专利名称：一种直流量采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于电力系统、电气化铁路牵引供电系统以及工控系统中的直流量采集装置。
2、背景技术目前在我国电力系统、电气化铁路牵引供电系统以及工控系统中使用的各种直流量采集装置或单元，一般直接采用逐次逼近、V/F变换或∑-Δ等方法进行直流量采集。这些方法往往存在采样速度和抗扰性的矛盾，尤其是在电磁兼容要求比较高的使用环境下，要实现采样速度和抗扰性水平的同步提高就变得更加困难。
发明内容本实用新型的目的是提供一种新型直流量采集装置，以弥补现有直流量采集技术的不足，同步提高采样速度和抗扰性水平。
为了达到本实用新型的目的，本实用新型是这样实现的一种直流量采集装置，由机箱后端子接口(1)，前级滤波电路网络(2)，模拟量切换开关器件(3)，通道控制电路(4)，FPGA现场可编程逻辑器件(5)，CPU处理器插件(6)，A/D转换器(7)，差分比例调整电路(8)，以及温度自动校准电路(9)组成，机箱后端子接口(1)通过插针与前级滤波电路网络(2)相连接温度自动校准电路(9)、前级滤波电路网络(2)、差分比例调整电路(8)和通道控制电路(4)分别通过印制线与模拟量切换开关器件(3)连接，差分比例调整电路(8)通过印制线分别与A/D转换器(7)和通道控制电路(4)相连接，A/D转换器(7)通过印制线与FPGA现场可编程逻辑器件(5)连接，FPGA现场可编程逻辑器件(5)与CPU处理器插件(6)通过扁平电缆相连接。
本实用新型具有以下优点第一、本实用新型采用FPGA现场可编程逻辑器件实时控制采样的通道选择，运放的增益，信号类型选择(电压/电流)，离散采样的采样间隔；第二、通过高速实时的离散采样和FPGA现场可编程逻辑器件内部的RAM单元，可以实现采样的不间断性，极大地缩短了对CPU处理器的占用时间，同时，通过软件算法可以很好地消除工频干扰和各种电磁干扰，达到很高电磁兼容等级；第三、本实用新型具有以态网、RS232串行口，CAN等两种现场总线接口，并可选用光纤接口，实现智能化要求；第四、本实用新型不仅可以单独运行，而且可以组网运行，如以态网，现场总线网等；第五、本实用新型实现了模拟部分和数字部分的电气隔离；第六、本实用新型采用先进的温度补偿电路，能够在宽温度范围(-25℃～+55℃)内满足精度的稳定性；
图1是本实用新型的总体原理框图；图2是本实用新型的前级滤波电路；图3是本实用新型的通道控制电路；
图4是本实用新型的差分比例调整电路。
具体实施方式
为更好地说明本实用新型，
以下结合附图加以说明。
其中图号x代表该类型器件的序号，Vx为TVS；Cx为电容器；Dx为集成电路；Ex为光电耦合器；Lx为磁珠；Rx为电阻器。
本实用新型由机箱后端子接口1，前级滤波电路网络2，模拟量切换开关器件3，通道控制电路4，FPGA现场可编程逻辑器件5，CPU处理器插件6，A/D转换器7，差分比例调整电路8，以及温度自动校准电路9等组成，直流量信号经前级滤波电路网络2到达模拟量切换开关器件3，FPGA现场可编程逻辑器件5的内部逻辑控制通道控制电路4，从而达到切换模拟量切换开关器件3，实现直流量采集的通道选择和比例调整，最终将A/D转换器7转换后的周期数据存储到FPGA现场可编程逻辑器件5中，等待CPU处理器插件6的读取并启动下一个采样周期。
本实用新型采用FPGA现场可编程逻辑器件，通过对其编程，自动对通道控制电路和差分比例调整电路进行实时控制，切换不同的测量通道，调整对应的测量量程，实现对所有输入回路的高速离散采样。同时，通过软件算法滤除工频干扰。
本实用新型采用电容、TVS接地网络和磁珠，将直流量信号中的高频干扰，平衡电阻用于实现直流量的平衡输入。同时，通过改变短路器的设置，实现电压量和电流量的混合设置。
本实用新型采用通道控制电路和差分比例调整电路在FPGA现场可编程逻辑器件内部逻辑的控制下，实现电压、电流方式、温度系数的实时校准和不同增益的在线设置。
实施例1如附图1所示，直流量信号经前级滤波电路网络2到达模拟量切换开关器件3，FPGA现场可编程逻辑器件5的内部逻辑控制通道控制电路4，从而达到切换模拟量切换开关器件3，实现直流量采集的通道选择和比例调整，最终将A/D转换器7转换后的周期数据存储到FPGA现场可编程逻辑器件5中，等待CPU处理器插件6的读取并启动下一个采样周期。同时，可以节省CPU的占用时间，保证采样的连续性。温度自动校准电路采用高温度稳定性的精密电阻网络和基准电压源芯片，在实验室条件下，用高精度基准源校准系数，采样过程中实时采样温度自动校准电路的输出信号，通过特定算法实现温度影响的自动校准，可以保证宽温度范围(-25℃～+55℃)内满足精度的稳定性；实施例2如附图2所示的前级滤波电路，C1，C2为滤波电容，V1，V2为TVS管，L1，L2为磁珠，三者共同实现高频干扰信号的削弱作用；R1，R4为电压输入方式的采样电阻；R2，R5为电流输入方式的平衡电阻，R3为电流方式的采样电阻；X1，X2为短路器，通过改变其设置，可以实现电压/电流方式的选择。经过滤波和电流、电压方式的选择之后，信号分别送到模拟量切换开关。
实施例3
如附图3所示的通道控制电路，R12～R20为电阻，其中R12，R15和R18起限流作用，其余6个电阻起上拉作用；E1～E3为光电耦合器，用于隔离模拟部分和数字部分；D5，D6为集成电路，起串/并转换的作用，用于实现串行数据到并行数据控制。图中所示的S0，PCS0，PCLK0均为FPGA现场可编程逻辑器件发出的串行控制信号。由CPU主处理器发出的控制命令，可以灵活修改采样频率、电压/电流选择和放大回路的增益，从而实现多类型和多量程采样的混合进行。
实施例4如附图4所示的差分比例调整电路，R6～R11为电阻，其中R11为运算放大器的平衡接地电阻，R6～R10为比例运放的增益控制电阻，起调节增益的作用；D1为差分运算放大器，将平衡输入的信号转换成单端双极性信号，经由比例运放回路送至A/D转换器。比例调整电路由电阻R6～R11，运算放大器D2，模拟量切换开关器件D3共同组成。比例调整控制由D3接受通道控制电路控制，进行调整增益。其中模拟量切换开关器件D4在通道控制电路控制下，与前级滤波电路共同实现通道切换。
权利要求1.一种直流量采集装置，由机箱后端子接口(1)，前级滤波电路网络(2)，模拟量切换开关器件(3)，通道控制电路(4)，FPGA现场可编程逻辑器件(5)，CPU处理器插件(6)，A/D转换器(7)，差分比例调整电路(8)，以及温度自动校准电路(9)组成，其特征是机箱后端子接口(1)通过插针与前级滤波电路网络(2)相连接，温度自动校准电路(9)、前级滤波电路网络(2)、差分比例调整电路(8)和通道控制电路(4)分别通过印制线与模拟量切换开关器件(3)连接，差分比例调整电路(8)通过印制线分别与A/D转换器(7)和通道控制电路(4)相连接，A/D转换器(7)通过印制线与FPGA现场可编程逻辑器件(5)连接，FPGA现场可编程逻辑器件(5)与CPU处理器插件(6)通过扁平电缆相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种直流量采集装置，机箱后端子接口(1)通过插针与前级滤波电路网络(2)相连接，温度自动校准电路(9)、前级滤波电路网络(2)、差分比例调整电路(8)和通道控制电路(4)分别通过印制线与模拟量切换开关器件(3)连接，差分比例调整电路(8)通过印制线分别与A/D转换器(7)和通道控制电路(4)相连接，A/D转换器(7)通过印制线与FPGA现场可编程逻辑器件(5)连接，FPGA现场可编程逻辑器件(5)与CPU处理器插件(6)通过扁平电缆相连接。可广泛用于电力系统、电气化铁路牵引供电系统以及工控系统的直流量采集。
文档编号G01R19/25GK2560949SQ02235348
公开日2003年7月16日 申请日期2002年5月31日 优先权日2002年5月31日
发明者周全, 刘万峰 申请人:烟台东方电子信息产业股份有限公司