数据采集装置、数据采集系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据采集领域，更具体地，涉及数据采集装置、数据采集系统及方法。
【背景技术】
[0002]X射线检测的工业自动化借助机器视觉的工业相机拍摄目标物体后传输至上位机，计算机根据设定的专用图像处理程序来提取图片的特征信息后作出相应的判断，进而控制输出模块做出相应的动作。检测用的工业相机就是一个信号采集装置，在X射线无损检测中采用此类装置可借助探测器完成肉眼不可视领域的检测任务，具有高分辨率和较快的采集速度;对批量测试有统一的测试标准，便于标准化管理，提供产品质量和可靠性；同时区分合格品和含有缺陷的产品，应用于那些不适合人工作业的高危工作环境和人工视觉难以满足的场合，如工业检测领域、农产品分选和食品检测领域、伺服系统和医疗应用等领域。
[0003]X射线数据采集系统的工作原理为探测器将X射线转化为微弱的电流信号，再通过积分器变成电压信号，然后用模拟数字转换器(ADC)对该电压信号进行数字化，得到被测信号的原始数值。将同一时刻采到的所有数值以灰度图的形式在主机上显示出来为1列，随着被测物体的运动，在主机上就会形成一个连续的图像，并且反映出被测物体的材料、形状等
?目息。
[0004]对于线性探测器，一般长度为几厘米到几米，像素为2.5mm/1.6mm/0.8mm/0.4mm/
0.2mm/0.lmm/0.05mm，随着像素的减小，像素点成倍增加，模拟数字转换器(ADC)的精度为12位或16位，采样率几百赫兹到几千赫兹不等，最高数据量可达几百Mbps，甚至上Gbps。其中，采样率定义为每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数为采样周期或者采样时间，它是采样之间的时间间隔。当探测规模较大、采样率较高时，采集的数据在传输的过程中会出现实时性差和可靠性差的问题，以及很难判断系统中出现故障的部分。
[0005]现有的X射线数据采集系统包括数字板110、模拟板120和主机130，其中，模拟板120包括N个模拟板121-12n，其中，数字板110和N个模拟板121-12n之间可以采用集中式模拟总线或者并行模拟总线传输信号。
[0006]如图1所示，该数据采集系统采用集中式模拟总线，模拟数字转换器(ADC)位于数字板110上，数字板110和N个模拟板121 -12n之间的数据总线为共享的模拟总线，对模拟板的数量没有限制。虽然减少了模拟数字转换器(ADC)的数量，成本低，但是模拟总线容易受到外界干扰，模拟板分时输出数据，图像会有一定的倾斜，系统规模受限于模拟总线带宽，故障诊断困难。
[0007]如图2所示，该数据采集系统采用并行模拟总线，其中，每个模拟板对应一个模拟数字转换器(ADC)，即N个模拟板121-12n对应N个模拟数字转换器(ADC)(lll-lln)，且均位于数字板110上，每个模拟板的输出都是独立的模拟总线。虽然可以支持更高的采样率，但是模拟总线容易送到外界干扰，接插件尺寸太大，故障定位困难。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供一种数据采集装置、数据采集系统及数据采集方法。
[0009]根据本发明的一方面，提供一种数据采集装置，用于根据接收到的指令采集数据，包括:N个模拟板，所述N个模拟板依次串联连接，N为大于等于1的自然数，用于采集数据;数字板，与所述N个模拟板中第1个模拟板连接，用于将接收到的指令转发给所述N个模拟板，并将所述N个模拟板根据指令采集到的数据上传;其中，所述N个模拟板中的第1个模拟板接收所述数字板转发的指令，并依次转发至下一级模拟板，所述N个模拟板根据接收到的指令采集数据，并依次转发至上一级模拟板，经由所述N个模拟板中的第1个模拟板发送至所述数字板。
[0010]优选地，所述数字板还与所述N个模拟板中第N个模拟板连接，所述N个模拟板中第N个模拟板接收所述数字板转发的指令，并依次转发至上一级模拟板，所述N个模拟板根据接收到的指令采集的数据，并依次转发至下一级模拟板，经由所述N个模拟板中的第N个模拟板发送至所述数字板。
[0011]优选地，所述数字板包括第一处理器、第一通信模块和第二通信模块，其中，所述第一处理器用于接收通过第一通讯模块传输至所述数字板的指令，并将其转换成指令包，其中，所述指令包可通过第二通信模块发送。
[0012]优选地，所述第一通信模块为SFP或以太网模块。
[0013]优选地，第二通信模块为串行接口模块，包括第一串行接口或者第二串行接口，所述第一或第二串行接口可实现1.5G、3G、6Gbps的传输速率。
[0014]优选地，所述N个模拟板中的每个模拟板均包括:探测器、积分器、模拟数字转换器、第二处理器、第三串行接口和第四串行接口，所述探测器被X射线照射转换成载有数据的电流信号，所述积分器将电流信号转换成电压信号，模拟数字转换器将电压信号转换成载有数据的数字信号，第二处理器接收载有数据的数字信号，并通过第三串行接口和第四串行接口传输载有数据的数字信号，每个模拟板的第四串行接口分别与下一级的第三串行接口连接。
[0015]优选地，所述第一处理器和第二处理器均为带有高速串行收发器的FPGA。
[0016]优选地，所述数字板的第一串行接口与所述N个模拟板中的第1个模拟板的第三串行接口连接，所述数字板的第二串行接口与所述N个模拟板中的第N个模拟板的第四串行接口连接。
[0017]根据本发明的另一方面，提供一种数据采集系统，包括主机和上述所述的数据采集装置，其中，所述主机与所述数据采集装置的数字板的第一通信模块连接，用于向所述数据采集装置发送指令;所述数据采集装置用于接收所述指令，并将根据所述指令采集的数据发送至所述主机;其中，所述主机还用于接收所述数据。
[0018]优选地，所述数据采集装置的数字板用于通过第一通信模块接收所述主机发送的指令，并将其转换成指令数据包后通过第二通信模块发送至所述模拟板。
[0019]优选地，所述数据采集装置的数字板还用于通过第二通信模块接收所述模拟板采集的数据，并将其转换成应答数据后通过第一通信模块上传至所述主机。
[0020]根据本发明的第三方面，提供一种数据采集方法，包括:数据采集装置的数字板接收主机发送的指令;所述数字板将所述指令转发给数据采集装置的N个模拟板;所述N个模拟板中的第1个模拟板接收所述指令并依次转发至下一级模拟板;所述N个模拟板根据所述指令获取数据，并将所述数据依次转发至上一级模拟板，经由所述N个模拟板中的第1个模拟板发送至所述数字板;所述数字板接收所述数据并上传至主机。
[0021 ]优选地，所述方法还包括:所述N个模拟板中的第N个模拟板接收所述指令并依次转发至上一级模拟板;所述N个模拟板根据所述指令获取数据，并将所述数据依次转发下一级模拟板，经由至所述N个模拟板中的第N个模拟板发送至所述数字板。
[0022]优选地，所述方法还包括:数字板判断接收到的指令是否发给数字板，若所述指令是发给数字板，则所述数字板执行指令;若所述指令不是发给数字板，则所述数字板将所述指令转发至所述N个模拟板。
[0023]优选地，所述数字板将所述指令转发至所述N个模拟板包括:数字板的第一通讯模块接收所述指令;数字板的第一处理器解析所述指令，并将其转换成指令包;数字板的第二通讯模块将所述指令包转发至所述N个模拟板。
[0024]优选地，所述方法还包括:所述N个模拟板判断接收到的是否为上行数据，当所述N个模拟板判断接收到的为上行数据时，将所述数据逐级转发，经由所述N个模拟板的第1个模拟板或第N个模拟板转发至所述数字板。
[0025]优选地，所述数字板接收所述数据并上传至主机包括:所述数字板的第二通讯模块接收所述N个模拟板的第1个模拟板或第N个模拟板发送的数据;所述数字板的第一处理器将所述数据转换成数据包;所述数字板的第一通讯模块将所述数据包上传至主机。
[0026]本发明提供的数据采集装置、系统及方法，数据传输带宽高，实时数据传输能力强，满足了 X射线数据采集系统的大型化、高分辨率、连续采集需求;随着系统规模的扩大，本方案良好的故障诊断能力提高了系统的研发、生产调试效率，降低了售后维护成本；回环冗余功能提高了系统的可靠性，可24x7全天候运行，使系统适用于可靠性要求极高的领域。本发明在各板卡之间采用数字信号传输，且SATA线本身带有屏蔽，解决了模拟信号抗干扰能力差的缺点，提高了系统的性能。SATA座和SATA线都是成熟技术，应用广泛，性能稳定，价格低廉，有利于降低系统的成本，提高系统的稳定性。SATA线相对传统的并行线缆，占用空间小，有利于系统的小型化。现在主流的FPGA都带有高速串行收发器，速度从几百Mbps到几十Gbps，价格不等，可以满足各个层次系统的需求。