本發(fā)明涉及采集裝置領域，尤其涉及一種多路抬高電平雙極性正交方波調制信號單路同步采集裝置。

背景技術：

電壓信號等載有信息的變化量，在其自然狀態(tài)下是以模擬形式表示的，但是，為了便于計算機處理，傳輸和儲存，通常要通過ADC(模數轉換器)將其轉變?yōu)閿底中盘?，因此在信號處理中，模數轉換是必不可少的。

現有的多路信號采集系統(tǒng)中，通常需采用多片ADC或多路模擬開關搭配單片ADC的方案，前者具有電路復雜，系統(tǒng)功耗高及電路尺寸大的缺點；而后者則會在采集過程中，由于多路開關的切換，引入開關噪聲，以及由于多路開關存在建立時間，會導致相鄰通道信號之間相互干擾。

為了提高信號的采集質量，現有技術中的公告號為CN 104796144A，公告日為2015年7月22的專利申請利用雙極性正交方波作為激勵信號來提高信號采集的質量。

由于現有的采集裝置無一例外地均采用模數轉換器，模數轉換器在靠近輸入極限(最大或最小幅值)時存在顯著的非線性，特別是輸入模數轉換器的模擬信號電平越低，得到的數字轉換結果的不確定度越大。

因此，采用雙極性正交方波作為激勵信號時，在雙極性正交方波的低電平部分得到的數字信號的信噪比就很低，從而影響了信號的采集精度。

技術實現要素：

為了改進現有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種多路抬高電平的雙極性正交方波調制信號的單路同步采集裝置，本發(fā)明通過抬高預設電平的雙極性正交方波調制信號、以及單路ADC實現對多路信號的模數轉換，詳見下文描述：

一種多路抬高電平雙極性正交方波調制信號單路同步采集裝置，所述單路同步采集裝置包括：微處理器，所述單路同步采集裝置還包括：至少2路開關電路、加法運算電路和單路模數轉換器；

所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關系的抬高預設電平的雙極性正交方波，

抬高預設電平的雙極性正交方波控制至少2路開關電路的通斷，至少2路被測信號經過開關電路，所述開關電路由模擬開關、電阻和運算放大器組成，所述開關電路實現了雙極性正交方波幅度調制；

調幅后的不同頻率或相位的信號經所述加法運算電路相加、以及疊加預設直流電平后，由所述單路模數轉換器進行模數轉換獲得數字信號；

作為驅動的雙極性正交方波信號由于抬高了預設電平，在雙極性正交方波信號的低電平部分，雙極性正交方波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在雙極性正交方波信號低電平段，單路模數轉換器進行模數轉換獲得數字信號的信噪比，進而提高了輸入到微處理器中的數字信號的精度；

所述微處理器對數字信號進行處理，解調出各個被測信號。

其中，所述作為驅動的雙極性信號由于抬高了預設電平，在雙極性正交方波信號的高電平部分，提高了單路模數轉換器進行模數轉換獲得數字信號的信噪比。

其中，所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。

其中，混合信號由單路模數轉換器轉換成數字信號送入微處理器；

以4種頻率抬高預設電平的雙極性正交方波驅動開關電路、采集4路被測信號進行說明：

所述微處理器輸出控制開關電路的正交方波信號頻率分別為2倍f、2倍f、1倍f、1倍f，其中同頻率方波的相位相差90°，單路模數轉換器的采樣頻率為f_s，且f_s＝8f，并保證在最高頻驅動信號的高、低電平中間采樣；

采樣頻率f_S遠高于被測信號的變化頻率，在最低驅動信號頻率的一個周期各路正交方波信號幅值不變，獲取被測信號在正半周期和負半周期幅值；以順序每8個數字信號為一組進行運算，求得被測信號8倍的信號幅值。

本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是：本發(fā)明采用不同頻率且成2倍比率關系的抬高預設電平的雙極性正交方波控制2路開關電路的通斷；調幅后的不同頻率的信號經加法運算電路相加，以及加上一個預設直流電平后，經單路模數轉換器進行模數轉換得到較高信噪比的數字信號，進而提高了輸入到微處理器中的數字信號的精度，相較于背景技術中的公告號為CN 104796144A，公告日為2015年7月22的專利申請，本發(fā)明顯著地提高了在雙極性正交方波信號低電平段的數字信號的信噪比，從而提高了信號采集的精度，滿足了實際應用中的多種需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種多路抬高電平的雙極性正交方波調制信號的單路同步采集裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種多路抬高預設電平的雙極性正交方波調制信號的單路同步采集裝置的軟件流程圖；

圖3為抬高預設電平的雙極性正交方波的示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：開關電路； 2：加法運算電路；

3：單路模數轉換器； 4：微處理器。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

一種多路抬高電平雙極性正交方波調制信號單路同步采集裝置，參見圖1，該單路同步采集裝置包括：至少2路開關電路1、加法運算電路2、單路模數轉換器3和微處理器4，

微處理器4輸出不同頻率且成2倍比率關系的抬高預設電平的雙極性正交方波，抬高預設電平的雙極性正交方波控制至少2路開關電路1的通斷，N(N>＝2)路被測信號經過開關電路1(該開關電路1由電阻、模擬開關和運算放大器組成)，開關電路1用于實現雙極性正交方波幅度調制。調幅后的不同頻率或相位的信號經加法運算電路2相加后，由單路模數轉換器3進行模數轉換獲得數字信號。

調幅后的不同頻率的信號經加法運算電路2相加，以及加上一個預設直流電平后，由單路模數轉換器3進行模數轉換獲得數字信號。微處理器4對數字信號進行處理，解調出各個被測信號。

其中，由于添加了一個預設直流電平，在雙極性正交方波信號的低電平部分，使得經單路模數轉換器3進行模數轉換得到較高信噪比的數字信號，進而提高了輸入到微處理器4中的數字信號的精度。

另外，由于抬高預設電平，噪聲水平沒有變化，在雙極性正交方波信號的高電平部分，雙極性正交方波信號相較于噪聲也有一定的改善，提高了在雙極性正交方波信號高電平段的信號的信噪比。

進而，由于單路模數轉換器3進行模數轉換得到較高信噪比的數字信號，進而提高了輸入到微處理器4中的數字信號的精度。

其中，開關電路2的數量大于等于2。具體實現時，開關電路2的數量及具體實現形式根據實際應用中的需要進行設定，本發(fā)明實施例對此不做限制。

微處理器1可以采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術中的申請文件，顯著地提高了在雙極性正交方波信號低電平段的數字信號的信噪比，從而提高了信號采集的精度，滿足了實際應用中的多種需要。

實施例2

一種多路抬高電平雙極性正交方波調制信號單路同步采集裝置的軟件流程，參見圖2，該方法包括以下步驟：

101：混合信號由單路模數轉換器3轉換成數字信號送入微處理器4；

102：微處理器4對數字信號進行處理，解調出各個被測信號。

為簡便說明起見以4種頻率抬高預設電平的雙極性正交方波驅動開關電路2、采集4路被測信號為例進行說明，假定被測信號V₁、V₂、V₃和V₄對應開關電路的驅動抬高預設電平的雙極性方波頻率分別為2f，2f，f，f，且被測信號V₁、V₂對應開關電路1的驅動抬高預設電平的雙極性方波相位相差90°，被測信號V₃、V₄對應開關電路1的驅動抬高預設電平的雙極性方波相位相差90°。

假定單路模數轉換器3的采樣頻率為f_S，且f_S＝8f，并保證在被測信號V₁高、低電平中間采樣。

數字信號序列可以表示為：

其中，和分別為被測信號V₁、V₂、V₃和V₄幅值，為直流分量幅值。

假定采樣頻率f_S遠高于被測信號的變化頻率，在最低驅動信號頻率的一個周期可以近似認為各路抬高預設電平的雙極性正交方波信號幅值不變，以最前8個采樣數據為例：

其中，和分別為被測信號V₁、V₂、V₃和V₄的正半周期和負半周期幅值，為直流分量的幅值。

換言之，以順序每8個數字信號為一組進行運算：

即得到8倍的V₁信號幅值而且完全消除了直流分量的影響。

即得到8倍的V₂信號幅值而且完全消除了直流分量的影響。

即得到8倍的V₃信號幅值而且完全消除了直流分量的影響。

即得到8倍的V₄信號幅值而且完全消除了直流分量的影響。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術中的申請文件，顯著地提高了在雙極性正交方波信號低電平段的數字信號的信噪比，從而提高了信號采集的精度，滿足了實際應用中的多種需要。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本領域技術人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。