專利名稱：遠距離信號采集器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種用于對距離在5公里內(nèi)的信號進行實時采集的裝置，屬于電子測量儀器的技術領域。
在電子測量的技術領域中，測量信號的采集是首先要解決的，各種信號采集器均必須配以相應的信號傳感器，而各種信號傳感器的特性往往受溫度的影響，如不加以補償，用來構(gòu)成測量系統(tǒng)時，測量的精度就比較低，為此，若要獲得較高的測量精度，就必須附加對溫度的測量，如在壓力傳感器上附加溫度傳感器，在測壓力的同時，測出環(huán)境溫度，以對壓力傳感器的特性加以補償，使測量的精度大為提高。這樣，對于一個壓力測量點，同時需采集兩個信號，并要用兩組信號線將其引出，這對于測量點遠離測試主機的情況下，(如在深井或在大量測量點分散布置)同時又需要集中監(jiān)視，這時就需要大量的信號線分別將傳感器與主機連接起來，這樣不僅費事，不方便，而且增大了測試成本。
本實用新型的發(fā)明目的就是提供一種每路只要一根單芯信號線就能采集多點測量數(shù)據(jù)的遠距離信號采集器。
本實用新型主要由兩大部分所組成，第一部分是信號變送器，第二部分是信號轉(zhuǎn)換器。信號變送器與信號轉(zhuǎn)換器之間通過一單芯電纜進行聯(lián)接，信號轉(zhuǎn)換器通過這一單芯電纜向測量點的傳感頭送電源，切換控制信號，同時由傳感頭返回兩種測量信號，實現(xiàn)遠距離傳送與控制。信號變送器包括溫度傳感器(1)、壓力傳感器(2)、v－f轉(zhuǎn)換器(3)、切換控制(4)、穩(wěn)壓與電流控制(5)，這部分的輸入信號為兩種頻率信號，它可以直接由傳感器來或?qū)鞲衅鞯哪M電壓信號經(jīng)v－f變換而得到頻率信號，兩種頻率信號對應兩種模擬信號，如壓力信號和溫度信號，通過切換電路將兩種頻率及時地送出，在送至電纜之前，信號將通過電流調(diào)制器使頻率信號變換為電流脈沖信號，疊加在直流電源電壓上，以適應遠距離的傳輸。為了將電源中跳變量送到比較器IC3，控制切換開關的動作，在以晶體管T1為主構(gòu)成的穩(wěn)壓與電流控制(5)中，T1的發(fā)射極直接引出經(jīng)電容C4耦合到比較器IC3的輸入端，D1、D2為兩只并聯(lián)的恒流二極管，其正極與T1的發(fā)射極相接，負極與穩(wěn)壓二極管D3的負極相接，以提供一恒定的直流電壓。
信號轉(zhuǎn)換器包括多路開關及控制邏輯(7)、信號放大(8)、濾波器(9)、鎖相信頻器(10)、頻率計(11)、程控電源(12)、地址譯碼(13)。這部分電路的作用是對經(jīng)單芯電纜(6)傳送來的頻率信號f1、f2進行采樣；另外對傳感頭與變送器提供電源及控制信號，以便分別指定對f1或f2進行傳送，對多路傳感頭信號進行通道切換，完成與計算機的接口。其工作過程為由變送器送來的信號，通過多路開關的切換，進入頻率信號的預處理電路，包括放大，帶通跟蹤濾波及鎖相倍頻，然后送到頻率計數(shù)器計數(shù)，將所計的頻率值經(jīng)接口送至微型計算機處理后，顯示出對應測量點的所測值。程控電源由計算機控制，在一定范圍內(nèi)變化，為變送器提供合適的電源及兩種頻率信號的切換控制。其中采用兩片數(shù)字鎖相電路“CD4046”來實現(xiàn)對頻率信號的跟蹤濾波與鎖相倍頻，為了提高分辨率，通過第一片“CD4046”處理后的頻率信號，經(jīng)倍頻后再進入頻率計數(shù)器。
采用本實用新型的遠距離信號采集器，由于將遠程帶溫度補償?shù)膫鞲衅餍盘柕膫鬏?、切換及電源等結(jié)合在一起綜合解決，信號變送器與信號轉(zhuǎn)換器之間只需用一根單芯電纜進行聯(lián)接，因此，測點端只需安置傳感頭及相應的信號變送器，由單芯電纜引至監(jiān)測中心，然后配上信號轉(zhuǎn)換器并與微計算機相連接，就可以采集到各被測點的信號。另外，由于傳感頭本身不需配置單獨的電源，因此對傳感頭的埋設方便，減少了大量的維護工作，降低了成本，對信號測量的精度和穩(wěn)定性都大大提高，實現(xiàn)了測試的智能化。


圖1是本實用新型的電路原理框圖。
圖2是本實用新型信號變送器的電路原理圖。
圖3是本實用新型信號轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。其中CK為輸入信號以下結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明。
插座。信號變送器中有兩個傳感器，即壓力傳感器(2)和溫度傳感器(1)，因此其電路的輸入端也有兩種頻率信號，其頻率范圍一般在5～20KHZ內(nèi)。在該部分的電路中，其元器件的性能要與其使用環(huán)境相對應，若傳感器本體是處于特殊環(huán)境中，如高溫下，則變送器的元件也必須采用耐高溫的元器件，另外盡可能地使用CMOS器件，以降低功耗。因此，運算放大器IC3采用“CA3130”型號的CMOS運放；雙路切換開關IC2采用“CD4007”型號的CMOS開關；IC1的型號為“CD4024”。以晶體管T1為主構(gòu)成穩(wěn)壓與電流控制(5)，晶體管T1采用小功率開關管，如3DK2。
單芯電纜(6)采用75歐姆阻抗的，外層為金屬屏蔽的單芯電纜，將信號變送器和信號轉(zhuǎn)換器聯(lián)為一體。
信號轉(zhuǎn)換器主要包括由IC4(CD4067)構(gòu)成的多路開關及控制邏輯(7)、IC4(CD4067)構(gòu)成的信號放大(8)、IC5(CD4046)構(gòu)成的濾波器(9)、IC6、IC7(C－D4046、CD4024)構(gòu)成的鎖相倍頻器(10)、IC8、IC9(8253)構(gòu)成的頻率計(11)、IC10、IC11(8212及CA3140)構(gòu)成的程控電源(12)、IC12、IC13(74LS154、138)構(gòu)成的地址譯碼(13)。在頻率計的設計中，采用了可編程計數(shù)器／定時器芯片Intel－8253，使整個電路結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，工作方式靈活，調(diào)整方便。Intel8253中有三個16位二進制計數(shù)器，用兩片8253構(gòu)成兩個32位計數(shù)器，其中一個對晶振頻率fc進行分頻，從而產(chǎn)生1秒的門控信號，另一個作為頻率計數(shù)器，將倍頻后的信號，通過控制兩個計數(shù)器作同步工作，以滿足計數(shù)精度要求。同時，8253中其余的計數(shù)通道構(gòu)成分頻器，由軟件設定其分頻系數(shù)后，將fc經(jīng)分頻得穩(wěn)定的方波輸出，以多路開關IC4的第“O”路輸入，與傳感器頻率信號經(jīng)同樣的路徑進入頻率計，作為自檢通道。傳感器及信號變送器所需的電源及兩種頻率的切換控制信號由IC10、IC11完成，其實質(zhì)是構(gòu)成一簡單的程控電源，其正常輸出電壓為20伏，送至變送電路，則傳輸傳感器1的信號(f1)，當需要傳輸另一個傳感器(f2)的信號時，由計算機控制電源跳至15伏，通過此下跳沿將切換f2的信號至變送器的輸出。根據(jù)以上所述，便可組成本實用新型的遠距離信號采集器。
權(quán)利要求1.一種遠距離信號采集器，由信號采集部分和傳輸部分及信號處理部分所組成，其特征在于該采集器主要包括信號變送器和信號轉(zhuǎn)換器這兩部分，而信號變送器與信號轉(zhuǎn)換器之間通過一根單芯電纜(6)進行聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠距離信號采集器，其特征在于信號變送器包括溫度傳感器(1)、壓力傳感器(2)、v－f轉(zhuǎn)換器(3)、切換控制(4)、穩(wěn)壓與電流控制(5)，其中晶體管T1的發(fā)射極直接引出經(jīng)電容C4耦合到比較器IC3的輸入端，D1、D2為兩只并聯(lián)的恒流二極管，其正極與T1的發(fā)射極相接，負極與穩(wěn)壓二極管D3的負極相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遠距離信號采集器，其特征在于信號轉(zhuǎn)換器包括多路開關及控制邏輯(7)、信號放大(8)、濾波器(9)、鎖相倍頻器(10)、頻率計(11)、程控電源(12)、地址譯碼(13)，其中采用兩片數(shù)字鎖相電路“CD4046”來實現(xiàn)對頻率信號的跟蹤濾波與鎖相倍頻。
專利摘要遠距離信號采集器是一種用于對距離在5公里以內(nèi)的信號進行實時采集的裝置，它主要包括信號變送器和信號轉(zhuǎn)換器這兩部分，在這兩部分之間通過一根單芯電纜進行聯(lián)接，其中信號變送器包括溫度傳感器、壓力傳感器、V—f轉(zhuǎn)換器、切換控制、穩(wěn)壓與電流控制；信號轉(zhuǎn)換器包括多路開關及控制邏輯、信號放大、濾波器、鎖相倍頻器、頻率計、程控電源、地址澤碼，該信號采集器維護工作量少，使用成本低，而測量的精度非常高并且實現(xiàn)了智能化。
文檔編號G01D21/00GK2177960SQ9323751
公開日1994年9月21日 申請日期1993年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月26日
發(fā)明者江潼君, 陸庭恕, 錢儂仙, 何宏現(xiàn), 湯雅忠 申請人:東南大學, 地質(zhì)礦產(chǎn)部華東石油地質(zhì)局井下作業(yè)大隊