[发明专利]一种天然气管道泄漏信号的数据采集系统及方法

摘要

本发明公开了一种天然气管道泄漏信号的数据采集系统及方法，该系统包括信号测量模块、信号解调处理模块、RS232串口和具有Labview开发平台的上位机；信号测量模块采集长输天然气管道泄漏信号，并将信号转换成电信号，所述的信号解调处理模块快速解调出信号的物理量，RS232用于采集解调后由AD转换芯片将模拟信号转换成的数字信号，然后将上传的采集信号传输给具有Labview开发平台的上位机；本发明采用了基于Labview的数据采集，该系统使用了图形程序框图，与传统的高级语言相比更简单，更容易理解，也大大节省了工作量提高了数据采集和数据分析的工作效率和准确率。

主权项

一种天然气管道泄漏信号的数据采集系统，包括信号测量模块、信号解调处理模块、RS232串口和具有Labview开发平台的上位机；信号测量模块采集长输天然气管道泄漏信号，并将信号转换成电信号，所述的信号解调处理模块快速解调出信号的物理量， RS232用于采集解调后由AD转换芯片将模拟信号转换成的数字信号，然后将上传的采集信号传输给具有Labview开发平台的上位机；所述的信号解调处理模块，包括STM32F108xG数字处理芯片、电源电路、运算放大电路、差分驱动电路、第一AD采集电路、第二AD采集电路、DDS信号波形产生电路、差分运算放大电路和干涉信号运算放大电路；电源电路包括接插件P1、第一整流二极管D1、第二整流二极管D5、第一发光二极管D2、第二发光二极管D3、第一电阻R37、第二电阻R41、第一钽电容C50和第二钽电容C52;所述的接插件P1的1脚与第二整流二极管D5的阴极连接，第二整流二极管D5的阳极与第二钽电容C52的负极、第二电阻R41的一端连接并作为‑15V电源输出端，第二电阻R41的另一端与第二发光二极管D3的阴极连接，第二发光二极管D3的阳极和第二钽电容C52的正极接地；接插件P1的3脚与第一整流二极管D1的阴极连接，第一整流二极管D1的阳极与第一钽电容C50的正极、第一电阻R37的一端连接并作为+15V电源输出端，第一电阻R37的另一端与第一发光二极管D2正极连接，第一发光二极管D2的负极接模拟地，第一钽电容C50的负极接模拟地；接插件P1的2脚接模拟地；差分驱动电路包括差分驱动芯片U6、第三电阻R46、第四电阻R48、第五电阻R49、第六电阻R74、第七电阻R75、第八电阻R51、第九电阻R76、第十电阻R77、第十一电阻R78、第十二电阻R79、第十三电阻R85、第十四电阻R86、第十五电阻R87、第十六电阻R88、第十七电阻R89、第十八电阻R90、第三钽电容C43、第四钽电容C45、第五钽电容C47、第六钽电容C42、第一陶瓷电容C44、第二陶瓷电容C46、第三陶瓷电容C48、第四陶瓷电容C49、第一测试插座TP2、第二测试插座TP3、第三测试插座TP4、第四测试插座TP5和接插件P13；所述的差分驱动芯片U6的型号为ADA4938;差分驱动芯片U6的23脚与第六电阻R74的一端连接，第六电阻R74另一端与差分驱动芯片U6的24脚、第五电阻R49的一端连接，第五电阻R49的另一端与第三电阻R46的一端、第四电阻R48的一端连接，第三电阻R46的另一端接模拟地，第四电阻R48的另一端与第二运算放大芯片U2的6脚连接；差分驱动芯片U6的2脚与第九电阻R76一端连接，第九电阻R76另一端与1脚连接，第九电阻R76另一端与第八电阻R51一端连接，第八电阻R51另一端与第七电阻R75一端连接，第七电阻R75另一端接模拟地；差分驱动芯片U6的5脚与第十电阻R77一端连接，第十电阻R77另一端与差分驱动芯片U6的6脚连接，第十电阻R77另一端与第十一电阻R78一端连接，第十一电阻R78另一端与第十三电阻R85的一端连接，第十三电阻R85的另一端接模拟地，第十一电阻R78另一端与第十二电阻R79的一端连接，第十二电阻R79的另一端与第一运算放大芯片U17的6脚连接；差分驱动芯片U6的8脚与第十六电阻R88的一端连接，第十六电阻R88的另一端与差分驱动芯片U6的7脚连接，第十六电阻R88的另一端与第十五电阻R87一端连接，第十五电阻R87的另一端与第十四电阻R86的一端连接，第十四电阻R86另一端接模拟地；差分驱动芯片U6的9脚与差分驱动芯片U6的10脚连接，差分驱动芯片U6的10脚与第三陶瓷电容C48一端连接，第三陶瓷电容C48另一端接模拟地，差分驱动芯片U6的9脚与第五钽电容C47阳极连接并接+5V电压，第五钽电容C47阴极接模拟地；差分驱动芯片U6的15与差分驱动芯片U6的16脚、第四陶瓷电容C49一端、第六钽电容C42阴极连接并接‑5V电压；第四陶瓷电容C49另一端、第六钽电容C42阳极接模拟地，差分驱动芯片U6的11脚与差分驱动芯片U6的17脚与接插件P13的1脚连接，接插件P13的2脚接模拟地；差分驱动芯片U6的14脚与第十八电阻R90一端连接，第十八电阻R90另一端接+5V的电压；差分驱动芯片U6的12、13、18、19脚依次与第四测试插座TP5、第三测试插座TP4、第二测试插座TP3、第一测试插座TP2连接；差分驱动芯片U6的20脚与第十七电阻R89一端连接，第十七电阻R89另一端接+5V的电压；差分驱动芯片U6的21脚与差分驱动芯片U6的22脚、第四钽电容C45的阴极、第二陶瓷电容C46的一端连接并接‑5V电压，第四钽电容C45的阳极和第二陶瓷电容C46的另一端接模拟地；差分驱动芯片U6的4脚与差分驱动芯片U6的3脚、第一陶瓷电容C44一端、第三钽电容C43的阳极连接并接+5V电压，第一陶瓷电容C44另一端接模拟地，第三钽电容C43的阴极接模拟地；差分驱动芯片U6的18、19脚分别与AD采集芯片U10的43、39脚连接；差分驱动芯片U6的12、13脚分别与AD采集芯片U12的43、39脚连接；第一AD采集电路与第二AD采集电路结构完全一致，文中仅叙述第一AD采集电路；第二AD采集电路的采集芯片为AD采集芯片U12；第一AD采集电路包括基准电压芯片U9、AD采集芯片U10、第七钽电容C56、第八钽电容C77、第九钽电容C79、第十钽电容C94、第五陶瓷电容C57、第六陶瓷电容C75、第七陶瓷电容C76、第八陶瓷电容C78、第九陶瓷电容C80、第十陶瓷电容C95、第十九电阻R59、第二十电阻R82、第二十一电阻R80、第二十二电阻R61、第一滑动变阻R81、第五测试插座TP6;所述的AD采集芯片U10的型号为AD7621；基准电压芯片U9的型号为ADR431；AD采集芯片U10的37脚与第五测试插座TP6、第七陶瓷电容C76的一端、第六陶瓷电容C75一端、第一滑动变阻R81的一个固定端、基准电压芯片U9的6脚连接，AD采集芯片U10的38脚与第七陶瓷电容C76另一端连接并接模拟地，第六陶瓷电容C75另一端与第十九电阻R59的一端连接，第十九电阻R59的另一端与基准电压芯片U9的7脚连接，基准电压芯片U9的6脚与第一滑动变阻R81的一端连接，第一滑动变阻R81的活动端与第二十电阻R82一端连接，第二十电阻R82另一端与基准电压芯片U9的5脚连接，第一滑动变阻R81的另一个固定端与第二十一电阻R80一端连接，第二十一电阻R80另一端与基准电压芯片U9的4脚连接并接模拟地，基准电压芯片U9的2脚与第七钽电容C56阳极、第五陶瓷电容C57一端连接并接+5V电压，第七钽电容C56阴极、第五陶瓷电容C57另一端接模拟地，基准电压芯片U9的1、8、3脚架空； AD采集芯片U10的1、4、8、31、32、34、36、41、42、20、30、17脚接数字地；AD采集芯片U10的5脚与AD采集芯片U10的6脚、AD采集芯片U10的7脚、第二十二电阻R61一端连接，第二十二电阻R61另一端接2.5V的电压；AD采集芯片U10的2脚与AD采集芯片U10的44脚、第八钽电容C77的阳极、第八陶瓷电容C78的一端连接并接2.5V电压，第八钽电容C77的阴极、第八陶瓷电容C78的另一端接模拟地；AD采集芯片U10的19脚与第九钽电容C79阳极、第九陶瓷电容C80一端连接，第九钽电容C79阴极、第九陶瓷电容C80另一端接模拟地，第九钽电容C79阳极、第九陶瓷电容C80一端接2.5V电压; AD采集芯片U10的18脚与第十钽电容C94阳极、第十陶瓷电容C95一端连接并接3.3V电压，第十钽电容C94阴极、第十陶瓷电容C95另一端接模拟地; AD采集芯片U10的9、10、11、12、13、14、15、16、21、22、23、24、25、26、27、28脚分别与STM32F103x8芯片U103的15、16、17、18、23、24、25、26、31、30、32、33、34、29、35、36脚连接；AD采集芯片U10的46、47、48、3、40、45、33脚架空；AD采集芯片U10的35脚与STM32F103x8芯片U103的55脚连接；AD采集芯片U10的29脚与STM32F103x8芯片U103的56脚连接；AD采集芯片U10的37脚与AD采集芯片U12的37脚连接；DDS信号波形产生电路包括DAC转换芯片U16、DDS芯片U19、有源晶振芯片U21、第十一陶瓷电容C62、第十二陶瓷电容C69、第十三陶瓷电容C70、第十四陶瓷电容C71、第十五陶瓷电容C59、第十六陶瓷电容C64、第十七陶瓷电容C58、第十八陶瓷电容C55、第十九陶瓷电容C74、第二十陶瓷电容C73、第二十一陶瓷电容C72、第二十三电阻R58、第二十四电阻R47、第二十五电阻R54、第二十六电阻R53、第二十七电阻R50、第二十八电阻R52；所述的DDS芯片U19的型号为AD9834；DAC转换芯片U16的型号为AD5620；DDS芯片U19的1脚与第二十四电阻R47一端、第十八陶瓷电容C55一端连接，第二十四电阻R47另一端与第十八陶瓷电容C55另一端、DAC装换芯片U16的3脚、DAC装换芯片U16的4脚连接，DAC装换芯片U16的5、6、7脚依次与STM32F103x8芯片U103的4、30、3脚连接，DAC装换芯片U16的1脚接3.3V的电压，DAC装换芯片U16的8脚接数字地，DAC装换芯片U16的2脚架空；DDS芯片U19的2脚与第十七陶瓷电容C58一端连接，第十七陶瓷电容C58另一端然后接模拟地；DDS芯片U19的3脚与第十五陶瓷电容C59一端连接，第十五陶瓷电容C59另一端接3.3V电压；DDS芯片U19的4脚与第十一陶瓷电容C62一端连接并接3.3V电压，第十一陶瓷电容C62另一端接模拟地；DDS芯片U19的5脚与第十六陶瓷电容C64一端连接并接3.3V电压，第十六陶瓷电容C64另一端接模拟地；DDS芯片U19的6脚与第十二陶瓷电容C69一端、第十三陶瓷电容C70一端连接，第十二陶瓷电容C69另一端、第十三陶瓷电容C70另一端接模拟地；DDS芯片U19的7脚接数字地；DDS芯片U19的8脚与第二十三电阻R58一端连接，第二十三电阻R58另一端与有源晶振芯片U21的OUT脚连接，有源晶振芯片U21的VCC脚与第十四陶瓷电容C71一端连接并接3.3V的电压，第十四陶瓷电容C71另一端接数字地，有源晶振芯片U21的GND脚接数字地，有源晶振芯片U21的NC脚架空；DDS芯片U19的9、10、11、13、14、15脚依次与STM32F103x8芯片U103的2、3、1、91、30、29脚连接；DDS芯片U19的12脚接地；DDS芯片U19的16脚与第二十五电阻R54一端连接，第二十五电阻R54另一端接数字地；DDS芯片U19的17脚与第十九陶瓷电容C74一端、第二十六电阻R53一端连接，第十九陶瓷电容C74另一端接数字地，第二十六电阻R53另一端与DDS芯片U19的19脚、第二十八电阻R52一端、第二十陶瓷电容C73的一端连接，第二十八电阻R52另一端接数字地，第二十陶瓷电容C73的另一端接数字地，DDS芯片U19的20脚与第二十七电阻R50一端、第二十一陶瓷电容C72一端连接，第二十七电阻R50另一端、第二十一陶瓷电容C72另一端接模拟地，DDS芯片U19的18脚接模拟地；所述的差分运算放大电路包括差分放大芯片U18、第二十三陶瓷电容C60、第二十四陶瓷电容C40、第二十二陶瓷电容C41、第二十五陶瓷电容C54、第二十六陶瓷电容C61、第二十九电阻R39、第三十电阻R56、第三十一电阻R57、接插件J3和第一运算放大芯片U17；差分放大芯片U18的型号为INA133U；运算放大芯片U17的型号为OP07；差分放大芯片U18的4脚与第二十二陶瓷电容C41的一端连接并接‑15V电压，第二十二陶瓷电容C41另一端接模拟地，3脚与DDS芯片U19的20脚连接，2脚与DDS芯片U19的19脚连接，1脚与接数字地，差分放大芯片U18的5脚与差分放大芯片U18的6脚、第二十四陶瓷电容C40一端连接，第二十四陶瓷电容C40另一端与第二十九电阻R39一端、第一运算放大芯片U17的3脚，第二十九电阻R39另一端接模拟地，差分放大芯片U18的7脚与第二十三陶瓷电容C60一端连接并接+15V电压，第二十三陶瓷电容C60另一端接模拟地，差分放大芯片U18的8脚架空，第一运算放大芯片U17的2脚与第三十电阻R56一端、第三十一电阻R57一端连接，第三十电阻R56另一端接模拟地，第三十一电阻R57另一端与第一运算放大芯片U17的6脚连接、接插件J3连接，第一运算放大芯片U17的7脚与第二十五陶瓷电容C54一端连接并接+15V电压，第二十五陶瓷电容C54另一端接模拟地；第一运算放大芯片U17的4脚与第二十六陶瓷电容C61一端连接并接‑15V电压，第二十六陶瓷电容C61另一端接模拟地；所述的干涉信号运算放大电路包括第二运算放大芯片U2、接插件J1、第十一钽电容C5、第二十七陶瓷电容C2、第二十八陶瓷电容C6、第三十二电阻R1、第三十三电阻R3、第三十四电阻R4；所述的第二运算放大芯片U2的型号为OP07；第二运算放大芯片U2的3脚与第三十二电阻R1一端、第十一钽电容C5的阴极连接，第三十二电阻R1另一端接模拟地，第十一钽电容C5的阳极与接插件J1的1脚连接；第二运算放大芯片U2的2脚与第三十三电阻R3一端、第三十四电阻R4的一端连接，第三十三电阻R3另一端接模拟地，第三十四电阻R4的另一端与第二运算放大芯片U2的6脚连接并与第四电阻R48的另一端连接，第二运算放大芯片U2的7脚余第二十七陶瓷电容C2一端连接并接+15V电压，第二十七陶瓷电容C2另一端接模拟地，第二运算放大芯片U2的4脚与第二十八陶瓷电容C6一端连接并接‑15V电压，第二十八陶瓷电容C6另一端接模拟地；接插件J1的2脚接模拟地。