基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统以及利用该系统的数据采集方法。本发明专利技术的数据采集系统包括测量通道、连接在测量通道上的至少两个测量路径和与个路径相连的测量数据控制单元：测量通道，用于接收输入信号；每个测量路径包含一个模拟数字转换器和一个设置有不同与其他路径放大系数的放大器，每个测量路径具有大小不同的测量量程；测量数据控制单元包括输入缓存器、输出缓存器以及由数字逻辑电路和数字信号处理器组成的交叉校准运算模块。本发明专利技术具有自动调整最佳测量量程，且测量结果更加准确的优点。

Data acquisition system and method based on multiple digital paths and cross calibration

The invention discloses a data acquisition system based on a plurality of digital paths and cross calibration and a data acquisition method using the system. The data acquisition system of the invention includes a measuring channel, connecting at least two measuring path in the measuring channel and is connected with a path measurement data control unit: the measurement channel for receiving an input signal; each measurement path includes an analog to digital converter and a set is different from that of other path amplification coefficient of each amplifier. The measurement path has a wide range of different size measurement; measurement data control unit comprises an input buffer, output buffer and digital logic circuit and digital signal processor module cross calibration operation. The invention has the advantages of automatically adjusting the best measuring range and more accurate measurement result.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据采集领域，具体涉及高动态数值输入范围的数据采集系统 及其数据采集方法。
技术介绍
输入量程的设置是数据采集系统中最重要的系统设置之一。例如， 一个测 试分析系统可能需要对每一个输入通道设置一系列不同的电压输入量程。输入 范围设置的正确与否可直接影响测量的质量，通常以信噪比或动态范围来描述。 由于被测信号的不确定性或无法知道其幅值范围，用户要设置最优的输入量程 往往是非常困难的。对于一个多通道及多输入范围的数据采集系统，要把所有 通道的输入量程设置合适，就更加困难。为了解决这一问题，许多测量仪器设 计了一种称为"自动量程"的功能。"自动量程"技术实际上是在实际测量开始 之前，通过一些预测量比较来设置最优量程。自动量程技术只对稳态信号或周 期信号有效，因为这些信号的幅值变化要么不会太大，要么是有规律的。但对 于非稳态信号如瞬态电子信号，自动量程技术无法适用，因为每一个电子脉冲 其幅值可能差异极大。同样对于一个需要长时间测量，并且幅值变化范围极大 的信号，自动量程技术也不适用，因为测量过程中是不允许改变量程设置，及 放大器放大倍数的。
技术实现思路
为克服上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种可以自动调整最佳 测量量程，且测量结果更加准确的数据采集系统。本专利技术采用的技术方案如下 一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采 集系统，包括测量通道、连接在测量通道上的至少两个测量路径和与个路径相 连的测量数据控制单元测量通道，用于接收输入信号；每个测量路径包含一个模拟数字转换器和一个设置有不同与其他路径放大系数的放大器，每个测量路径具有大小不同的测量量程；测量数据控制单元包括输入缓存器、输出缓存 器以及由数字逻辑电路和数字信号处理器组成的交叉校准运算模块。本专利技术一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的测量通道后面 还可设置一个校准和正常工作状态切换电路和标准信号产生电路，与测量数据 控制单元相连；标准信号产生电路用于产生基准信号。本专利技术一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的各测量路径上 还可设置有单一时钟源，用于控制所有路径的工作时序，以减少信号测量在时 间上的抖动问题。一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的数据采集方法，第一 步， 一个基准信号输入该系统，该基准信号属于各路径中的最小测量量程范围 内；基准信号经过各测量路径后，分别将得到的各路径测量值输入测量数据控 制单元内的交叉校准运算模块经运算后得到校准参数，校准参数保存在测量数 据控制单元内；第二步，输入欲测量的未知信号，进入测量数据控制单元内， 运用第一步所得的校准参数在交叉校准运算模块内运算后得到测量数据流，经 过测量数据控制单元进一步融合后生成最终结果。一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的数据采集方法中，在 测量值不饱和的情况下，使用来自于小量程路径的测量值对来自于大量程路径 的相关的测量值进行修正校准。一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的数据采集方法中的第 一步中的基准信号可以是外部输入的一个已知信号。一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的数据采集方法的第一 步中的基准信号还可以是由标准信号产生电路产生的信号。一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统的数据采集方法中，其 最终校准过的测量输出数据流从至少两个路径产生；生成时，系统从多个路径 的测量点中选取测量值，选择原则为当测量值处于小量程路径的量程范围内时，选取小量程路径输出的数字量，当小量程路径的测量值饱和时，选取经过 校准的大量程路径输出的数字量。本专利技术具有的优点1、通过应用本系统，可以减少甚至取消那些从一系列 输入量程中进行选择的自动或人工的方法。也就是说，本专利技术可以显著地减少 或完全取消测量系统量程设置操作。2、本专利技术采用了一种特殊的交叉路径校准 技术来解决校准问题。交叉路径校准技术不需要去除或减少测量路径的绝对测 量误差。相反这一校准技术的设计是用来匹配不同路径间的误差，使得这些路 径的测量结果尽可能的接近。这样使得在"融合"过程中，信号值从一个区间 向另一个区间过渡时能够非常的光滑，在测量中能够产生连续的动态的时间序 列而不仅仅是某个读值。附图说明图1是本专利技术的实施例1的系统结构框图。 图2是图1中数据控制单元的结构框图。 图3是图1中测量路径的结构图。图4是本专利技术实施例2的结构示意图。图5按本专利技术实施例3测量路径的结构框图。具体实施例方式下面参考附图进行具体的说明。实施例1:如图1所示，本专利技术包括测量通道、连接在测量通道上的两个测 量路径和与各路径相连的测量数据控制单元。两个测量路径分别设为路径A和 路径B，设路径A的测量量程为10V,路径B的测量量程为0. IV，如图3所示。 每个路径包含一个模拟放大器和模拟数字A/D转换器。其中每个路径中的模拟 放大器的放大倍数不同，如图，A路径放大系数较小，设为K4，B路径放大系数 较大，设为K=1024。除放大器外，还可以根据实际测量需要，为一个或多个路 径选择衰减器，即放大倍率小于1.0的。测量数据控制单元包括输入缓存器、 输出缓存器以及由FPGA现场可编程阵列数字逻辑电路和DSP数字信号处理器组 成的交叉校准运算模块，如图2所示。交叉校准运算模块中的数字逻辑电路还 可以是CPLD或ASIC。用户接口与测量数据控制单元相连。各测量路径上还设置 有单一时钟源，用于控制所有路径的工作时序，以减少信号测量在时间上的抖 动问题。实施例2:如图4所示，在实施例1的基础上还包括设置在测量通道后面的 一个校准和正常工作状态切换电路和标准信号产生电路。两者与测量数据控制 单元相连，标准信号产生电路用于产生基准信号。实施例3:在实施例2的基础上，还可以将测量路径设置成多于两个的设置 有不同放大系数的更多路径的测量系统。其测量路径的结构见图5。在实际测量时，例如，我们选用一个动态电压值来测量，当利用实施例1 的系统来测量时，先将一个已知的基准电压输入测量通道，该已知的基准电压 处于小量程路径B的测量范围，故路径B产生的测量值，若设为一系列的动态 值YB，则可以认为测量值YB是真实值的"最佳估值"。该一系列的测量值经过 交叉校准运算模块运算，就可以得出校准参数，若设为ka和Ba。其具体算法如 下当给定一系列测量值Yb和Ya时，如何估计系数Ka和Ba Ysi = fe氺Yb +Ba理论上，只要给定两组已知测量值，就可以求出Ka和Ba。只要确定了 Ka和Ba， 就可以说路径A通过路径B进行了校准。设两组已知测量值为Yal， Ya2， Ybl，Yb2，则Ka和Ba如下求解Yal = Ka氺Ybl +BaYa2 = fe氺Yb2 +Ba 可导出Ka = (Yal - Ya2)/(Ybl - Yb2)Ba ^ Yal - Ybl*(Yal - Ya2)/(Ybl - Yb2)一旦求得了 Ka和Ba，则可利用他们回求测量值，这将使测量值非常接近真实值。这一计算如下式校准值(Yb): (Ya - Ba)/Ka (1)完成这一计算后，称路径A的数据点经过了交叉路径校准。这时再输入想要测 量的未知信号，就可以得到准确的测量值。利用实施例2所示的系统进行测量时，用户对测量数据控制单元输入一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统，其特征在于：包括测量通道、连接在测量通道上的至少两个测量路径和与个路径相连的测量数据控制单元：测量通道，用于接收输入信号；每个测量路径包含一个模拟数字转换器和一个设置有不同与其他路径放大系数的放大器，每个测量路径具有大小不同的测量量程；测量数据控制单元包括输入缓存器、输出缓存器以及由数字逻辑电路和数字信号处理器组成的交叉校准运算模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：诸葛起，潘宏，
申请(专利权)人：杭州锐达数字技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]