專利名稱：連續物理量數據采集方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及連續物理量的測量和數據采集技術，尤其是涉及熱工、化工、冶金、電力行業的溫度、壓力、流量、電壓、濃度、電流、電壓、功率、轉速等的數字測量與數據采集方法和電路。
背景技術：
在工業自動化中，需要對溫度、壓力、流量、電壓、濃度等連續物理量進行測量和數據采集(以下簡稱數據采集)。通常，對于連續物理量經過模擬采樣通道按照應用端要求對模擬信號進行數據采樣，采樣頻率為f,y。為了避免混頻，需要在模擬采樣通道中設置模擬低通濾波器，其截至頻率f。< O. 5Xf.y,由于較小，所以，f。很小，將增加模擬低通濾波器的難度和成本。此外，很大一部分工業自動化采用穩態模型，需要物理量的數據采集穩態值。中國發明專利ZL200910158375. χ和ZL200910158370. 7 (發明人郝玉山，發明名稱“連續物理量測量裝置和方法”)中給出了一般物理量的穩態量和全態量的測量與記錄，但輸出的頻率不符合以上數據采集頻率、輸出內容也較多(包括起止時間等)，不便直接應用于工業自動化中。
發明內容
本發明的目的針對以上問題，旨在給出連續物理量的數據采集方法與裝置。本發明的連續物理量的數據采集方法包括，輸入代表連續物理量的電壓信號U ；經模擬采樣通道對電壓信號采樣得到采樣信號uk，采樣頻率為；對采樣信號Uk重抽樣獲得重抽樣信號Up重抽樣頻率由應用端規定；其特征在于還包括重抽樣之前的數字低通濾波，將采樣信號Uk低通濾波后獲得^，再重抽樣，由《獲得遼j。數字低通濾波的截至頻率f。< 0. 5Xf.y,以避免重抽樣可能產生的混頻錯誤。模擬低通濾波器的截至頻率f。<0.5Xf,h，由于f,h大于很多倍，與沒有數字低通濾波和重抽樣相比，本方法能夠提高模擬低通濾波器的f。很多倍，所以，本方法能夠降低模擬濾波器的難度和成本，而快速的模數變換尤其是Σ的模數變換器造價很低。數字低通濾波器的傳遞函數如下式
權利要求
1.一種連續物理量數據采集方法，包括， 輸入代表連續物理量的電壓信號(u)；經模擬采樣通道對電壓信號采樣得到采樣信號(Uk)，采樣頻率為(f,h)； 對采樣信號(Uk)重抽樣獲得重抽樣信號(Up，重抽樣頻率(f,y)由應用端規定； 其特征在于還包括重抽樣之前的數字低通濾波，將采樣信號(Uk)低通濾波后獲得(Hk ),再重抽樣，由 (uk )獲得()。存儲并輸出重抽樣電壓信號(Uj )到應用端。
2.根據權利要求1的連續物理量數據采集方法，其特征在于，所述數字低通濾波的截至頻率f。小于0. 5倍的重抽樣頻率f Δ 。
3.根據權利要求1或2的連續物理量數據采集方法，其特征在于，所述數字低通濾波的傳遞函數如下式
4.根據權利要求1的連續物理量數據采集方法，其特征在于，所述數字低通濾波是變結構的平均算法判斷Uk是穩態還是暫態，給出標志F，F = 1為暫態，F = 0為穩態；F = 0由采樣信號 Uk求取平均值^ ；當F = 1時，巧為Uk實際應用中不可能達到的值，到達應用端后對^中不可能達到的值作為壞數據予以剔除；當F由1變到0時，將平均值&清零并令k = 1。
5.根據權利要求4的連續物理量數據采集方法，其特征在于，所述平均值計算公式是
6.根據權利要求4的連續物理量數據采集方法，其特征在于，所述判斷步驟的判據為 對物理量的輸入量(Uk)求方差，
7.根據權利要求1的連續物理量數據采集方法，其特征在于，所述數字低通濾波是變結構的α β Y濾波對輸入量Uk進行α β Y濾波，獲得Uk的位置分量&、速度分量Vk和加速度分量％ ；位置分量&即濾波器的輸出；若|ak| <、和I Uk| < υ g則為穩態，F = Odk保持不變；否貝U，為暫態，F= 1，&為 Uk實際應用中不可能達到的值，到達應用端后對 中不可能達到的值作為壞數據予以剔除；當F由1變到0時，將&清零并令k= 1 ； 輸出&到重抽樣。其中、和ug為給定值。
8.根據權利要求7的連續物理量數據采集方法，其特征在于，穩態的判據可以弱化為 ak| <、或I Uk| <、其中之一，若滿足為穩態，否則，為暫態。
9.一種連續物理量數據采集裝置，包括，模擬采樣通道(1)，用于對輸入連續物理量的電壓信號u進行模擬采樣，采樣頻率是 fΔ11，輸出模擬電壓的采樣信號uk;重抽樣開關( ，對采樣信號Uk重抽樣獲得重抽樣信號Up并輸出重抽樣信號 到寄存器⑶；寄存器(3)，寄存重抽樣信號uj;總線0)，控制寄存器⑶輸出數據到總線0)、并經總線⑷輸出數據Uj到應用端；和定時控制器(5)，用于控制模擬采樣通道(1)和重抽樣開關(2)；其特征在于，還包括數字低通濾波器(6)，接收來自模擬采樣通道(1)的模擬電壓的采樣信號uk、進行低通濾波、輸出濾波后的信號A。數字低通濾波器(6)的截至頻率f。小于0. 5倍的重抽樣頻率 f ，而模擬采樣通道中的模擬低通濾波器的截至頻率f。小于0. 5倍的采樣頻率f,h。
10.根據權利要求9的連續物理量數據采集裝置，其特征在于，所述數字低通濾波器 (6)由平均單元(7)和判斷單元(8)組成所述判斷單元(8)輸入來自模擬采樣通道(1)的模擬采樣值(Uk)，求出標志F，輸出到平均單元(7)；當模擬采樣值(Uk)處于穩態過程時F = 0，反之，當模擬采樣值(Uk)處于暫態過程時F=I;
11.根據權利要求10的連續物理量數據采集裝置，其特征在于，所述平均單元(7)計算
12.根據權利要求10的連續物理量數據采集裝置，其特征在于，所述判斷單元(8)的判據為對物理量的輸入量(Uk)求方差，
13.根據權利要求9的連續物理量數據采集裝置，其特征在于，所述數字濾波器(6)是變結構的α β Y濾波器，對來自模擬采樣通道(1)的模擬采樣值(Uk)進行α β Y濾波， 獲得(Uk)的位置分量(Sk)、速度分量(Uk)和加速度分量( )；若|%<、和I uk| < Ug 則為穩態，F = 0, 保持不變；；否則為暫態，F= IjkSuk實際應用中不可能達到的值， 到達應用端后對h中不可能達到的值作為壞數據予以剔除；當F由1變到0時，將&清零并令k = 1 ；輸出&到重抽樣開關(2)。
全文摘要
一種對溫度、壓力等連續物理量數據采集方法，包括，輸入代表連續物理量的電壓信號(u)；經模擬采樣通道獲得模擬電壓的采樣信號(uk)，其中，采樣頻率是fΔh；數字低通濾波(uk)獲得經過低通濾波的電壓信號對重抽樣獲得重抽樣信號其中，重抽樣頻率fΔy與應用端需要的采樣頻率相同，采樣頻率fΔh是重抽樣頻率fΔy的M倍；存儲并輸出重抽樣信號到應用端。本發明還給出了相應的裝置。降低了模擬采樣通道的成本，能夠代替直接應用于工業自動化中，尤其是輸出的中不再包含暫態值，能夠滿足穩態模型對輸入量的要求，并抑制隨機干擾、提高測量精度。
文檔編號G01D1/00GK102393214SQ20111016113
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者郝玉山 申請人:郝玉山