11及并联的电容C4组成的网络电路，与门脚3的输出端，连接在计数器的脚10上；所述的存储器的供电电源电路，由电源(8)提供的电压端，经单向二级管D4连接存储器的脚22的供电端Vcc，并且，并联蓄电池B1供电，设有由电阻R13与二级管D5、D6，以3VCHG充电输入端的向电池充电的电路。
6.根据权利要求1所述的一种动态检测数据记录装置，其特征在于所述的时序控制电路由晶体振荡及分频器(710)，双计数器(720)，(721)，双通道切换器(405)、(402)及控制部分的电路(740)所连接组成。
专利摘要动态数据记录装置,包括多层保护外壳,输入输出接口,前级调理电路,通道切换电路,A/D变换器,存储器,电源,时序,电源控制电路,地址发生器等,它具有多通道检测记录,高度集成、抗高温、抗冲击、抗振动、抗过载、抗干扰、低能耗、记录数据可靠、可与计算机联机使用等优点,可广泛应用于飞机、车辆、船舶,各种机械的动态检测数据的记录。
文档编号G01D21/02GK2449194SQ0026099
公开日2001年9月19日 申请日期2000年11月7日 优先权日2000年11月7日
发明者张文栋, 刘俊, 李永红, 翟成瑞, 李景明, 熊继军, 秦丽, 孟令军 申请人:华北工学院微米纳米技术研究中心