一种量程自动调节的信号采集装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种量程自动调节的信号采集装置，包括放大衰减单元

【技术实现步骤摘要】
一种量程自动调节的信号采集装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及信号采集
，具体涉及一种量程自动调节的信号采集装置及其使用方法
。

技术介绍

[0002]现有的示波器等信号测量设备或数字记录仪等信号采集装置，在测量过程中需测试人员根据信号的幅值手动设定合适的量程
(
即测量挡位
)。
这样一方面在无人值守的情况下，当被测信号的幅值发生较大变化时，测试设备由于固定的量程而使测量结果不理想；或者在有人值守的情况下，如果被测信号在短时内发生较大变化，或者对于突发的瞬态高幅值干扰，由于测试人员来不及手动调节量程而导致测试效果不理想
。
[0003]常用的信号采集设备存在测试量程
(
挡位
)
只能手动调节或只有固定量程的问题，虽然现有研究涉及量程自动调节，但仍存在以下缺点：一
、
测量系统仅通过当前信号幅值判断量程，则对于幅值快速变化的瞬态干扰等情况，依然存在设定量程“落后”于信号变化的缺点；二
、
量程的判断及调整过程均通过软件算法来实现，不能够实现快速换挡；三
、
示波器测试过程中固有的“死区”时间无法避免
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种量程自动调节的信号采集装置及其使用方法，用于解决以上问题
。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种量程自动调节的信号采集装置，包括放大衰减单元
、
档位选择单元
、
电压抬升单元
、
数字信号产生单元
、
微控制器
、
数据存储单元
。
[0006]优选地，放大衰减单元包括第一放大电路
、
第一衰减电路
、
第二衰减电路
、
第三衰减电路
、
第四衰减电路；
[0007]其中，第一放大电路对应第一档，其量程值为
±
300mV
，放大倍数为5倍，输出范围为
±
1.5V
；第一衰减电路对应第二档，其量程值为
±
3V
，缩小倍数为2倍，输出范围为
±
1.5V
；第二衰减电路对应第三档，其量程值为
±
30V
，缩小倍数为
20
倍，输出范围为
±
1.5V
；第三衰减电路对应第四档，其量程值为
±
300V
，缩小倍数为
200
倍，输出范围为
±
1.5V
；第四衰减电路对应第五档，其量程值为
±
600V
，缩小倍数为
400
倍，输出范围为
±
1.5V。
[0008]优选地，在第一放大电路
、
第一衰减电路的前端设置
AMC1350
隔离放大模块，滤除输入信号中幅值超过
±
5V
的部分；在第二衰减电路
、
第三衰减电路
、
第四衰减电路的前端设置击穿电压为
600V
的
TVS
管，滤除输入信号中幅值超过
±
600V
的部分
。
[0009]优选地，档位选择单元选用
CD4051
的多路选择芯片，该多路选择芯片含8个信号输入端，1个信号输出端，3个控制端，微控制器对控制端输出的信号将多路信号中的一路作为选通输出信号
。
[0010]优选地，电压抬升单元用于将
±
1.5V
范围内的信号
Vin
抬升至0‑
3V
，抬升电路公式为
Vout
＝
1.5+Vin
，其中，
Vin
为电压抬升单元的输入值，
Vout
为输出值
。
[0011]优选地，数字信号产生单元为
AD
转换器，用于将电压抬升单元输出的信号送入
AD
转换器内完成
AD
转换；数据存储单元为
SD
卡
、CF
卡或
U
盘的一种或多种，用于将
AD
转换的结果连同档位信息一起存入
。
[0012]优选地，微控制器采用
STM32F407ZGT6
的微控制器，根据数字信号产生单元转换输出信号的幅值及其变化率，通过其内部的自动量程调节算法，判断并输出合适的档位信息至档位选择单元的控制端，档位选择单元切换至新的档位后继续采集信号，每次信号采集后都会根据采集结果的幅值及变化率输出档位信息，形成自动量程调整的闭环控制
。
[0013]一种量程自动调节的信号采集装置的使用方法，包括档位瞬时切换和档位频繁切换限制；
[0014]其中，档位瞬时切换具体包括：
[0015]步骤一，输入信号；
[0016]步骤二，获取输入信号的斜率对数，并进行“斜率
—
量程”判断，输出相应的档位信息“x1”；
[0017]步骤三，对输入信号的幅值进行“幅值
—
量程”判断，输出相应的档位信息“x2”；
[0018]步骤四，将档位“x1”和档位“x2”进行比较，选择其中的最大值作为最终的量程档位，并由微控制器的端口输出给档位选择单元的控制端口
。
[0019]优选地，档位频繁切换限制具体包括：
[0020]步骤一，从数字信号产生单元获取
AD
值；
[0021]步骤二，循环步骤一
1000
次，取其中的最大值；
[0022]步骤三，判断
AD
值是否超出当前档位对应的量程，若超出则档位值
+1
；
[0023]步骤四，判断
AD
值是否小于当前档位对应量程的
10
％，若小于则档位值
‑1，然后输出档位值
。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]能够根据瞬态信号或干扰的当前幅值及变化率，通过硬件及软件结合的方式，将量程自动
、
快速地调整至适合测量该信号的挡位，同时具备信号连续存储记录的功能；
[0026]实现了信号测量过程中，测试系统能通过信号或干扰的幅值和幅值变化率快速地自动调整量程档位，确保测试系统始终以合理的量程测量信号或干扰，自动量程调整方式尤其适合瞬态高幅值干扰的测量
。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例提供的一种量程自动调节的信号采集装置硬件组成示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供的一种量程自动调节的信号采集装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种量程自动调节的信号采集装置，其特征在于，包括放大衰减单元
(1)、
档位选择单元
(2)、
电压抬升单元
(3)、
数字信号产生单元
(4)、
微控制器
(5)、
数据存储单元
(6)。2.
根据权利要求1所述的一种量程自动调节的信号采集装置，其特征在于，放大衰减单元
(1)
包括第一放大电路
(101)、
第一衰减电路
(102)、
第二衰减电路
(103)、
第三衰减电路
(104)、
第四衰减电路
(105)
；其中，第一放大电路
(101)
对应第一档，其量程值为
±
300mV
，放大倍数为5倍，输出范围为
±
1.5V
；第一衰减电路
(102)
对应第二档，其量程值为
±
3V
，缩小倍数为2倍，输出范围为
±
1.5V
；第二衰减电路
(103)
对应第三档，其量程值为
±
30V
，缩小倍数为
20
倍，输出范围为
±
1.5V
；第三衰减电路
(104)
对应第四档，其量程值为
±
300V
，缩小倍数为
200
倍，输出范围为
±
1.5V
；第四衰减电路
(105)
对应第五档，其量程值为
±
600V
，缩小倍数为
400
倍，输出范围为
±
1.5V。3.
根据权利要求2所述的一种量程自动调节的信号采集装置的使用方法，其特征在于，在第一放大电路
(101)、
第一衰减电路
(102)
的前端设置
AMC1350
隔离放大模块，滤除输入信号中幅值超过
±
5V
的部分；在第二衰减电路
(103)、
第三衰减电路
(104)、
第四衰减电路
(105)
的前端设置击穿电压为
600V
的
TVS
管，滤除输入信号中幅值超过
±
600V
的部分
。4.
根据权利要求1所述的一种量程自动调节的信号采集装置，其特征在于，档位选择单元
(2)
选用
CD4051
的多路选择芯片，该多路选择芯片含8个信号输入端，1个信号输出端，3个控制端，微控制器对控制端输出的信号将多路信号中的一路作为选通输出信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔勇，冉晓熠，杨世武，葛凯旋，楚少童，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：