本發(fā)明涉及信號采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電壓信號采集系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)大開發(fā)及“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的不斷深入和發(fā)展，在我國黃土高原地區(qū)高速公路、高速鐵路、機(jī)場及新城等大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)得到了長足的發(fā)展。但在實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)，絕大部分黃土地基都面臨著承載力不足、沉降變形過大及黃土濕(振)陷等工程地質(zhì)問題，所以黃土地基大多需要進(jìn)行前期處理及后期沉降變形監(jiān)測?？偨Y(jié)目前黃土地區(qū)的地基處理方法，主要有強(qiáng)夯法、預(yù)壓法、改良法、振沖法及樁基礎(chǔ)法，具有操作簡單方便、施工周期短及工程造價(jià)低等特點(diǎn)的強(qiáng)夯法被廣泛使用。強(qiáng)夯法在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了黃土滑坡、崩塌、地裂縫、噪音污染及地下油氣管道破裂等次生害。為了使強(qiáng)夯法在處理黃土地基時(shí)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益達(dá)到最大化，需要對強(qiáng)夯過程中振動波加速度、動土壓力及速度等傳播衰減規(guī)律進(jìn)行探討。

現(xiàn)有的用于黃土于黃土區(qū)強(qiáng)夯振動測試電壓信號的采集系統(tǒng)主要是利用電壓信號傳感器連接采集卡，最后接到電腦上進(jìn)行信號的采集，但是一次強(qiáng)夯衰減周期僅為0.04-0.08s左右，而現(xiàn)有的型號采集軟件的信號采集周期很長，信號采集速度慢，往往很難在這么短時(shí)間內(nèi)完成信號采集。

綜上所述，現(xiàn)有的電壓信號采集系統(tǒng)的電壓信號采集是異步的，且電壓信號采集的周期較長，電壓信號采集的速度較慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種電壓信號采集系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在電壓信號采集是異步的，且電壓信號采集的周期較長，電壓信號采集的速度較慢的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種電壓信號采集系統(tǒng)，包括：包括交流電源、電壓信號傳感器、數(shù)據(jù)采集箱及便攜式終端；

所述數(shù)據(jù)采集箱為密閉箱體，所述數(shù)據(jù)采集箱的第一內(nèi)側(cè)面設(shè)有第一防水涂層，所述數(shù)據(jù)采集箱的第二內(nèi)側(cè)面設(shè)有第二防水涂層，所述數(shù)據(jù)采集箱的第三內(nèi)側(cè)面設(shè)有第三防水涂層，所述數(shù)據(jù)采集箱的第四內(nèi)側(cè)面設(shè)有第四防水涂層，所述數(shù)據(jù)采集箱的內(nèi)頂面設(shè)有第五防水涂層，所述數(shù)據(jù)采集箱的內(nèi)底面設(shè)有第六防水涂層；所述數(shù)據(jù)采集箱的外表面設(shè)有第七防水涂層；

所述第一防水涂層上設(shè)有第一豎直固定擋板；所述第二防水涂層上設(shè)有第二豎直固定擋板；所述第三防水涂層上設(shè)有第三豎直固定擋板；所述第四防水涂層上設(shè)有第四豎直固定擋板；所述第五防水涂層上設(shè)有第一水平固定擋板；所述第六防水涂層上設(shè)有第二水平固定擋板；

所述第一豎直固定擋板上設(shè)有第一絕緣橡膠，所述第一絕緣橡膠上設(shè)有三相電源快接插頭、可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊及高靈敏型保險(xiǎn)絲座，所述第二豎直固定擋板上設(shè)有第二絕緣橡膠，所述第二絕緣橡膠上設(shè)有五芯航空接頭和多通道供電端子板，所述第三豎直固定擋板上設(shè)有第三絕緣橡膠，所述第三絕緣橡膠上設(shè)有usb快接接頭、高速同步采集板卡和多通道u型排母，所述第一水平固定擋板上設(shè)有第四絕緣橡膠，所述第四絕緣橡膠上設(shè)有多通道u型排母、電壓信號放大板、隔離電源轉(zhuǎn)換模塊和單連多控開關(guān)，所述第二水平固定擋板上設(shè)有第五絕緣橡膠，所述第五絕緣橡膠上設(shè)有多通道無紙記錄儀；

所述三相電源快接插頭、可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊和所述高靈敏型保險(xiǎn)絲座依次連接，所述高靈敏保險(xiǎn)絲座分別與五芯航空接頭、單連多控開關(guān)連接，所述單連多控開關(guān)分別與多通道無紙記錄儀、和隔離電源轉(zhuǎn)換模塊連接，所述五芯航空接頭與所述多通道無紙記錄儀連接，所述隔離電源轉(zhuǎn)換模塊與電壓信號放大板連接，所述電壓信號放大板與所述多通道供電端子板連接，所述多通道供電端子板與所述五芯航空接頭相連，所述電壓信號放大板與所述多通道u型排母連接，所述多通道u型排母與所述高速同步采集板卡連接，所述高速同步采集板卡與所述usb快速接頭連接，所述usb快速接頭與便攜式終端連接，所述便攜式終端和所述三相電源快接插頭均與交流電源連接；

所述電壓信號傳感器與所述五芯航空接頭連接。

較佳地，所述數(shù)據(jù)采集箱為長方形鋁合金箱體。

較佳地，所述隔離電源轉(zhuǎn)換模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，且輸出的直流電壓為±15v。

較佳地，所述多通道u型排母的通道個(gè)數(shù)大于等于32。

較佳地，所述多通道供電端子板的通道個(gè)數(shù)大于等于32個(gè)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種電壓信號采集方法，包括：

s1、將電壓信號傳感器通過五芯航空接頭連接到數(shù)據(jù)采集箱上；

s2、判斷是否進(jìn)行同步電壓信號的采集，若確定進(jìn)行同步電壓信號的采集則執(zhí)行步驟s3，若確定進(jìn)行異步電壓信號的采集，則執(zhí)行步驟s4；

s3、將單連多控開關(guān)、隔離電源轉(zhuǎn)換模塊和電壓信號放大板依次連接，且將五芯航空接頭、多通道供電端子板、電壓信號放大板、多通道u型排母、高速同步采集板卡依次連接，將高速同步采集板卡通過usb快接接頭與便攜式終端連接進(jìn)行電壓信號的采集；

s4、判斷是否需要改變電壓信號的采集速率，當(dāng)確定需要改變電壓信號的采集速率時(shí)，執(zhí)行步驟s5，當(dāng)確定不需要改變電壓信號的采集速率時(shí)，執(zhí)行步驟s6；

s5、將五芯航空接頭和單連多控開關(guān)均與多通道無紙記錄儀連接、多通道無紙記錄儀和便攜式終端依次連接進(jìn)行電壓信號的采集；

s6、將單連多控開關(guān)與多通道無紙記錄儀連接進(jìn)行電壓信號的采集；

s7、基于不同的采集方式采集的電壓，所述物理量包括：力、位移、速度、加速度或者氣壓；

當(dāng)同步連續(xù)采集電壓信號時(shí)，根據(jù)采集的電壓按照如下公式(1)計(jì)算物理量：

其中，在所述公式(1)中，x為物理量，u1為信號放大后的電壓值，k為放大倍數(shù)，k為電壓信號傳感器率定系數(shù)，δ為電壓放大后電壓信號傳感器率定系數(shù)，

當(dāng)非同步連續(xù)采集電壓信號時(shí)，根據(jù)采集的電壓按照如下公式(2)計(jì)算物理量：

x＝ku2+b(2)

其中，在所述公式(2)中，x為物理量，u2為異步采集時(shí)的電壓值，k為電壓信號傳感器率定系數(shù)，b為電壓信號傳感器的電壓為0時(shí)所對應(yīng)的修正值。

較佳地，所述步驟s2中若確定進(jìn)行同步電壓信號的采集之后，還包括：

判斷采集的電壓信號是否為微型電壓信號；

若確定采集的電壓信號是微型電壓信號，則打開隔離電源轉(zhuǎn)換模塊；

若確定采集的電壓信號不是微型電壓信號，則關(guān)閉隔離電源轉(zhuǎn)換模塊。

較佳地，步驟s3還包括：通過便攜式終端調(diào)節(jié)電壓信號的采集速率。

本發(fā)明的電壓信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了，操作快捷方便，方法易實(shí)施，信號采集精度高，滿足復(fù)雜條件下的數(shù)據(jù)采集要求，在電壓信號同步連續(xù)采集時(shí)，最少時(shí)能夠直接采集電壓每一秒125個(gè)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)，最多時(shí)能夠直接采集電壓每一秒250k個(gè)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)采集的電壓能準(zhǔn)確的得到物理量隨時(shí)間的變化情況，可輕易得到物理量時(shí)程曲線及衰減規(guī)律曲線。在不要求電壓信號同步連續(xù)采集時(shí)，僅需要通過多通道無紙記錄儀便可完成數(shù)據(jù)采集，最小采集周期達(dá)0.5s。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集系統(tǒng)的系統(tǒng)的電路原理連接框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集方法的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)俯視圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、交流電源；2、三相電源快接接頭；3、可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊；4、高靈敏保險(xiǎn)絲座；5、單連多控開關(guān)；6、五芯航空接頭；7、多通道無紙記錄儀；8、隔離電源轉(zhuǎn)換模塊；9、多通道供電端子板；10、電壓信號放大板；11、多通道u型排母；12、第一限位螺絲；13、高速同步采集板卡；14、usb快接接頭；15、便攜式終端；16、第二限位螺絲；17、電壓信號傳感器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集系統(tǒng)，用于黃土區(qū)強(qiáng)夯振動測試中，如圖1所示，該系統(tǒng)包括：交流電源1、電壓信號傳感器17、數(shù)據(jù)采集箱及便攜式終端15。

具體地，如圖1和圖4所示，該數(shù)據(jù)采集箱為密閉箱體，該數(shù)據(jù)采集箱的第一內(nèi)側(cè)面設(shè)有第一防水涂層，該數(shù)據(jù)采集箱的第二內(nèi)側(cè)面設(shè)有第二防水涂層，該數(shù)據(jù)采集箱的第三內(nèi)側(cè)面設(shè)有第三防水涂層，該數(shù)據(jù)采集箱的第四內(nèi)側(cè)面設(shè)有第四防水涂層，該數(shù)據(jù)采集箱的內(nèi)頂面設(shè)有第五防水涂層，該數(shù)據(jù)采集箱的內(nèi)底面設(shè)有第六防水涂層；該數(shù)據(jù)采集箱的外表面設(shè)有第七防水涂層。

可選地，數(shù)據(jù)采集箱為長方形鋁合金箱體。

具體地，如圖1所示，該第一防水涂層上設(shè)有第一豎直固定擋板；該第二防水涂層上設(shè)有第二豎直固定擋板；該第三防水涂層上設(shè)有第三豎直固定擋板；該第四防水涂層上設(shè)有第四豎直固定擋板；該第五防水涂層上設(shè)有第一水平固定擋板；該第六防水涂層上設(shè)有第二水平固定擋板；該第一豎直固定擋板上設(shè)有第一絕緣橡膠，該第一絕緣橡膠上設(shè)有三相電源快接插頭2、可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊3及高靈敏型保險(xiǎn)絲座4，該第二豎直固定擋板上設(shè)有第二絕緣橡膠，該第二絕緣橡膠上設(shè)有五芯航空接頭6和多通道供電端子板9，該第三豎直固定擋板上設(shè)有第三絕緣橡膠，該第三絕緣橡膠上設(shè)有usb快接接頭14、高速同步采集板卡13和多通道u型排母11，該第一水平固定擋板上設(shè)有第四絕緣橡膠，該第四絕緣橡膠上設(shè)有多通道u型排母11、電壓信號放大板10、隔離電源轉(zhuǎn)換模塊8和單連多控開關(guān)5，該第二水平固定擋板上設(shè)有第五絕緣橡膠，該第五絕緣橡膠上設(shè)有多通道無紙記錄儀7。

可選地，隔離電源轉(zhuǎn)換模塊8為直流轉(zhuǎn)直流±15v輸出。

可選地，多通道u型排母11的通道個(gè)數(shù)大于等于32。

可選地，多通道供電端子板9的通道個(gè)數(shù)大于等于32個(gè)。

其中，通過第一限位螺絲12將數(shù)據(jù)采集箱的第二內(nèi)側(cè)面、第二豎直固定擋、第二絕緣橡膠和多通道供電端子板9按照從下到上的順序進(jìn)行固定。

需要說明的是，第一限位螺絲12的直徑為2mm。

另外，通過第二限位螺絲16將數(shù)據(jù)采集箱的第一內(nèi)側(cè)面、第一豎直固定擋、第一絕緣橡膠和可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊3按照從下到上的順序進(jìn)行固定。

需要說明的是，第二限位螺絲16直徑的為5mm。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集系統(tǒng)的電路原理連接框圖，具體地，如圖2所示，該三相電源快接插頭2、可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊3和該高靈敏型保險(xiǎn)絲座4依次連接，該高靈敏保險(xiǎn)絲座4分別與五芯航空接頭6、單連多控開關(guān)5連接，該單連多控開關(guān)5分別與多通道無紙記錄儀7、和隔離電源轉(zhuǎn)換模塊8連接，該五芯航空接頭6與該多通道無紙記錄儀7連接，該隔離電源轉(zhuǎn)換模塊8與電壓信號放大板10連接，該電壓信號放大板10與該多通道供電端子板9連接，該多通道供電端子板9與該五芯航空接頭6相連，該電壓信號放大板10與該多通道u型排母11連接，該多通道u型排母11與該高速同步采集板卡13連接，該高速同步采集板卡13與該usb快速接頭14連接，該usb快速接頭14與便攜式終端15連接，該便攜式終端15與該多通道無紙記錄儀7連接；該電壓信號傳感器17與該五芯航空接頭6連接。

其中，電壓信號傳感器17為微型電壓信號傳感器，對應(yīng)的電壓信號放大板10為微型電壓信號放大板。

其中，試驗(yàn)之前按照項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集要求及目的對電壓信號傳感器18進(jìn)行前期改造工作，主要包括傳感器防水性能、加工質(zhì)量檢查及屏蔽電纜焊接等。再將其通過五芯航空接頭6與數(shù)據(jù)采集箱體連接，依次進(jìn)行交流電源1與三相電源快接接頭2連接，三相電源快接接頭2與可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊3連接，多通道可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊3與高靈敏保險(xiǎn)絲座4連接，高靈敏保險(xiǎn)絲座4共有兩路，一路與五芯航空接頭相連，負(fù)責(zé)壓信號傳感器18的供電，另一路與單連多控開關(guān)5連接，單連多控開關(guān)5連接一分為二，主要負(fù)責(zé)后期電信信號數(shù)據(jù)采集卡的供電，由圖1可知，其中上路與多通道無紙記錄儀7連接，其下路與隔離電源轉(zhuǎn)換模塊8相連，由圖2所知，若要進(jìn)行異步電壓信號采集，單連多控開關(guān)5控制上路接通下路關(guān)閉即可完成數(shù)據(jù)采集；反之，若要進(jìn)行同步電壓信號采集，單連多控開關(guān)5控制上路關(guān)閉下路接通且要依次進(jìn)行后續(xù)流程才可完成電壓信號采集，后續(xù)工作依次是五芯航空接頭6與多通道信號轉(zhuǎn)接端子板9相連，多通道信號轉(zhuǎn)接端子板9與信號放大板10相連，信號放大板10通過多通道u型排母11與高速同步采集卡13相連，高速同步采集卡13相連通過usb快接接頭14與便攜式終端15相連即可完成數(shù)據(jù)采集。為了保證采集的(微型)電壓信號的精度，所有附圖標(biāo)記之間均采用屏蔽電纜連接，此外，彎曲的電纜在供電時(shí)產(chǎn)生的磁場會對(微型)造成一定的干擾，所以電纜連接時(shí)要盡可能保證它不彎曲，不形成閉合圈。

本發(fā)明電壓信號采集系統(tǒng)的使用方法包括以下步驟：

1)數(shù)據(jù)采集箱體的安裝；主要包括箱體內(nèi)無紙記錄儀、(微型)電壓信號放大板及高速同步采集卡等主要采集元器件的安裝與調(diào)試；

2)(微型)電壓傳感器的標(biāo)定：因?yàn)閭鞲衅鞔蠖鄬λ帧囟燃皾穸鹊拳h(huán)境因素非常敏感，所以使用前首先對每個(gè)傳感器依次進(jìn)行檢查及標(biāo)定工作，得到所有傳感器不同環(huán)境因素下的標(biāo)定曲線；

3)試驗(yàn)系統(tǒng)的連接：按照項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集要求，將系統(tǒng)所對應(yīng)的各結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理連接并進(jìn)行采集前檢查；

4)數(shù)據(jù)采集：按照采集方法進(jìn)行電壓的采集。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓信號采集方法的流程示意圖。

s1、將電壓信號傳感器通過五芯航空接頭連接到數(shù)據(jù)采集箱上；

s2、判斷是否進(jìn)行同步電壓信號的采集，若確定進(jìn)行同步電壓信號的采集則執(zhí)行步驟s3，若確定進(jìn)行異步電壓信號的采集，則執(zhí)行步驟s4；

s3、將單連多控開關(guān)、隔離電源轉(zhuǎn)換模塊和電壓信號放大板依次連接，且將五芯航空接頭、多通道供電端子板、電壓信號放大板、多通道u型排母、高速同步采集板卡依次連接，將高速同步采集板卡通過usb快接接頭與便攜式終端連接進(jìn)行電壓信號的采集；

其中，若確定進(jìn)行同步電壓信號的采集之后，還包括步驟(1)-步驟(3)：

步驟(1)、判斷采集的電壓信號是否為微型電壓信號。

步驟(2)、若確定采集的電壓信號是微型電壓信號，則打開隔離電源轉(zhuǎn)換模塊后執(zhí)行步驟s2。

步驟(3)、若確定采集的電壓信號不是微型電壓信號，則關(guān)閉隔離電源轉(zhuǎn)換模塊后執(zhí)行步驟s2。

s4、判斷是否需要改變電壓信號的采集速率，當(dāng)確定需要改變電壓信號的采集速率時(shí)，執(zhí)行步驟s5，當(dāng)確定不需要改變電壓信號的采集速率時(shí)，執(zhí)行步驟s6。

s5、將五芯航空接頭和單連多控開關(guān)均與多通道無紙記錄儀連接、多通道無紙記錄儀和便攜式終端依次連接進(jìn)行電壓信號的采集。

s6、將單連多控開關(guān)與多通道無紙記錄儀連接進(jìn)行電壓信號的采集。

s7、基于采集的電壓計(jì)算物理量，所述物理量包括：力、位移、速度、加速度或者氣壓。

5)采集系統(tǒng)關(guān)閉：試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完成后，按照連接順序逆向拆除。

6)基于采集的電壓計(jì)算物理量，按照采集方式的不同可分為一下兩種情況。

(a)同步電壓信號的采集，即同步連續(xù)采集電壓信號時(shí)，根據(jù)采集的電壓對物理量計(jì)算如下：

其中：x為物理量，x可以為力、位移、速度、加速度或者氣壓；u1-信號放大后的電壓值(v)；k-放大倍數(shù)；k-電壓信號傳感器率定系數(shù)(**/v)；δ-電壓放大后傳感器率定系數(shù)(**/v)，

(b)異步電壓信號的采集，即非同步連續(xù)采集電壓信號時(shí)，根據(jù)采集的電壓對物理量計(jì)算如下：

x＝ku2+b(2)

其中：x為物理量，x可以為力、位移、速度、加速度及氣壓……；u2-異步采集時(shí)的電壓值(v)；k-電壓信號傳感器率定系數(shù)；b-傳感器電壓為0時(shí)所對應(yīng)的修正值(**)。

需要說明的是，當(dāng)物理量為力時(shí)，上述的**表示的力單位；當(dāng)物理量為位移時(shí)，上述的**表示的位移單位；當(dāng)物理量為速度時(shí)，上述的**表示的速度單位，依次類推當(dāng)物理量為氣壓時(shí)，上述的**表示的氣壓單位。

綜上，該(微型)電壓信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量精度高。該系統(tǒng)既可以滿足常規(guī)條件下(微型)電壓信號采集，也可以滿足復(fù)雜條件下的(微型)電壓信號采集。在間斷非連續(xù)采集條件下，采集周期低至0.5s，在連續(xù)高速采集條件下，最低采集速率125個(gè)/s，最高采集速率250k/s?？梢?，該系統(tǒng)具有更強(qiáng)大的(微型)電壓信號采集能力。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。