一种小型多通道传感器信号预处理模块的制作方法

本发明涉及嵌入式数据采集系统应用领域，具体是一种小型多通道传感器信号预处理模块。

背景技术：

在一些小型飞行器的试验中，需要使用嵌入式数据采集系统对飞行器发射、飞行过程的振动、冲击、过载、压力等环境量参数进行采集，需要使用振动、冲击、过载、压力等多种类型的传感器完成加速度、压力等物理信号至电信号的转换，转换后的电信号进行滤波、幅值调整、零位调整和阻抗变换后送入a/d转换器转换为数字量。

信号预处理电路的功能就是完成传感器供电、输出信号的滤波、幅值调整、零位调整和阻抗变换。目前传感器信号预处理电路一般有两种实现方式，一种为通用的信号适调仪，但现有的信号适调仪存在以下缺陷：第一，因为体积过大，导致应用在嵌入式数据采集系统中；第二，信号适调仪的接口为通用接口，而嵌入式数据采集系统根据实际情况对接口进行改变，使得信号适调仪的通用接口无法与嵌入式数据采集系统接口连接；第三，信号适调仪的安装方式导致其无法安装在嵌入式数据采集系统中。另外一种实现方式为直接的印制板电路设计，与a/d电路、微控制器电路等在同一印制板上布局布线。该种设计方式存在诸多缺陷：1)传感器类型、数量改变时，对应的预处理电路需要作出调整，导致印制板重新进行设计；2)不同传感器具有不同的供电方式，需要在印制板上对应设计多种输出规格的电源电路，增加了印制板设计的复杂性；3)模拟电路、数字电路同板设计，数字信号会对模拟信号造成干扰，提高了模拟信号噪声，降低了系统的采样精度。

技术实现要素：

为解决目前信号预处理电路设计方式存在的问题，本发明提出了一种小型多通道传感器信号预处理模块。

本发明的技术方案是：一种小型多通道传感器信号预处理模块，括印制板(2)、若干管脚(3)和保护壳(1)；若干管脚(3)一端与印制板(2)固连，另一端与外部其他印制板相连接；保护壳(1)用于避免印制板(2)受污染损坏。

所述保护壳(1)为一端开口一端封闭的空腔壳体，印制板(2)置于腔体内，并与保护壳(1)封闭端固连。

印制板(2)置于腔体内，与保护壳(1)开口端存在距离；通过环氧树脂胶对保护壳(1)内腔进行灌封，并将保护壳(1)内腔填满。

所述印制板(2)上对应的两侧上开有若干通孔，若干管脚(3)一端分别位于该通孔中，管脚(3)的数量不小于10。

所述管脚(3)采用镀金锡磷青铜材料制成。

包括若干防静电tvs管，在每个通道输入输出端口均并联防静电tvs管。

所述印制板上包括低通滤波电路、电平转换电路、隔直放大电路、恒流源电路和精密稳压电路；外部电压输出型传感器调理电路输出的电压信号传至低通滤波电路，经低通滤波电路滤除信号的高频分量后输出至电平转换电路；电平转换电路对信号的幅值和零位进行调整后输出；外部iepe传感器调理电路，恒流源电路提供恒流激励至iepe传感器，iepe传感器输出电压信号至隔直放大电路，隔离直流分量后输出至低通滤波电路,经低通滤波电路滤除信号的高频分量输出至电平转换电路，电平转换电路对信号的幅值和零位进行调整后输出。

所述恒流源电路中采用lt3092型高精密恒流源芯片，恒流源电路单独放置在基板一端，和信号处理电路之间单点接地。

所述低通滤波电路采用巴特沃兹滤波器实现。

本发明提出的信号预处理模块可以对多路多种类型传感器提供工作电源或恒流激励并对传感器输出信号进行隔直放大、低通滤波、电平转换等预处理，最终产生满足a/d转换电路输入要求的信号。信号预处理模块可以对iepe型传感器、电压输出型传感器进行信号预处理。信号预处理模块采用pcb板，表面贴装再流焊工艺，双列直插管脚引出，铝合金壳体灌封制造，模块尺寸不大于40mm×40mm×10mm,通道数量不小于10通道。

本发明提出的信号预处理模块有益效果是：信号预处理模块采用模块电路形式，具有独立的封装结构，集成度较高，体积小巧，适用于不同硬件平台，不同结构形式嵌入式数据采集系统，具有极大的应用灵活性；信号预处理模块具有统一的电气接口，当数据采集系统的传感器类型、数量改变时，只需更换信号预处理模块(，无需对印制板进行重新设计；信号预处理模块实现了传感器至a/d转换电路之间信号处理电路的高度集成，为多种类型传感器提供电源激励和信号处理，降低了数据采集系统硬件设计的复杂度；信号预处理模块优化、固化了不同类型传感器信号处理电路的原理和印制板图设计，有效降低了信号链路的噪声，提高了数据采集系统的总体精度。

附图说明

图1：信号预处理模块结构示意图。

图2：信号预处理模块电路原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

参照图1，所述信号预处理模块包含铝合金壳体(1)、印制板(2)、镀金锡磷青铜管脚(3)、紧固螺钉(4)。镀金锡磷青铜管脚(3)焊接于印制板(2)，印制板(2)通过紧固螺钉(4)安装于铝合金壳体(1)上。装配完成，使用环氧树脂灌封铝合金壳体(1)内腔。所述信号预处理模块的外形尺寸不大于40mm×40mm×10mm。所述信号预处理模块印制板(2)4个安装孔全部接地，并且通过螺钉和壳体相连。

参照图2，所述信号预处理模块包含10路传感器信号调理电路，其中4路为电压输出型传感器信号调理电路，6路为iepe型传感器信号调理电路。所述电压输出型传感器信号调理电路由低通滤波电路、电平转换电路组成；所述iepe型传感器信号调理电路由恒流源电路、隔直放大电路、低通滤波电路、电平转换电路组成。各通道电路相互独立，可以同时对10路传感器信号进行预处理。所述信号预处理模块还包括精密稳压电路，为恒流源电路、电平转换电路提供精密基准电压。

参照图2，所述电压输出型传感器调理电路，传感器输出电压信号至低通滤波电路，经低通滤波电路滤除信号的高频分量输出至电平转换电路，电平转换电路对信号的幅值和零位进行调整后输出。所述iepe传感器调理电路，恒流源电路提供恒流激励至iepe传感器，iepe传感器输出电压信号至隔直放大电路，隔离直流分量后输出至低通滤波电路,经低通滤波电路滤除信号的高频分量输出至电平转换电路，电平转换电路对信号的幅值和零位进行调整后输出。

所述信号预处理模块，为了防止恒流源电路对信号处理电路的影响，恒流源电路单独放置在基板一端，和信号处理电路之间单点接地。

所述信号预处理模块滤波电路采用了巴特沃兹滤波器，解决了输出正弦信号失真问题。

所述信号预处理模块，为了提高恒流源输出激励电流精度，采用了lt3092型高精密恒流源芯片。

所述信号预处理模块，为了消除静电放电(esd)对电路的破坏在电源管脚处增加高频去耦电容和防静电tvs管；在每个通道输入输出端口均并联防静电tvs。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种小型多通道传感器信号预处理模块，信号预处理模块采用模块电路形式，具有独立的封装结构，集成度较高，体积小巧，适用于不同硬件平台，不同结构形式嵌入式数据采集系统，具有极大的应用灵活性；信号预处理模块具有统一的电气接口，当数据采集系统的传感器类型、数量改变时，只需更换信号预处理模块(，无需对印制板进行重新设计；信号预处理模块实现了传感器至A/D转换电路之间信号处理电路的高度集成，为多种类型传感器提供电源激励和信号处理，降低了数据采集系统硬件设计的复杂度；信号预处理模块优化、固化了不同类型传感器信号处理电路的原理和印制板图设计，有效降低了信号链路的噪声，提高了数据采集系统的总体精度。

技术研发人员：魏辰;舒航;王雪峰;李云
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0五研究所
技术研发日：2018.12.18
技术公布日：2019.04.19