專利名稱：實現振動信號自動采集的信號采集器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種信號采集器，特別是一種實現振動信號自動采集的信號采集器。
背景技術：
如圖I所示，目前的信號采集器大多數由傳感器和處理單元組成，傳感器用于采集信號并將該信號發送給處理單元，再由處理單元對該信號進行放大、模數轉換和調制處理，然后將調制后的信號以有線傳輸的方式發送出去。隨著信號采集器的應用范圍擴大，傳統的信號采集盒已經不能滿足當前的工程需求。例如，在采集某個物體在振動情況下的振動信號，從而檢測該物體的自身性能時，檢測人員需要重新購買一個振動器，將該振動器與物體連接，并且只有在檢測人員啟動該振動器的情況下才可以實現振動信號的采集，即在整個振動信號的采集過程中必須有檢測人員在現場監測，無法實現振動信號的自動采集。
實用新型內容本實用新型的發明目的在于針對上述存在的問題，提供一種實現振動信號自動采集的信號采集器。本實用新型采用的技術方案是這樣的一種實現振動信號自動采集的信號采集器，包括傳感器、處理單元和電源電路，其中所述傳感器用于采集振動信號并發送給該處理單元；所述處理單元用于對該振動信號進行調制處理；所述電源電路用于向該信號采集器提供電源；其特征在于還包括振動器，其中該處理單元的控制信號輸出端連接該振動器的輸入端；所述處理單元用于發送控制信號給該振動器；所述振動器用于在接收到該控制信號后帶動物體振動。該信號采集器還包括無線傳輸模塊，該處理單元用于通過該無線傳輸模塊發送該經調制后的振動信號。該信號采集器還包括無線通信檢測單元，用于檢測無線通信狀態，并且在無線通信狀態良好時向該處理單元發送使能信號，該處理單元在接收到該使能信號后通過該無線傳輸模塊發送該經調制后的振動信號。該信號采集器還包括差分放大電路，用于從該傳感器接收振動信號并對該振動信號進行差分放大處理。該信號采集器還包括模數轉換單元，用于將該經差分放大處理后的振動信號進行模數轉換，轉換成振動數字信號。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是[0016]I、目前在采集物體的振動信號時必須同時采用振動器和傳統的信號采集器進行人工現場監測采集，而本實用新型則將該振動器集成在信號采集器中，通過設計信號采集器中處理單元發送控制信號的時段和頻率即可實現振動信號的自動采集；2、傳統的信號采集器多采用有線傳輸的方式傳輸該振動信號，本實用新型則增加了無線傳輸的方式，此外增加了用于檢測無線通信狀態的無線通信檢測單元，并在無線通信狀態良好時該無線檢測單元向該處理單元發送使能信號，僅在處理單元的檢測端接收到該使能信號后才通過無線傳輸模塊發送該振動信號，從而保證了數據傳輸的穩定性和完整性；3、傳統的信號采集器在采集振動信號時多采用直接采集的方式，且僅由處理單元對振動信號實現放大、模數轉換和調制處理，而本實用新型則采用差分采集的方式，有效的解決了差模信號對數據的影響。
圖I是傳統的信號采集器的電路原理圖；圖2是本實用新型的電路原理圖；圖3是本實用新型的第一實施例中電源電路的電路圖；圖4是本實用新型的第一實施例中差分放大電路、模數轉換單元和無線通信檢測單元的電路圖；圖5是本實用新型的第一實施例中處理單元的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖2所示，該信號采集器由壓電式傳感器、處理單元、振動器、差分放大電路、模數轉換電路、無線傳輸模塊、無線通信檢測單元以及電源電路組成，其中該電源電路用于向該信號采集器提供電源，處理單元的控制信號輸出端連接振動器，壓電式傳感器的輸出端連接差分放大電路，差分放大電路的輸出端連接模數轉換單元，模數轉換單元的輸出端連接處理單元的信號輸入端，無線通信檢測單元的輸出端連接處理單元的檢測端，且處理單元的信號輸出端連接該無線傳輸模塊。在采集物體在振動情況下的振動信號時，處理單元用于發送控制信號給振動器，振動器帶動物體振動，該壓電式傳感器采集該物體在振動情況下的振動信號，該差分放大電路對該振動信號進行差分放大處理，該模數轉換單元將差分放大后的振動信號轉換成振動數字信號，處理單元用于對該振動數字信號進行調制處理，并且該處理單元在無線通信檢測單元顯示無線通信狀況良好的情況下，通過無線傳輸模塊將調制后的振動數字信號發送出去。在本實用新型中差分放大電路、模數轉換電路、處理單元、無線傳輸模塊、無線通信檢測單元以及電源電路均封裝于采集盒中，該壓電式傳感器和振動器則設置在采集盒外，用于固定在待測物體上。該壓電式傳感器采用貼片式壓電傳感器，其體積小、便于安裝，在諸如采集鐵路軌道的振動信號時傳感器信號采集線引到掩埋在地下的采集盒內，采集盒掩埋于地下，更有利于信號不受外界信號的干擾。首先，目前在采集物體的振動信號時必須同時采用振動器和傳統的信號采集器進行人工現場監測采集，而本實用新型則將該振動器集成在信號采集器中，通過設計信號采集器中處理單元發送控制信號的時段和頻率即可實現振動信號的自動采集。本實用新型尤其適用于需要頻繁采集物體振動信號的情況，諸如采集鐵路軌道的振動信號。其次，傳統的信號采集器在采集振動信號時多采用直接采集的方式，且僅由處理單元對振動信號實現放大、模數轉換和調制處理，而本實用新型則采用差分采集的方式，有效的解決了差模信號對數據的影響，并且采用有效的屏蔽措施提高系統的EMC (ElectroMagnetic Compatibility,電磁兼容性能)性能，使本實用新型在惡劣的環境條件下仍然能
夠準確無誤的對信號進行采集和判斷。最后，傳統的信號采集器多采用有線傳輸的方式傳輸該振動信號，本實用新型則增加了無線傳輸的方式，此外增加了用于檢測無線通信狀態的無線通信檢測單元，并在無線通信狀態良好時該無線檢測單元向該處理單元發送使能信號，僅在處理單元的檢測端接收到該使能信號后才通過無線傳輸模塊發送該振動信號，從而保證了數據傳輸的穩定性和完整性。在本實用新型的第一實施例中，振動信號的有線傳輸方式可以包括但不限于高壓動力線、動力線的支撐線、架設專用額外通信線路、架設光纖通信線、利用信號燈現有通信線路，且無線傳輸方式可以包括但不限于WIFI、藍牙、zigbee、射頻和GPS衛星、伽利略衛星系統及中國北斗衛星等衛星通信。在測量鐵路軌道的振動信號時優選采用高壓動力線為有線傳輸媒介傳輸該振動信號，由該高壓動力線以電力線載波的形式傳輸該振動信號。在本實用新型的第一實施例中，如圖3所示，該電源電路包括2. 5V并聯穩壓二極管U4和電源轉換芯片U6，其中電源VCC通過電阻R9分別連接2. 5V并聯穩壓二極管U4的輸入端IN、極性二極管CS的正極，2. 5V并聯穩壓二極管U4的電壓反饋端VF通過電阻RlO連接其輸入端IN且通過電阻Rll接地，該2. 5V并聯穩壓二極管U4的接地端GND和極性二極管CS的負極均接地。該電源VCC通過電阻R9輸出的電壓為V+，該電壓V+提供給圖4所示數據接口 CON的端口 3以及模數轉換單元U3。電源轉換芯片U6的端口 CAP+連接極性電容ClO的正極且該極性電容ClO的負極連接端口 CAP-，端口 V+連接電源VCC且通過電容C3接地，端口 VOUT連接電源-VCC且連接極性電容Cll的負極，該極性電容Cll的正極接地。該電源轉換芯片U6的端口 NC輸出的電壓為V33，該電壓V33提供給圖4所示的無線通信檢測單元U2、模數轉換單元U3和圖5所示的處理單元U5。采用上述電源電路，盡可能地減小了外接干擾而引起的文波對系統信號的影響，提高采集數據的可靠性，并且處理單元U5對該電源電路的供電情況進行實施檢查，以確保該信號采集器供電的穩定性。在本實施例中上述電源電路的2. 5V并聯穩壓二極管U4采用的型號為LM336，且該電源轉換芯片U6采用的型號為ME7660。如圖4所示，數據接口 CON的端口 I通過電阻R2連接差分放大電路的反向輸入端，且依次通過電阻R2、電容Cl連接差分放大電路的正向輸入端；該差分放大電路的正負電源輸入端分別連接電源VCC、-VCC ;差分放大電路的第一端通過電阻Rl連接第八端并且第五端接地，通過該設計的屏蔽措施提高了系統的EMC性能，使系統在惡劣的環境條件下仍然能夠準確無誤的對信號進行采集和判斷。差分放大電路的輸出端通過電阻R4連接模數轉換單元U3的端口 VIN+，且差分放大電路的輸出端還依次通過電阻R4、電容C2接地。模數轉換單元的端口 VIN-接地，且端口 VDD連接電源V+并通過電容C5接地，該模數轉換單元U3的端口 SCL、SDA分別通過電阻R7、R8連接電源V33，且該端口 SCL、SDA作為模數轉換單元U3的輸出端連接圖5所示處理單元U5的Pl. 2和Pl. 3。數據接口 CON的端口 4連接無線通信檢測單元U2的端口 VIN并連接極性電容C7的正極，極性電容C7的負極接地，該無線通信檢測單元U2的端口 VIN連接電源V33且端口RSN通過電阻R5連接電源V33，該無線通信檢測單元U2的端口 VOUT連接極性電容C9的正極，該極性電容C9的正極還連接電源VCC且負極接地，該無線通信檢測單元U2的使能端EN連接圖5所示處理單元U5的PO. 3，用于表示無線通信狀態是否良好的使能信號發送給處理單元U5。在本實施例中該差分放大電路采用的型號為AD620BR，模數轉換單元采用的型號為ADSl 100，且該無線通信檢測單元U2采用的型號為SP6200。
如圖5所示，處理單元U5的PO. I連接數據接口 CON的端口 7，用于將控制振動器振動的控制信號發送給振動器；該處理單元U5的端口 TXD、RXD分別連接數據接口 CON的端口
9、10，用于對壓電式傳感器進行讀寫操作。在本實施例中該處理單元采用的型號為LPC915。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種實現振動信號自動采集的信號采集器，包括傳感器、處理單元和電源電路，其中所述傳感器用于采集振動信號并發送給該處理單元； 所述處理單元用于對該振動信號進行調制處理； 所述電源電路用于向該信號采集器提供電源； 其特征在于還包括振動器，其中該處理單元的控制信號輸出端連接該振動器的輸入端; 所述處理單元用于發送控制信號給該振動器； 所述振動器用于在接收到該控制信號后帶動物體振動。
2.根據權利要求I所述的實現振動信號自動采集的信號采集器，其特征在于還包括無線傳輸模塊，該處理單元用于通過該無線傳輸模塊發送該經調制后的振動信號。
3.根據權利要求2所述的實現振動信號自動采集的信號采集器，其特征在于還包括無線通信檢測單元，用于檢測無線通信狀態，并且在無線通信狀態良好時向該處理單元發送使能信號，該處理單元在接收到該使能信號后通過該無線傳輸模塊發送該經調制后的振動信號。
4.根據權利要求I 3中任何一項所述的實現振動信號自動采集的信號采集器，其特征在于還包括差分放大電路，用于從該傳感器接收振動信號并對該振動信號進行差分放大處理。
5.根據權利要求4所述的實現振動信號自動采集的信號采集器，其特征在于還包括模數轉換單元，用于將該經差分放大處理后的振動信號進行模數轉換，轉換成振動數字信號。
專利摘要本實用新型公開了一種實現振動信號自動采集的信號采集器，屬于信號采集領域。該信號采集器包括傳感器、處理單元、差分放大電路、模數轉換單元、振動器、無線傳輸模塊和電源電路，該電源電路向該信號采集器提供電源，處理單元向振動器發送控制信號，該振動器帶動物體振動，傳感器采集該物體的振動信號并發送給差分放大電路進行差分放大處理，并由模數轉換單元轉換成振動數字信號，由處理單元進行調制處理，并通過無線傳輸模塊發送經調制后的振動數字信號。通過本實用新型，實現了振動信號的自動采集。
文檔編號G01H1/00GK202494511SQ20122002545
公開日2012年10月17日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者唐林, 季超, 楊文剛, 楊正中, 王輝, 謝鋒, 鄭武強, 郭鋒, 陳柄燁 申請人:重慶安諧新能源技術有限公司