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数据采集器模拟电路自检测技术的研究

        高精度数据采集器,利用了高精度、低噪声、22位分辨率的新型Δ-Σ的A/D转换器MCP3551进行数据采样转换,实现了dsPIC30F微处理器与PC机的RS485通信功能,并能够通过LED显示输出。按照此方案设计的系统成功应用于传感器校验系统中。实际的调试和运行表明,此数据采集器可在扩展温度范围(-40oC~+125oC)条件下工作,方便地测量低频低电压信号,它精度高、抗干扰能力强、体积小,能达到6位半LED显示输出,具有很强的实用价值。

        高级应用程序建立在驱动程序之上,在本设计中,选用了VB6.0的开发环境来开发应用程序。它以驱动程序为桥梁,对USB设备进行命令控制,处理USB设备传回的数据,例如波形显示、频谱分析等。开发者可以依据自己的实际需求,制作一个USB控制器的控件或数据包,在编写应用程序时连接或嵌入到应用程序中。

       随着笔记本电脑的迅速普及,高性能便携式数据采集器将会倍受瞩目,尤其是在RS-232接口已被大多数笔记本电脑摈弃的今天,对USB数据采集器的需求就变得更加迫切,并已显示出了良好的市场前景。本文所述的基于USB2.0的高速同步数据采集器就其功能来说已不仅限于数据采集,应该说是一个功能强大的混合信号处理器。经过在水下机器人声纳和浙江深水网箱监测设备中的使用表明数据吞吐量大、性能稳定,达到了设计要求。只要搭配合适的传感器以及相应的信号调理电路,利用本文所述的高性能采集器,就可以对各种模拟量进行采集和分析处理。假如再能够配以合适的固件设计,则完全可以构成一个多功能控制系统。

       一些有高可靠性要求的数据采集器也开始采用BIT技术。由于数据采集器中包含大量模拟电路和数字电路,使得在这类设备上采用BIT技术具有一定的难度。以边界扫描BS(Boundary-Scan)为主的BIT设计技术在数字电路的检测方面已经非常成熟,但其模拟电路的测试还不是很完善,因为模拟电路故障诊断存在以下一些难题:

  (1) 模拟电路参数种类众多,而且元件参数存在容差,使得许多诊断方法失去了准确性和稳定性。

  (2) 模拟电路的多样性以及电参数模拟困难造成模拟的模型适应性有限。

 
数据采集器是对多路模拟电压信号进行测量、转换的电子设备,是模拟、数字电路的混合产品。其模拟部分的基本组成可分为:多路开关、可编程放大器(PGA)、共模抑制电路、低通滤波电路和A/D转换等几个部分。其中可编程放大器容易出现的故障有零点漂移、增益误差、共模抑制比下降等。随着时间和工作环境的变化,电路元件自身的一些特性也会发生变化,可能导致上述故障的出现,而这些故障对数据采集器的测量精度会造成很大影响。

  滤波器的元件参数变化会导致滤波器频率特性发生变化,同时在时域上也会对电路的建起时间产生不利的影响,从而影响了数据采集的精度。因此为了保证测量数据的精度应及时对这些故障进行检测。

  下面对典型数据采集器中用到的PGA、共模抑制电路和低通滤波器进行分析,按功能模块提出了测量原理和测量方案。为了减少对被测电路的影响,测试向量在多路开关输入端注入。由于多故障情况较为复杂,本文只讨论单故障情形。图2为典型的数据采集器模拟部分的原理图。

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