[发明专利]一种基于CPCI总线的信号调理及AD转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种满足故障诊断信息采集系统对多通道多类型且不同输入范围的信号进行高精度实时监测及隔离技术，特别是一种基于CPCI总线的信号调理及AD转换装置。

背景技术

Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)简称CPCI，是国际工业计算机制造者联合会基于PCI电气规范提出来的一种具有开放性、良好散热性、高稳定性、高可靠性等特点的新一代工业总线接口标准。基于CPCI总线的板卡产品可用于自动控制、数据采集、量测仪器、雷达、声纳、火控、指控以及要求模块化设计等众多领域，能够满足航空、航天、船载、车载、测控等客户的众多要求，CPCI总线是现代加固计算机及工控计算机的主流。

随着科学技术的发展，计算机控制系统越来越复杂，自动化水平越来越高，与其相关的费用也越来越高，其运行过程中发生的任何故障或失效不仅会造成重大的经济损失，甚至还可能导致人员伤亡。利用故障诊断系统对设备工况进行监测，对故障发展趋势早期诊断，找出故障原因，采取措施避免设备的突然损坏，进而保证设备安全正常地运转。故障诊断系统现已广泛应用于航空、航天、船舶、电力、机械、化工等领域。故障诊断系统在现代众多领域都起着重要的作用，其主要包含两方面内容：一是对设备的运行状态进行监测；二是在发现异常情况后对设备的故障进行分析、诊断。

为实现设备运行状态的实时监测，需要对设备的状态信号进行采集、调理、AD转换等过程。为避免信息采集系统和待测设备之间的相互干扰，往往需要把被监测的状态信息进行滤波隔离和高精度调理和AD转换，目的是提高待监测信息的精度。其中隔离电路与滤波电路的优劣将直接影响信号精度，所以如何设计一个性能优良的隔离电路和滤波性能优良的滤波电路，是实现高精度信号调理的关键。

针对故障诊断系统的发展趋势，基于CPCI总线研制出一种基于CPCI总线的高精度信号调理与AD转换装置，该装置通过多级滤波电路、高线性度的光隔离器件、运放跟随及调理电路和高精度AD转换器件以增强信号调理及采样精度，该装置可实现直流信号和交流信号的高精度调理与AD转换功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CPCI总线的信号调理及AD转换装置，包括依次连接的分压电路、滤波电路、有效值转换及滤波电路、隔离与调理电路、AD转换电路、FPGA逻辑控制单元、CPCI总线桥接电路；还包括电源；所述分压电路由用于将输入的待检测信号电压转换到所述装置的有效量程之内；所述滤波电路用于滤除噪声；所述有效值转换及滤波电路将输入的交流信号转换为直流信号并进行滤波；所述隔离与调理电路用于实现信号跟随、信号调理和信号的线性隔离；所述AD转换电路将模拟信号转换为数字信号；所述FPGA逻辑控制单元用于信息交互；所述CPCI总线桥接电路实现PCI总线到局部总线的转换。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本装置可实现多通道多类型信号的状态监测功能，满足CPCI总线架构下故障诊断系统对待检测信息的高精度要求，可有效提升故障诊断系统的稳定性与可靠性。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1基于CPCI总线的高精度信号调理及AD转换装置组成框图。

图2直流信号输入端接口电路图。

图3交流信号输入端接口电路图。

图4交流信号转换为直流信号后滤波电路图。

具体实施方式

结合图1，基于CPCI总线的高精度信号调理及AD转换装置由分压电路、滤波电路、有效值转换及滤波电路、隔离与调理电路、AD转换电路、FPGA逻辑控制单元、CPCI总线桥接电路、CPCI连接器及电源等构成。外部的模拟信号经由分压、滤波、有效值转换及滤波(仅针对交流信号)、隔离与调理后输入到AD转换电路进行采集；FPGA逻辑控制单元一方面可以通过CPCI桥接逻辑和CPCI桥接单元与CPCI总线进行信息交互，另一方面可以作为控制模拟开关通断和AD采样模式和采样时机，完成数据采集。

分压电路是由两个高精密电阻(精度小于0.01％)串联构成，可根据输入的待监测信号的幅值范围进行不同的阻值配置，将待监测信号转换到高精度信号调理与AD转换装置的有效量程之内；

滤波电路是由磁珠(由待监测信号的类型决定是否选择)、电阻、电容等构成的滤波电路，可有效滤除噪声，提升待监测信号的调理精度；