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一種基于pxi總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，包括FPGA電路模塊以及分別與FPGA電路模塊連接的輸入模塊、DSP電路模塊、DA轉(zhuǎn)換電路模塊、數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊、輸出模塊，輸入模塊的輸入端連接有應(yīng)變傳感器，DA轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出端連接輸入模塊，F(xiàn)PGA電路模塊的輸出端連接輸出模塊，輸出模塊輸出端連接應(yīng)變傳感器，數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊輸出端橋接PXI總線(xiàn)接口電路模塊，PXI總線(xiàn)接口電路模塊連接上位機(jī)。本實(shí)用新型測(cè)量精度高，采樣速率快，測(cè)量信號(hào)實(shí)時(shí)分析與處理能力強(qiáng)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電橋平衡，可以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域中不同應(yīng)變傳感器的應(yīng)變測(cè)量需求；包括的輸出模塊能夠?qū)崿F(xiàn)不同規(guī)格的應(yīng)變傳感器供電，降低了電路系統(tǒng)的復(fù)雜度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)變測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡。
【背景技術(shù)】:
[0002]PXI是一種以PCI及CompactPCI為基礎(chǔ)再加上一些特有的信號(hào)組成的架構(gòu)。它具有實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)、傳輸速度快以及擴(kuò)展性能好等特點(diǎn)，適合試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用，目前已廣泛應(yīng)用在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域。應(yīng)變是機(jī)械結(jié)構(gòu)測(cè)量與分析的一個(gè)重要參數(shù)，物體由于外因(受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。它反映了物體受外力作用弓I起外形和尺寸變化。應(yīng)變測(cè)量廣泛應(yīng)用于大型工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量中，特別在國(guó)防、化工、土木建筑、交通等領(lǐng)域。
[0003]目前一些應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量精度低，采樣速率慢，不能實(shí)時(shí)的對(duì)測(cè)量測(cè)量信號(hào)分析與處理，滿(mǎn)足不了不同領(lǐng)域中對(duì)不同應(yīng)變傳感器的應(yīng)變測(cè)量需求，同時(shí)，一些涉及不同規(guī)格應(yīng)變傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)變傳感器所需要的電源大小不一，需要多種電源電路供其使用，造成電路系統(tǒng)復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0004]本實(shí)用新型提供了一種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡。以解決現(xiàn)有技術(shù)中一些應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量精度低，采樣速率慢，不能實(shí)時(shí)的對(duì)測(cè)量信號(hào)分析與處理，滿(mǎn)足不了不同領(lǐng)域中對(duì)不同應(yīng)變傳感器的應(yīng)變測(cè)量需求的技術(shù)性問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，包括FPGA電路模塊以及分別與FPGA電路模塊連接的輸入模塊、DSP電路模塊、DA轉(zhuǎn)換電路模塊、數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊、輸出模塊，輸入模塊的輸入端連接有應(yīng)變傳感器，DA轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出端連接輸入模塊，F(xiàn)PGA電路模塊的輸出端連接輸出模塊，輸出模塊輸出端連接應(yīng)變傳感器，數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊輸出端橋接PXI總線(xiàn)接口電路模塊，PXI總線(xiàn)接口電路模塊連接上位機(jī)。
[0007]優(yōu)選地，所述輸入模塊包括依次連接的接口電路單元、信號(hào)調(diào)理電路單元和AD轉(zhuǎn)換電路單元，接口電路單元輸入端連接應(yīng)變傳感器，信號(hào)調(diào)理電路單元連接DA轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出端，AD轉(zhuǎn)換電路單元輸出端連接FPGA電路模塊。
[0008]優(yōu)選地，所述輸出模塊包括橋壓保護(hù)電路單元和與其連接的電壓選擇電路單元，橋壓保護(hù)電路單元輸入端連接FPGA電路模塊，電壓選擇電路單元輸出端連接應(yīng)變傳感器。
[0009]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊采用PCI9054芯片。
[0010]優(yōu)選地，所述AD轉(zhuǎn)換電路單元采用高精度低功耗24位AD芯片AD7766。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述DA轉(zhuǎn)換電路模塊采用高精度DA芯片DAC8653。
[0012]優(yōu)選地，所述FPGA電路模塊采用Span3E系列芯片。
[0013]優(yōu)選地，所述DSP電路模塊采用6000系列DSP芯片。[0014]本實(shí)用新型所述基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡的有益效果如下:
[0015]1、本實(shí)用新型的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡測(cè)量精度高，采樣速率快，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電橋平衡，測(cè)量信號(hào)實(shí)時(shí)分析與處理能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，可以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域中不同應(yīng)變傳感器的應(yīng)變測(cè)量需求；
[0016]2、本實(shí)用新型包括的輸出模塊能夠?qū)崿F(xiàn)不同規(guī)格的應(yīng)變傳感器供電，降低了電路系統(tǒng)的復(fù)雜度；
[0017]3、本實(shí)用新型在DSP+FPGA架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路和PXI總線(xiàn)接口電路模塊，利用上位機(jī)的資源，提供了一種人機(jī)交互友好的PXI應(yīng)變測(cè)量板卡。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0019]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型的輸入模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型的輸出模塊結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0022]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0023]如圖1-3所示，一種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，包括FPGA電路模塊I以及分別與FPGA電路模塊I連接的輸入模塊2、DSP電路模塊3、DA轉(zhuǎn)換電路模塊4、數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊5和輸出模塊7，輸入模塊2的輸入端連接有應(yīng)變傳感器6，DA轉(zhuǎn)換電路模塊4的輸出端連接輸入模塊2，F(xiàn)PGA電路模塊I的輸出端連接輸出模塊7，輸出模塊7輸出端連接應(yīng)變傳感器6，數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊5輸出端橋接PXI總線(xiàn)接口電路模塊8，PXI總線(xiàn)接口電路模塊8連接上位機(jī)9。
[0024]所述輸入模塊2包括依次連接的接口電路單元21、信號(hào)調(diào)理電路單元22和AD轉(zhuǎn)換電路單元23。接口電路單元21輸入端連接應(yīng)變傳感器6，信號(hào)調(diào)理電路單元22連接DA轉(zhuǎn)換電路模塊4的輸出端，AD轉(zhuǎn)換電路單元23輸出端連接FPGA電路模塊I。輸入模塊2主要用于實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)變傳感器6輸入信號(hào)的采集與調(diào)理。其中，接口電路單元21能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同應(yīng)變傳感器6的匹配和信號(hào)采集；信號(hào)調(diào)理電路單元22主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波和增益調(diào)理，采用高精密的運(yùn)放芯片；AD轉(zhuǎn)換電路單元23將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸給FPGA電路模塊I。
[0025]所述輸出模塊7包括橋壓保護(hù)電路單元71和與其連接的電壓選擇電路單元72。橋壓保護(hù)電路單元71輸入端連接FPGA電路模塊1，電壓選擇電路單元72輸出端連接應(yīng)變傳感器6。輸出模塊7主要為不同規(guī)格的應(yīng)變傳感器6供電。其中，橋壓保護(hù)電路單元71主要對(duì)橋路的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止電流過(guò)大；電壓選擇電路單元72主要根據(jù)應(yīng)變傳感器6的規(guī)格，輸出不同的直流電壓，作為應(yīng)變傳感器6的電源。
[0026]所述DA轉(zhuǎn)換電路模塊4主要由DA轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路組成。DSP將計(jì)算出電橋不平衡的數(shù)字信號(hào)補(bǔ)償值傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA通過(guò)DA轉(zhuǎn)換電路模塊4將數(shù)字補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)傳遞到輸入模塊2的信號(hào)調(diào)理電路單元22，使得電橋電壓平衡。[0027]所述FPGA電路模塊I主要包括輸入模塊控制單元、DA轉(zhuǎn)換電路控制單元、輸出電路控制單元、DSP通信單元以及數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路通信單元。FPGA電路模塊I用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測(cè)量的可編程控制。
[0028]所述DSP電路模塊3包括實(shí)時(shí)信號(hào)分析單元和處理單元，主要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和運(yùn)算。
[0029]所述數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊5包括總線(xiàn)轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換芯片，可以實(shí)現(xiàn)PXI總線(xiàn)接口電路模塊8與數(shù)據(jù)總線(xiàn)的轉(zhuǎn)換。
[0030]本實(shí)用新型的實(shí)施原理為:
[0031]應(yīng)變傳感器6的信號(hào)輸入,首先經(jīng)過(guò)輸入模塊2,輸入模塊2對(duì)應(yīng)變傳感器6信號(hào)進(jìn)行信號(hào)匹配和調(diào)理，調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路單元23，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)FPGA電路模塊I傳遞給DSP電路模塊3 ；DSP電路模塊3對(duì)初始的測(cè)量信號(hào)分析，判斷應(yīng)變傳感器6的電橋是否平衡，如果不平衡，通過(guò)DA轉(zhuǎn)換電路模塊將補(bǔ)償電壓反饋給信號(hào)調(diào)理電路單元22，實(shí)現(xiàn)電橋平衡；FPGA電路模塊I將AD轉(zhuǎn)換電路單元23轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳遞給DSP電路模塊3進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)處理與分析，DSP電路模塊3將處理后的結(jié)果經(jīng)過(guò)FPGA電路模塊I和數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊5，傳遞給PXI總線(xiàn)接口電路模塊8，最終由PXI總線(xiàn)接口電路模塊8傳遞給上位機(jī)9 ;上位機(jī)9根據(jù)PXI總線(xiàn)接口電路模塊8的信號(hào)，對(duì)應(yīng)變測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和在線(xiàn)分析。此外，F(xiàn)PGA電路模塊I根據(jù)應(yīng)變傳感器6的規(guī)格，輸出多種直流電壓作為應(yīng)變傳感器6的電源。
[0032]在本實(shí)施例中，AD轉(zhuǎn)換電路單元23采用高精度低功耗AD芯片AD7766，數(shù)據(jù)位數(shù)24位，信噪比高，采樣率最高可達(dá)125ksps，充分滿(mǎn)足了應(yīng)變測(cè)量領(lǐng)域的信號(hào)采集要求；FPGA電路模塊I采用Span3E系列芯片；DSP電路模塊3采用6000系列DSP芯片，主頻高至300MHz,能夠充分滿(mǎn)足應(yīng)變測(cè)量領(lǐng)域的實(shí)時(shí)信號(hào)分析處理和控制需求；總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊5中，采用總線(xiàn)轉(zhuǎn)換芯片PCI9054 ;DA轉(zhuǎn)換電路控制單元的轉(zhuǎn)換芯片采用DAC8653，數(shù)據(jù)位數(shù)16位，轉(zhuǎn)換速度快、精度高；輸出模塊7中，橋壓保護(hù)電路單元71采用電流監(jiān)測(cè)INA138芯片。
[0033]綜合以上本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)與原理可知，本實(shí)用新型的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡測(cè)量精度高，采樣速率快，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電橋平衡，測(cè)量信號(hào)實(shí)時(shí)分析與處理能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，可以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域中不同應(yīng)變傳感器的應(yīng)變測(cè)量需求；本實(shí)用新型包括的輸出模塊能夠?qū)崿F(xiàn)不同規(guī)格的應(yīng)變傳感器供電，降低了電路系統(tǒng)的復(fù)雜度；同時(shí)，本實(shí)用新型在DSP+FPGA架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路和PXI總線(xiàn)接口電路模塊，利用上位機(jī)的資源，提供了一種人機(jī)交互友好的PXI應(yīng)變測(cè)量板卡。
[0034]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，包括FPGA電路模塊以及分別與FPGA電路模塊連接的輸入模塊、DSP電路模塊、DA轉(zhuǎn)換電路模塊、數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊、輸出模塊，輸入模塊的輸入端連接有應(yīng)變傳感器，DA轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出端連接輸入模塊，F(xiàn)PGA電路模塊的輸出端連接輸出模塊，輸出模塊輸出端連接應(yīng)變傳感器，數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊輸出端橋接PXI總線(xiàn)接口電路模塊，PXI總線(xiàn)接口電路模塊連接上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述輸入模塊包括依次連接的接口電路單元、信號(hào)調(diào)理電路單元和AD轉(zhuǎn)換電路單元，接口電路單元輸入端連接應(yīng)變傳感器，信號(hào)調(diào)理電路單元連接DA轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出端，AD轉(zhuǎn)換電路單元輸出端連接FPGA電路模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述輸出模塊包括橋壓保護(hù)電路單元和與其連接的電壓選擇電路單元，橋壓保護(hù)電路單元輸入端連接FPGA電路模塊，電壓選擇電路單元輸出端連接應(yīng)變傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述數(shù)據(jù)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換電路模塊采用PCI9054芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換電路單元采用高精度低功耗24位AD芯片AD7766。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述DA轉(zhuǎn)換電路模塊采用高精度DA芯片DAC8653。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述FPGA電路模塊采用Span3E系列芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的基于PXI總線(xiàn)的應(yīng)變測(cè)量板卡，其特征在于，所述DSP電路模塊采用6000系列DSP芯片。
【文檔編號(hào)】G01B7/16GK203642872SQ201320833245
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】賀惠農(nóng), 陳斌, 陳建陽(yáng) 申請(qǐng)人:杭州億恒科技有限公司