带自检功能的数据采集器及其在线自检测的方法与流程

本发明涉及数据采集器领域技术，尤其是指一种带自检功能的数据采集器及其在线自检测的方法。

背景技术：

由于电子元器件在长时间工作后，器件的性能会弱化，参数会发生漂移，甚至会出现损坏的情况。数据采集器是属于精密设备，采集结果的微小误差就会导致结果判断的偏差。判断采集器的输入通道是否能正常采集数据，往往外部要给采集器提供一个标准的信号源，这样对于已固定安装或者不间断的数据采集是很不方便的。

现有的数据采集器的自检功能，大多是提供一个标准的电压或者正弦信号，在自检状态下，先断开输入信号通道，再接入标准自检信号，这样的话，采集通路必须断开，也就暂停了对有用数据的采集，数据采集与自检不能同时进行。输入的测试信号只能是直流信号或者正弦信号的其中一种，电路选择不灵活。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种带自检功能的数据采集器及其在线自检测的方法，其能有效解决现有之数据采集器数据采集与自检不能同时进行的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种带自检功能的数据采集器，包括标准自检信号源、全差分运放、模拟开关k1以及模拟开关k2；该标准自检信号源用于提供标准自检信号；该全差分运放用在模拟输入前端，用作加法/减法器，用于差分输入信号va、vc与标准自检信号vb的加减法运算，全差分运放输出v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc，得出v1+v2=2vb，v1-v2=2(vc-va)；该模拟开关k1和模拟开关k2用于全差分运放之vocm端接入标准自检信号和接入地平信号的切换，当接入标准自检信号时，模拟开关k1断开，模拟开关k2闭合，当接入地平信号时，模拟开关k2断开，模拟开关k1闭合，验证输入共模信号为0v时，采集计算得出的共模信号与0v相比，初步判断采集通路是否在理想状态下。

作为一种优选方案，所述标准自检信号源提供的标准自检信号为直流信号或交流信号。

作为一种优选方案，所述v1与v2信号经过后端信号预处理和adc采集后，通过微处理器计算v1+v2=2vb，v1-v2=2(vc-va)，得到有用信号vc-va和标准测试信号vb。

一种带自检功能的数据采集器的在线自检测的方法，包括有以下步骤：

（1）微处理器控制模拟开关k1闭合，模拟开关k2断开，此时vb=0v，全差分运放输出v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc；

（2）信号v1和v2经过后端预处理电路，adc采集到的信号分别为v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc；

（3）微处理器计算采集信号的幅值为v1-v2=2(vc-va)，差分输入信号为vc-va=(v1-v2)/2；

（4）微处理器计算v1+v2=2vb，即vb=(v1+v2)/2，计算得到的vb值与0v相比，在共模输入电压为0v的情况下，初步判断采集通路是否在理想状态下；

（5）微处理器控制模拟开关k2闭合，模拟开关k1断开，标准自检信号为vce，此时vb=vce，全差分运放输出v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc；

（6）依步骤（2）、（3）、（4）分别计算得出差分输入信号为vc-va=(v1-v2)/2，共模信号vb=(v1+v2)/2，计算得出的vb与标准自检信号vce比较是否在设定故障阈值范围内，从而判断信号输入通路是否在理想状态下，超出阈值表明模拟通路处于故障状态下，微处理器发出故障告警。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

本发明电路简单易用，只需要在全差分运放的输出共模电压设定引脚vocm端增加测试信号，测试信号选择灵活，可以不间断自检，结果计算比对也很简单，不需要占用太多微处理器资源。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之较佳实施例的结构原理示意图；

图2是本发明之较佳实施例中全差分运放的输入输出关系图。

附图标识说明：

10、标准自检信号源20、全差分运放

30、微处理器。

具体实施方式

请参照图1和图2所示，其显示出了本发明之较佳实施例一种带自检功能的数据采集器的具体结构，包括标准自检信号源10、全差分运放20、模拟开关k1以及模拟开关k2。

该标准自检信号源10用于提供标准自检信号；所述标准自检信号源10提供的标准自检信号为直流信号或交流信号。

该全差分运放20用在模拟输入前端，用作加法/减法器，用于输入信号与标准自检信号vb的加减法运算，全差分运放输出v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc，得出v1+v2=2vb，v1-v2=2(vc-va)。在本实施例中，所述v1与v2信号经过后端信号预处理和adc采集后，通过微处理器30计算v1+v2=2vb，v1-v2=2(vc-va)，得到有用信号vc-va和标准自检信号vb。

该模拟开关k1和模拟开关k2用于全差分运放20之vocm端接入标准自检信号和接入地平信号的切换，当接入标准自检信号时，模拟开关k1断开，模拟开关k2闭合，当接入地平信号时，模拟开关k2断开，模拟开关k1闭合，验证输入共模信号为0v时，采集计算得出的共模信号与0v相比。vocm端接地情况下，可以把标准自检信号源10置于休眠状态，节省功耗；vocm端接地相当于vb信号电位为0，通过加减法运算获得的共模信号与0电位信号对比，可对故障状态做初步判断。

本发明还公开了一种前述带自检功能的数据采集器的在线自检测的方法，其特征在于：包括有以下步骤：

（1）微处理器30控制模拟开关k1闭合，模拟开关k2断开，此时vb=0v，全差分运放20输出v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc。

（2）信号v1和v2经过后端预处理电路，adc采集到的信号分别为v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc。

（3）微处理器30计算采集信号的幅值为v1-v2=2(vc-va)，差分输入信号为vc-va=(v1-v2)/2。

（4）微处理器30计算v1+v2=2vb，即vb=(v1+v2)/2，计算得到的vb值与0v相比，在共模输入电压为0v的情况下，初步判断采集通路是否在理想状态下；

（5）微处理器30控制模拟开关k2闭合，模拟开关k1断开，标准自检信号为vce，此时vb=vce，全差分运放输出v1=vb+vc-va，v2=vb+va-vc。

（6）依步骤（2）、（3）、（4）分别计算得出差分输入信号为vc-va=(v1-v2)/2，共模信号vb=(v1+v2)/2，计算得出的vb与标准自检信号vce比较是否在设定故障阈值范围内，从而判断信号输入通路是否在理想状态下，超出阈值表明模拟通路处于故障状态下，微处理器发出故障告警。

本发明的设计重点在于：本发明电路简单易用，只需要在全差分运放的输出共模电压设定引脚vocm端增加标准自检信号，标准自检信号选择灵活，可以不间断自检，结果计算比对也很简单，不需要占用太多微处理器资源。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。