專利名稱：一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號分析裝置，具體涉及一種對現(xiàn)場干擾信號進(jìn)行分析和記錄的信號分析裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)對干擾信號的研究，通常都是在實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中利用專業(yè)干擾接收機(jī)外加耦合網(wǎng)絡(luò)對干擾信號進(jìn)行測試記錄。這種測試環(huán)境下只能得到穩(wěn)定的、周期性的干擾信號，但現(xiàn)場情況千差萬別，在目前生活、工業(yè)環(huán)境中用電設(shè)備繁多，各種開關(guān)電源、變頻空調(diào)、電磁爐、無線電應(yīng)用等設(shè)備產(chǎn)生的干擾嚴(yán)重，如果能對設(shè)備實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的干擾情況進(jìn)行監(jiān)測、記錄，再將采集記錄到的數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各種使用環(huán)境中的干擾源特性及干擾規(guī)律，再有針對性的采取措施，可加強(qiáng)設(shè)備在日常工作中的可靠性和穩(wěn)定性，此外掌握現(xiàn)場電磁干擾信號強(qiáng)度、頻譜、干擾時(shí)段對產(chǎn)品、設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用也有重要的參考價(jià)值。此有測試環(huán)境非常惡劣，測試的條件也很茍刻，對測試儀器的體積、電氣性能、工作持續(xù)時(shí)間等都有要求，現(xiàn)有的測試儀器并不能滿足上述全部要求?，F(xiàn)有技術(shù)干擾信號測量都是采用一些大型設(shè)備在現(xiàn)場對所有的信號進(jìn)行分析，以確定那些是干擾信號那些是正常信號，最終結(jié)果常常是分析出正常信號后，將其余信號進(jìn)行屏蔽，以實(shí)現(xiàn)接收信號的精確，并沒有對干擾信號的如何產(chǎn)生和如何適應(yīng)提出改進(jìn)，而且此類測量設(shè)備龐大、耗時(shí)長，不利于現(xiàn)場攜帶。如公開號為CN101558571A，發(fā)明名稱“用于無線通信的干擾信號檢測與抑制”的發(fā)明專利，公開一種在發(fā)射方和接收方同時(shí)安裝處理器、調(diào)制器、存儲器、發(fā)射器和接收器等設(shè)備，對雙方的信號進(jìn)行分析，根據(jù)發(fā)送方的信號與接收方的信號對比排除干擾信號，此方案不適合進(jìn)行移動式測量，也不能反應(yīng)設(shè)備在實(shí)際使用現(xiàn)場干擾情況。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有便攜式現(xiàn)場干擾信號測量設(shè)備的問題，本發(fā)明提供一種同時(shí)對現(xiàn)場干擾信號進(jìn)行測量、監(jiān)測、記錄線纜上干擾信號的便攜式記錄儀，具體方案如下 一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，包括依次連接的接收干擾信號的信號輸入接口，對接收的干擾信號進(jìn)行濾波、放大處理的信號調(diào)理模塊，對處理后的干擾信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集模塊，對數(shù)字干擾信號進(jìn)行分析、處理、記錄的控制模塊及信號輸出接口，其特征在于，所述控制模塊包括FPGA模塊、ARM處理器和作為兩者之間數(shù)據(jù)交換的存儲模塊，其中FPGA模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接并將信號輸送給ARM處理器，ARM模塊將處理后的信號輸出到信號輸出接口。為實(shí)現(xiàn)無人值守及應(yīng)付突出情況所述信號調(diào)整模塊與FPGA模塊之間連接有分析和發(fā)現(xiàn)干擾信號的觸發(fā)模塊，觸發(fā)模塊將干擾信號直接傳輸?shù)紽PGA模塊進(jìn)行分析和測試后通過存儲模塊保存。為方便查看測試結(jié)果所述ARM處理器連接有顯示設(shè)備、鍵盤控制模塊、以太網(wǎng)接口和USB接口。為提高電氣性能及工作時(shí)間包括供電模塊，所述供電模塊采用12V電池或外接12V直流電源，并將相應(yīng)12V電壓轉(zhuǎn)換為5. 5V電壓后再分別為不同部件提供5V或3. 3V電壓。為方便測試數(shù)據(jù)的分享所述存儲模塊包括外接SD卡存儲設(shè)備。為提高記錄儀的密封效果，避免水汽、灰塵進(jìn)入所述記錄儀采用塑膠材質(zhì)進(jìn)行全密封安裝，各結(jié)合處均設(shè)置有密封用的橡膠圈。
本發(fā)明可測試電源線上及信號線上或其它線纜上的電磁干擾，具有高速數(shù)據(jù)采集處理能力，可采集高于IKHz直到IOMHz的電磁干擾信號的波形數(shù)據(jù)。本發(fā)明設(shè)備是本安設(shè)備，可以應(yīng)用于煤礦等有爆炸性氣體的環(huán)境。本方案的裝置體積小，發(fā)熱量小沒有風(fēng)扇，防水等級高，便于個(gè)人攜帶，主要應(yīng)用到一些空間狹小，粉塵大，濕度大，環(huán)境較惡劣及不利于大型設(shè)備展開的場所。本裝置同時(shí)可捕捉并記錄瞬態(tài)干擾，包括線路上的電壓驟升、驟降、電流變化的數(shù)據(jù)，并且通過設(shè)置條件可以觸發(fā)進(jìn)行測量和記錄，這個(gè)功能非常適用于各種對電磁干擾敏感場合。本發(fā)明符合本安型安全標(biāo)準(zhǔn)要求，可在煤礦等有爆炸性氣體環(huán)境下使用。本方案使用的MP1593DC-DC變壓器是美國MPS公司(Monolithic PowerSystems, Inc)研制生產(chǎn)的一款降壓型(Step-down) DC-DC器件,它采用8pin小型SOP封裝，體積很小，該IC允許輸入的電壓范圍從4. 75^28V,輸出電流最高可達(dá)3A，其最高工作效率可達(dá)95%，該IC典型的數(shù)據(jù)為當(dāng)輸入12V，輸出為5V，且電流達(dá)到2. 5A時(shí)，其工作效率為90%，在這樣高電壓差、大電流的情況下，該IC連續(xù)工作24小時(shí)也無需加裝任何散熱器，特別適合井下空間狹小，灰塵很大，設(shè)備不能開散熱孔的這種環(huán)境。此外井下工作的儀器需要通過本質(zhì)安全試驗(yàn)，而一般儀器的啟動電流都比較大不能滿足火花試驗(yàn)的要求，本方案在電源設(shè)計(jì)中使用了電流模式工作，提供快速瞬態(tài)應(yīng)對和簡化環(huán)路穩(wěn)定，在故障條件下保護(hù)包括逐周期電流限制和熱關(guān)機(jī)；并且可調(diào)軟啟動降低了啟動電流大小，可以滿足本質(zhì)安全試驗(yàn)的要求。


圖I本發(fā)明的部件連接示意圖。圖2本發(fā)明中電源模塊連接示意圖。圖3電源模塊中12V轉(zhuǎn)5. 5V電路示意圖。圖4電源模塊中5. 5V轉(zhuǎn)5V電路示意圖。圖5電源模塊中5. 5V轉(zhuǎn)3. 3V電路示意圖。圖6本發(fā)明中信號調(diào)整模塊電路示意圖。圖7本發(fā)明中數(shù)據(jù)采樣模塊電路示意圖。圖8本發(fā)明中控制模塊內(nèi)部連接示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本方案包括依次連接的信號輸入接口，對被測信號進(jìn)行隔離輸入匹配、濾波及放大處理的信號調(diào)理模塊，數(shù)據(jù)采樣模塊，控制模塊和信號輸出模塊，其中控制模塊包括FPGA模塊和ARM處理器，兩者共用一個(gè)存儲模塊，整個(gè)裝置通過一個(gè)12V的電池或12V的直流電源模塊供電。其中信號輸入接口配備傳感器或探頭與被測線路連接并獲取相應(yīng)被測信號。如圖6所示，信號調(diào)理模塊中的L5將被測信號調(diào)理到數(shù)據(jù)采樣模塊AD9244模擬輸入的電壓范圍，被測信號在信號調(diào)整模塊內(nèi)先進(jìn)入隔離輸入濾波電路，然后通過根據(jù)信號特征選擇的單端/差分信號開關(guān)，后進(jìn)入AD627進(jìn)行放大，并變?yōu)榭构材８蓴_較強(qiáng)的差分信號。AD627在較寬的范圍內(nèi)具有良好的低噪聲和失真特性，這樣使得對干擾信號的捕捉更準(zhǔn)確。如圖7所示，數(shù)據(jù)采樣電路采用AD公司的AD9244高精度高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置一個(gè)片內(nèi)高性能采樣保持放大器和基準(zhǔn)電壓源。它采用多級差分流水線架構(gòu)，內(nèi)置輸出糾錯邏輯，在65 MSPS數(shù)據(jù)速率時(shí)可提供14位精度，AD9244芯片功耗極低，非常適合采用電池供電的現(xiàn)場測試應(yīng)用，采用單一 5V供電可降低電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，采樣頻帶較寬，適合干 擾信號測試的寬頻要求。在電路設(shè)計(jì)中輸入模擬信號和輸出數(shù)字信號的地單點(diǎn)連接，保證了采樣芯片的正常準(zhǔn)確工作，此外，其支持200MHz采樣頻率，因而可取消下變頻單元電路，以減少系統(tǒng)元器件數(shù)量，經(jīng)濟(jì)有效地構(gòu)成采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖1、8所示，在控制模塊內(nèi)部，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的被測信號送入存儲模塊，可編程邏輯器件FPGA模塊采用EPIC3144T，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)采集預(yù)處理分為數(shù)據(jù)處理、觸發(fā)控制、幀控制、SDRAM控制器和ARM數(shù)據(jù)交換幾個(gè)功能。被測數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后在FPGA中緩沖，然后使用觸發(fā)控制將采集到的數(shù)據(jù)組成幀，數(shù)據(jù)幀放在SDRAM中存儲，通過ARM與FPGA中的共享存儲區(qū)傳輸給ARM。而ARM處理器采用S3C2410A，F(xiàn)PGA模塊作為高速控制核心實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采樣模塊等芯片的控制，F(xiàn)PGA模塊和ARM處理器利用存儲模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、測量、波形存儲控制，
存儲模塊包括外掛存儲芯片SD卡或SF卡及固定SDRAM存儲芯片，用來存儲從FPGA模塊傳過來的波形數(shù)據(jù)以及整個(gè)系統(tǒng)的程序代碼等。ARM處理器采用的S3C2410芯片是RISC結(jié)構(gòu)的16/32位微處理器，它基于ARM920T內(nèi)核，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，頻率達(dá)到203MHz，為手持設(shè)備設(shè)計(jì)的高性能、低功耗、高集成度的微處理器。其中ARM處理器與FPGA模塊之間利用數(shù)據(jù)線、地址線和控制線進(jìn)行相互通訊，通過這三線的相互協(xié)調(diào)，使FPGA模塊和ARM處理器能進(jìn)行正常的通訊，能發(fā)控制命令給FPGA，從而控制FPGA的工作。在現(xiàn)場采集測量到數(shù)據(jù)后，可以在本地顯示，也可以帶回實(shí)驗(yàn)室通過USB接口或RJ45接口將數(shù)據(jù)讀出到電腦后進(jìn)行數(shù)據(jù)的波形、頻譜、干擾強(qiáng)度和干擾時(shí)段分析。如圖1、2所示，電源模塊為整個(gè)設(shè)備提供電力，電源模塊采用12V電池供電或外接12V直流電源，經(jīng)過TVS、防反接二極管保護(hù)及濾波電路實(shí)現(xiàn)濾除干擾信號，保證電源穩(wěn)定工作。DC-DC模塊U5具有限制過壓和過流的功能，保證了電源接口滿足本安電路的要求。如圖3、4、5所示，由于采樣電路對電源紋波的要求相對較高，而DC-DC模塊變換輸出電源紋波較高，電源模塊輸出+ 5. 5V都采用了 MIC5207BM穩(wěn)壓塊進(jìn)行二次變換到5V給芯片AD627、AD9244及CPU使用，以期達(dá)到穩(wěn)壓、降低電源紋波和防止電壓過沖的目的。此外，+5. 5V通過兩個(gè)LDO芯片LT1764EQ分別產(chǎn)生兩個(gè)+3. 3V的電壓，這兩個(gè)電壓分別為FPGA和CPU芯片供電。電源DC-DC變換由輸入濾波器、輸入電解電容、輸入瓷片電容、和輸出濾波電解電容、輸出瓷片電容、組成。
控制模塊還設(shè)置有RS232接口、RJ45網(wǎng)絡(luò)接口及直流電源接口，通過RS232接口和RJ45接口可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場干擾信號的上傳，同時(shí)可接收遠(yuǎn)程對上傳干擾信號的分析結(jié)果。利用直流電源接口可以避免電池沒電的情況，提高設(shè)備的適應(yīng)能力。顯示模塊主要是將FPGA模塊采集的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行顯示輸出，操作人員根據(jù)數(shù)據(jù)幀的傳輸情況，利用鍵盤控制模塊對前面的模塊進(jìn)行控制。如圖I所示，為實(shí)現(xiàn)對突發(fā)干擾信號的分析，本方案在信號調(diào)整模塊與FPGA模塊之間連接一個(gè)觸發(fā)模塊，觸發(fā)模塊中設(shè)定一個(gè)干擾信號的觸發(fā)值，此觸發(fā)值可以是需要分 析的具體干擾信號范圍，也可以是線路中某些突然產(chǎn)生或不定期產(chǎn)生的干擾信號超出分析范圍的干擾信號值，當(dāng)發(fā)生上述情況時(shí)，觸發(fā)模塊直接將此干擾信號送至控制模塊，由控制模塊對干擾信號的波形進(jìn)行存儲、分析、測試，為無人值守及分析測試環(huán)境的實(shí)際情況提供幫助。整個(gè)設(shè)備外殼采用塑膠材質(zhì)，并進(jìn)行良好密封性設(shè)計(jì)，結(jié)合出均帶有膠圈，防水防塵等級較高。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，包括依次連接的接收干擾信號的信號輸入接口，對接收的干擾信號進(jìn)行濾波、放大處理的信號調(diào)理模塊，對處理后的干擾信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集模塊，對數(shù)字干擾信號進(jìn)行分析、處理、記錄的控制模塊及信號輸出接口，其特征在于，所述控制模塊包括FPGA模塊、ARM處理器和作為兩者之間數(shù)據(jù)交換的存儲模塊，其中FPGA模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接并將 信號輸送給ARM處理器，ARM模塊將處理后的信號輸出到信號輸出接口。
2.如權(quán)利要求I所述的一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，其特征在于，所述信號調(diào)整模塊與FPGA模塊之間連接有分析和發(fā)現(xiàn)干擾信號的觸發(fā)模塊，觸發(fā)模塊將干擾信號直接傳輸?shù)紽PGA模塊進(jìn)行分析和測試后通過存儲模塊保存。
3.如權(quán)利要求I所述的一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，其特征在于，所述ARM處理器連接有顯示設(shè)備、鍵盤控制模塊、以太網(wǎng)接口和USB接口。
4.如權(quán)利要求I所述的一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，其特征在于，包括供電模塊，所述供電模塊采用12V電池或外接12V直流電源，并將相應(yīng)12V電壓轉(zhuǎn)換為5. 5V電壓后再分別為不同部件提供5V或3. 3V電壓。
5.如權(quán)利要求I所述的一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，其特征在于，所述存儲模塊包括外接SD卡存儲設(shè)備。
6.如權(quán)利要求I所述的一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，其特征在于，所述記錄儀采用塑膠材質(zhì)進(jìn)行全密封安裝，各結(jié)合處均設(shè)置有密封用的橡膠圈。
全文摘要
本發(fā)明公開一種現(xiàn)場傳導(dǎo)干擾信號記錄儀，包括依次連接的信號輸入接口，信號調(diào)理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，控制模塊及信號輸出接口，所述控制模塊包括FPGA模塊、ARM處理器和作為兩者之間數(shù)據(jù)交換的存儲模塊，其中FPGA模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接并將信號輸送給ARM處理器，ARM模塊將處理后的信號輸出到信號輸出接口。本發(fā)明可測試電源線上及信號線上或其它線纜上的電磁干擾，具有高速數(shù)據(jù)采集處理能力，可采集高于1kHz直到10MHz的電磁干擾信號的波形數(shù)據(jù)。本發(fā)明設(shè)備是本安設(shè)備，裝置體積小，發(fā)熱量小沒有風(fēng)扇，防水等級高，便于個(gè)人攜帶。
文檔編號G01R13/00GK102721845SQ20121016980
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者王鵬, 辛中華 申請人:煤炭科學(xué)研究總院