一种同步数据采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及土木工程测量技术领域，特别涉及一种同步数据采集装置。


背景技术：

2.近年来随着土木工程大面积的推进，人们对土木工程的健康安全关注越来越密切，土木工程监测成为安全行业的一大重要任务。土木工程的健康状态主要通过土木工程的物理量来反应，例如通过监测加速度、监测应变和监测温度反应出土木工程结构的健康状态。
3.在土木工程监测的过程中，为了得到需要的监测数据，通常需要将一些由传感器输出的模拟信号转换成数字信号，再通过计算机或处理系统进行相应的数据处理，最终得到实际的处理后的数据信息，这种过程即被称为数据采集。相应地，同步数据采集装置也被广泛的应用于土木工程监测中。
4.现有的同步数据采集设备一般仅支持一种电量的测量，最常用的是电压测量，如果要支持多种物理量的混合同步采集，就需要外接二次仪表才能实现。但外接二次仪表，需要花费购买二次仪表的费用，拉高了施工成本，二次仪表与采集器之间需要通过线缆连接，导致携带不便，且影响测量现场的系统部署。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种同步数据采集装置，旨在解决现有技术中同步数据采集设备需通过外接二次仪表实现对多种物理量的混合采集，拉高了生产成本，且二次仪表与同步数据采集设备之间需要另外设置线缆连接，导致携带不便，且影响测量现场设备部署的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下技术方案来实现的：
7.一种同步数据采集装置，包括接入模块、电源模块、信号调理模块及逻辑控制模块，所述电源模块用于为所述逻辑控制模块提供恒压电源，所述信号调理模块用于采集数据信号，所述信号调理模块电性连接所述逻辑控制模块，所述电源模块与所述接入模块之间设置信号前端切换模块，所述信号前端切换模块包括若干个输出单元，所述输出单元包括信号继电器组、恒流电源及取样电阻，所述逻辑控制模块电性连接所述信号继电器组，所述信号继电器组包括第一继电器、第二继电器及第三继电器，所述电源模块通过所述第一继电器电性连接所述接入模块，所述电源模块与所述第一继电器之间设置自恢复保险丝，所述取样电阻通过所述第二继电器电性连接所述接入模块，所述恒流电源通过所述第三继电器电性连接所述接入模块，所述接入模块通过所述信号前端切换模块电性连接所述信号调理模块。
8.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过设置所述信号调理模块，在所述接入模块连接信号传感器，并接入信号后，通过所述逻辑控制模块控制所述第一继电器、第二继电器或所述第三继电器的通断，可对所述同步数据采集装置内的不同电路模块进行
切换与控制，能够在电气上完全隔离或完全导通，在此基础上，通过所述逻辑控制模块及若干个所述输出单元相互配合，可在无需外接二次仪表的情况下，实现多种物理量的混合采集，完成不同电量信号的测量，即实现多种信号传感器的同步采集功能，有效的降低了施工成本，降低了所述同步数据采集装置的现场部署难度。
9.更进一步，所述信号前端切换模块还包括程控放大器，所述接入模块与所述信号调理模块之间设置所述程控放大器，所述程控放大器用于为外部信号提供增益。
10.更进一步，所述程控放大器的放大倍数为1～1000。
11.更进一步，所述接入模块包括若干个设备端子接口，若干个所述设备端子接口与若干个所述输出单元对应设置。
12.更进一步，所述信号调理模块包括若干个信号处理单元，若干个所述信号处理单元与若干个所述输出单元对应设置。
13.更进一步，所述信号处理单元包括低通滤波器及模数转换器，所述设备端子接口与所述模数转换器之间电性连接所述低通滤波器，且所述模数转换器电性连接所述逻辑控制模块。
14.更进一步，所述模数转换器的采样率为140～150khz。
15.更进一步，所述取样电阻为210～230欧姆，所述取样电阻的精度为 0.08～0.12％。
16.再进一步，所述第一继电器、所述第二继电器及所述第三继电器为常开式触点继电器。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例中同步数据采集装置的结构框图；
18.图2为本实用新型实施例中同步数据采集装置中输出单元、设备端子接口及信号处理单元之间的连接结构框图；
19.图3为本实用新型实施例中同步数据采集装置中输出单元、信号处理单元及逻辑控制模块之间的连接结构框图；
20.主要元件符号说明：
21.电源模块10设备端子接口20信号处理单元30低通滤波器310模数转换器320逻辑控制模块40微处理器410以太网接口420输出单元50继电器组510第一继电器511第二继电器512第三继电器513取样电阻520恒流电源530自恢复保险丝540程控放大器550
ꢀꢀ
22.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
23.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内部更加透彻全面。
24.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
26.请参阅图1至图3，本实用新型实施例中的同步数据采集装置，所述同步数据采集装置用于连接信号传感器，在本实施例中，所述信号传感器为土木工程测量中使用较多的信号传感器，所述信号传感器为电压信号传感器、电流信号传感器和/或icp型信号传感器。
27.所述同步数据采集装置包括电源模块10、接入模块、信号前端切换模块、信号调理模块及逻辑控制模块40，所述电源模块10用于为所述逻辑控制模块 40提供恒压电源，且所述电源模块10用于为所述同步数据采集装置提供运作电力，即所述电源模块10电性连接所述逻辑控制模块40，且所述电源模块10电性连接所述信号前端切换模块。
28.所述接入模块与所述电源模块10之间设置所述信号前端切换模块，所述接入模块包括若干个设备端子接口20，所述信号前端切换模块包括若干个输出单元50，若干个所述设备端子接口20与若干个所述输出单元50对应设置，可以理解地，通过设置若干个所述设备端子接口20及若干个所述输出单元50，可实现多种信号传感器的同步接入，进行多种物理量的信号传输。所述接入模块电性连接所述信号调理模块，可以理解地，所述接入模块通过所述信号前端切换模块电性连接所述信号调理模块，即在信号传感器传入数据信号后，通过所述前端切换模块进行信号处理后，传输至所述信号调理模块。
29.所述输出单元50包括信号继电器组510、恒流电源530及取样电阻520，所述逻辑控制模块40电性连接所述信号继电器组510，以控制所述信号继电器组510的电路导通或断开，所述信号继电器组510包括第一继电器511、第二继电器512及第三继电器513，优选地，所述第一继电器511、所述第二继电器512 及所述第三继电器513为常开式触点继电器，触发时电路导通，不触发时常开，以实现对不同的信号传感器的配置和驱动。
30.所述电源模块10通过所述第一继电器511电性连接接入模块，当所述设备端子接口20接入电压信号传感器时，所述逻辑控制模块40控制所述第一继电器511导通，并控制所述第二继电器512及所述第三继电器513断开，形成第一通路，所述电压信号传感器的数据信号传输至所述信号调理模块内，并进行后续的处理。
31.所述取样电阻520通过所述第二继电器512电性连接所述接入模块，可以理解地，所述取样电阻520为210欧姆～230欧姆，所述取样电阻520的精度为 0.08％～0.12％，优选地，所述取样电阻520为200欧姆的低温漂取样电阻520，所述取样电阻520的精度为0.1％，
当所述设备端子接口20接入电流信号传感器时，所述逻辑控制模块40控制所述第一继电器511及所述第二继电器512导通，并控制所述第三继电器513断开，形成第二通路，电流信号传感器的输出电流为4ma～20ma，通过导通所述取样电阻520，以将电流转换为0.88v～4.4v的电压，并将数据信号传输至所述信号调理模块内，进行后续的处理。
32.优选地，所述信号前端切换模块还包括自恢复保险丝540，所述第一继电器 511与所述电源模块10之间设置所述自恢复保险丝540，所述自恢复保险丝540 根据外部连接的信号传感器的最大工作电流，以留有一定的安全系数进行选择，确保所述电源模块10出现故障短路时，能够及时的保护所述同步数据采集装置的内部设施，在故障消除后，所述自恢复保险丝540又可重新建立连接，恢复数据采集工作。
33.所述恒流电源530通过所述第三继电器513电性连接所述接入模块，即所述恒流电源530通过所述第三继电器513电性连接所述设备端子接口20，当所述设备端子接口20接入icp型信号传感器时，所述逻辑控制模块40控制所述第一继电器511断开，并控制所述第二继电器512及所述第三继电器513导通，形成第三通路，通过所述恒流电源530激励所述icp型信号传感器，一般情况下，所述icp型信号传感器的激励电流为2ma～10ma，通过设置所述恒流电源 530，实现4ma的恒定电流输出，并通过所述取样电阻520，完成电流向电压的转换。
34.可以理解地，所述逻辑控制模块40内设置相应的控制逻辑，所述逻辑控制模块40根据接入的信号传感器不同，以使所述同步数据采集装置内相应的形成所述第一通路、所述第二通路或所述第三通路，以实现所述同步数据采集装置的智能化采集。
35.所述信号前端切换模块还包括程控放大器550，所述接入模块与所述信号调理模块之间设置所述程控放大器550，所述程控放大器550用于为外部信号提供增益，优选地，所述程控放大器550的放大倍数为1～1000，可以理解地，根据工作需求，所述程控放大器550可实现1、10、100及1000四个挡位的倍数放大，在所述第一通路、所述第二通路或所述第三通路导通，并接收到数据信号后，通过所述程控放大器550，实现数据信号的放大，并传输至所述信号调理模块内。优选地，所述程控放大器550为pga程控放大器，选用adi或ti方案，选用低噪音、低功耗、低失真、高共模抑制比的芯片。
36.所述信号调理模块用于采集数据信号，所述信号调理模块包括若干个信号处理单元30，若干个所述信号处理单元30与若干个所述输出单元50对应设置，通过设置若干个所述信号处理单元30，在若干个所述输出单元50分别通过所述设备端子接口20接入信号传感器时，可实现数据的同步处理工作。
37.所述信号处理单元30包括低通滤波器310及模数转换器320，所述设备端子接口20与所述模数转换器320之间电性连接所述低通滤波器310，且所述模数转换器320电性连接所述逻辑控制模块40，所述低通滤波器310用于对数据信号进行初步处理，即所述低通滤波器310用于滤除被关心信号带宽之外的干扰和噪音，并滤除混叠信号。在完成滤除后，将处理后的数据信号传输至所述模数转换器320内，所述模数转换器320用于完成数据的转换及收集工作。
38.所述模数转换器320为独立内核模数转换器，进一步地，所述模数转换器 320为精度为16bit的ad转换器，所述模数转换器320的采样率为140khz～150khz，优选地，所述模数转换器320的采样率为144khz。可以理解地，在数据转换前，所述低通滤波器310滤除采样率
之外的频率成分。优选地，所述模数转换器320内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型模数转换器320(adc)、2.5v基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。
39.所述逻辑控制模块40用于读取并传输所述信号调理模块内的数据信号，所述信号调理模块电性连接所述逻辑控制模块40。通过设置所述信号调理模块，在所述接入模块连接信号传感器，并接入信号后，通过所述逻辑控制模块40控制所述第一继电器511、第二继电器512或所述第三继电器513的通断，可对所述同步数据采集装置内的不同电路模块进行切换与控制，能够在电气上完全隔离或完全导通，在此基础上，通过所述逻辑控制模块40及若干个所述输出单元 50相互配合，可在无需外接二次仪表的情况下，实现多种物理量的混合采集，完成不同电量信号的测量，即实现多种信号传感器的同步采集功能，有效的降低了施工成本，降低了所述同步数据采集装置的现场部署难度。
40.所述逻辑控制模块40包括微处理器410及以太网接口420，所述信号调理模块电性连接所述微处理器410，所述微处理器410电性连接所述以太网接口 420，通过所述微处理器410提取所述模数转换器320内的数据信号，并将数据信号通过所述以太网接口420发送至外部主机。可以理解地，所述微处理器410 电性连接所述第一继电器511、所述第二继电器512及所述第三继电器513，以控制所述第一继电器511、所述第二继电器512及所述第三继电器513的通断。优选地，所述微处理器410为stm32f107互联型微处理器，以支持所述以太网接口420的驱动，并满足数据处理和逻辑控制的要求。
41.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
42.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。