CN104991142B - 一种信号分析仪、装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电性能的测试领域，尤其涉及一种信号分析仪、装置及处理方法，数字信号处理单元、模拟信号处理单元、中央处理单元，所述数字信号处理单元，用于在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平信号，所述模拟信号处理单元，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，本发明具有测量精度高、采样速率高、运算速度高、信号分析能力强的有益效果。

Description

一种信号分析仪、装置及处理方法

技术领域

本发明属于电性能的测试领域，尤其涉及一种信号分析仪、装置及处理方法。

背景技术

传感器是一种感应被测对象，并将其转换成电信号的检测装置，传感器种类很多，按照用途来分，可以分为加速度传感器、位移传感器、速度传感器、转速传感器和压力传感器等，传感器输出信号也多种多样，输出信号的类型有模拟信号和数字信号，输出幅值也有大有小传感器使用时，需要配备相应的传感器信号调理模块，在实际控制***，需要不同种类的传感器，如果每1个传感器都配备1个信号调理模块，这会增加***的复杂度，因此，大型控制***的信号采集一般采用集中采集，它使用数据采集与分析仪来采集和分析传感器信号。

目前有些数据采集与分析仪能够对模拟信号进行采集与分析，能够满足一部分传感器信号调理的需求，但是信号测量与分析性能一般，而且不能对输出信号为数字信号的传感器进行占空比、周期长度、频率准确测量与分析，此外，市场上大部分的数字信号测量装置通过单片机来测量数字信号的转速，测量精度不高，而且不能对信号进行实时在线分析。

发明内容

本发明提供一种信号分析仪、装置及处理方法，以解决上述背景技术中提出的测量精度不高，而且不能对信号进行实时在线分析等问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种信号分析仪，其特征在于，所述分析仪包括数字信号处理单元、模拟信号处理单元、中央处理单元，所述数字信号处理单元，用于在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平，所述模拟信号处理单元，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，所述中央处理单元，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并对所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期、频率的测量，或用于控制模拟信号处理单元，并接收经模拟信号处理单元中模数转换的模拟信号数据，并对所述输入的模拟信号数据运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量，所述数字信号处理单元输入与传感器数字信号输出相连，数字信号处理单元输出与中央处理单元第一输入相连，所述模拟信号处理单元输入与传感器模拟信号输出相连，模拟信号处理单元输出与中央处理单元第二输入相连；

进一步，所述数字信号处理单元包括自动匹配模块，用于识别不同幅值数字信号的阀值，并将输入的数字信号转换为TTL电平，其包括第一保护电路、第一滤波电路、信号整形电路和数模转换电路，所述第一保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，所述第一滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，所述信号整形电路用于比较输入信号与阀值电压及输出标准的TTL电平，所述数模转换电路产生阀值电压，所述电平转换模块，包括电平转换电路，用于TTL信号转换成识别信号，所述识别信号是中央处理单元所接收的信号，所述信号整形电路包括数字电位器，其型号为MAX5439，所述MAX5439具有128抽头，用于产生不同阀值电压，信号整形电路包括运算放大器，所述运算放大器为OPA140，用于输出TTL信号，电平转换电路包括SN74LVC164245，用于TTL信号转换为识别信号，所述识别信号为0～3.3V信号；

所述模拟信号处理单元包括信号调理模块，用于采集与调理模拟信号，输出到模数转换模块，其包括第二保护电路、第二滤波电路、耦合方式选择电路和增益调节电路，所述第二保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路用于经中央处理单元选择信号耦合方式，所述耦合方式包括差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路用于经中央处理单元将输入信号放大，模数转换模块，包括抗混叠滤波电路和模数转换电路，所述抗混叠滤波电路用于对信号进行抗混叠滤波处理，模数转换电路用于将模拟信号转换成数字信号，所述增益调节电路包括高精密低功耗运算放大器，所述高精密低功耗运算放大器为AD8682，所述模数转换电路包括ADC芯片，所述对ADC芯片经中央处理单元编程控制，所述ADC芯片是高精度低功耗AD芯片，所述高精度低功耗AD芯片为CS5361，所述CS5361具有24位数据位数，高信噪比，最高可达204.8ksps的采样率；

所述中央处理单元包括采集控制模块，用于实现数字信号的自动匹配模块应用、信号调理模块应用、模数转换模块应用的编程控制，其包括FPGA模块，所述FPGA模块具有程序模块，所述程序模块包括阀值自动匹配模块应用、数字信号测量分析模块应用、增益调节电路控制模块应用、模数转换电路控制模块应用、同步信号处理模块应用，运算模块，用于对数字信号进行实时处理和运算，阀值自动匹配模块应用，用于所述采集控制模块控制数模转换电路产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块对结果分析，判断数模转换电路的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路的输入，使得数模转换电路的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理电路控制模块应用，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用，用于对各个通道的数字信号、模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步；

所述传感器的数字信号输出与第一保护电路输入相连，第一保护电路输出与第一滤波电路输入相连，第一滤波电路输出与信号整形电路的信号输入相连，信号整形电路输出与电平转换电路输入相连，电平转换电路输出与中央处理单元第一输入相连，中央处理单元的整形输出与数模转换电路的输入相连，数模转换电路的输出与信号整形电路的整形输入相连，所述传感器的模拟信号输出与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入相连，中央处理单元的耦合控制输出与耦合方式选择电路的耦合控制输入相连，中央处理单元的增益调节输出与增益调节电路的增益调节输入相连，所述采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括数字信号处理单元、中央处理单元，所述数字信号处理单元，用于在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平，中央处理单元，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并计算所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期、频率的测量，所述数字信号处理单元输入与传感器数字信号输出相连，数字信号处理单元输出与中央处理单元第一输入相连。

进一步，所述数字信号处理单元包括自动匹配模块，用于识别不同幅值数字信号的阀值，并将输入的数字信号转换为TTL电平，其包括第一保护电路、第一滤波电路、信号整形电路和数模转换电路，所述第一保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，所述第一滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，所述信号整形电路用于比较输入信号与阀值电压及输出标准的TTL电平，所述数模转换电路产生阀值电压，所述电平转换模块，包括电平转换电路，用于TTL信号转换成识别信号，所述识别信号是中央处理单元所接收的信号，所述信号整形电路包括数字电位器，其型号为MAX5439，所述MAX5439具有128抽头，用于产生不同阀值电压，信号整形电路包括运算放大器，所述运算放大器为OPA140，用于输出TTL信号，电平转换电路包括SN74LVC164245，用于TTL信号转换为识别信号，所述识别信号为0～3.3V信号；

所述中央处理单元包括采集控制模块，用于实现主要实现数字信号的自动匹配模块应用、信号调理模块应用、模数转换模块应用的编程控制，其包括FPGA模块，所述FPGA模块具有程序模块，所述程序模块包括阀值自动匹配模块应用、数字信号测量分析模块应用、增益调节电路控制模块应用、模数转换电路控制模块应用、同步信号处理模块应用，运算模块，用于对数字信号进行实时处理和运算，所述阀值自动匹配模块应用，用于所述采集控制模块控制数模转换电路产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块对结果分析，判断数模转换电路的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路的输入，使得数模转换电路的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理电路控制模块应用，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用，用于对各个通道的数字信号、模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步；

所述传感器的数字信号输出与第一保护电路输入相连，第一保护电路输出与第一滤波电路输入相连，第一滤波电路输出与信号整形电路的信号输入相连，信号整形电路输出与电平转换电路输入相连，电平转换电路输出与中央处理单元第一输入相连，中央处理单元的整形输出与数模转换电路的输入相连，数模转换电路的输出与信号整形电路的整形输入相连，所述采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括模拟信号处理单元、中央处理单元，所述模拟信号处理单元，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，中央处理单元，用于控制模拟信号处理单元，接收经模拟信号处理单元处理的模拟信号，并计算所述输入的模拟信号运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量，所述模拟信号处理单元输入与传感器模拟信号输出相连，模拟信号处理单元输出与中央处理单元第二输入相连。

进一步，所述模拟信号处理单元包括信号调理模块，用于采集与调理模拟信号，输出到模数转换模块，其包括第二保护电路、第二滤波电路、耦合方式选择电路和增益调节电路，所述第二保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路用于经中央处理单元选择信号耦合方式，所述耦合方式包括差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路用于经中央处理单元将输入信号放大，模数转换模块，包括抗混叠滤波电路和模数转换电路，所述抗混叠滤波电路用于对信号进行抗混叠滤波处理，模数转换电路用于将模拟信号转换成数字信号，所述增益调节电路包括高精密低功耗运算放大器，所述高精密低功耗运算放大器为AD8682，所述模数转换电路包括ADC芯片，所述对ADC芯片经中央处理单元编程控制，所述ADC芯片是高精度低功耗AD芯片，所述高精度低功耗AD芯片为CS5361，所述CS5361具有24位数据位数，高信噪比，最高可达204.8ksps的采样率，所述中央处理单元包括采集控制模块，用于实现主要实现数字信号的自动匹配模块应用、信号调理模块应用、模数转换模块应用的编程控制，其包括FPGA模块，所述FPGA模块具有程序模块，所述程序模块包括阀值自动匹配模块应用、数字信号测量分析模块应用、增益调节电路控制模块应用、模数转换电路控制模块应用、同步信号处理模块应用，运算模块，用于对数字信号进行实时处理和运算；

所述传感器的模拟信号输出与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入相连，中央处理单元的耦合控制输出与耦合方式选择电路的耦合控制输入相连，中央处理单元的增益调节输出与增益调节电路的增益调节输入相连，所述采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

一种信号处理方法，其特征在于，所述方法包括在数字信号输入时，前级电路确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为后级所需电平。

进一步，所述前级电路确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为后级所需电平包括预设定比较阀值，将所述比较阀值与输入的数字信号相比较，判断是否是输入的数字信号的阀值，如果不是，则改变比较阀值，继续与输入的数字信号相比较，直到比较阀值是输入的数字信号的阀值，根据当前的比较阀值，将输入的数字信号电平转换为后级所需电平，如果是，根据预设定的比较阀值，将输入的数字信号电平转换为后级所需电平。

一种信号处理方法，其特征在于，所述方法包括在模拟信号输入时，前级电路确定输入的模拟信号的相应耦合方式，并根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为后级所需电压。

进一步，所述前级电路确定输入的模拟信号的相应耦合方式，并根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为后级所需电压包括预设定耦合方式，按所述耦合方式接收输入的模拟信号，判断是否能接收到输入的模拟信号，如果不能，则改变耦合方式，继续接收模拟信号，直到接收到输入的模拟信号，根据当前的耦合方式，将输入的模拟信号放大为后级所需电压，如果能，则将输入的模拟信号放大为后级所需电压。

本发明运用数字电位器、运算放大器、电平转换器、FPGA为架构，构建了一种阀值电压自动匹配的数字信号采集电路，具有能够对数字信号进行占空比、周期长度、频率等信息进行高精度测量的有益技术效果，以运算放大器、AD转换器为架构，构建了一种耦合方式、增益倍数可调的模拟信号调理电路，测量精度高，测量量程宽，可以兼容单端、差分、ICP等多种类型模拟信号，以FPGA+DSP为核心，构建了多通道数字信号、模拟信号的同步采集与分析仪，具有测量精度高、采样速率高、运算速度高、信号分析能力强，能够实现多通道数字信号、模拟信号的同步采集与分析，满足不同传感器应用的需求，同时带来了测量精度高、测量范围宽，自动匹配数字信号电压阀值，能够实现不同幅值、占空比、频率的数字信号的阀值自动匹配，并对数字信号的占空比、周期长度、频率等信息进行精确测量与分析测量精度高，测试范围宽，能够满足耦合方式、不同幅值的模拟信号精确测量的需求，交互操作方便、信号实时处理与分析能力强，能够满足多通道数字信号、模拟信号同步实时采集与分析测量的需求的有益技术效果。

附图说明

图1本发明实施例中信号分析仪结构总概括示意图；

图2本发明实施例中信号分析仪多通总模块示意图；

图3本发明实施例中数字信号处理单元模块示意图；

图4本发明实施例中模拟信号处理单元模块示意图；

图5本发明实施例中模拟信号处理单元中模数转换模块电路示意图；

图6a本发明实施例中数字信号处理方法流程示意图；

图6b本发明实施例中模拟信号处理方法流程示意图；

图7本发明实施例中央处理单元各功能模块示意图。

图中：101-数字信号处理单元，102-模拟信号处理单元，103-中央处理单元，104-自动匹配模块，105-第一保护电路，106-第一滤波电路，107-信号整形电路，108-数模转换电路，109-电平转换模块，110-信号调理模块，111-第二保护电路，112-第二滤波电路，113-耦合方式选择电路，114-增益调节电路，115-模数转换模块，116-抗混叠滤波电路，117-模数转换电路，118-采集控制模块，119-FPGA，120-运算模块，121-电平转换电路，301-阀值自动匹配模块应用，302-数字信号测量分析模块应用，303-信号调理模块电路控制模块应用，304-模数转换电路控制模块应用，305-同步信号处理模块应用，501-数字信号处理单元输入，502-传感器数字信号输出，503-数字信号处理单元输出，504-中央处理单元第一输入，505-模拟信号处理单元输入，506-传感器模拟输出，507-模拟信号处理单元输出，508-中央处理单元第二输入，510-中央处理单元整形输出，511-信号整形电路整形输入，513-中央处理单元耦合控制输出，514-耦合方式选择电路耦合控制输入，515-中央处理单元增益调节输出，516-增益调节电路增益调节输入。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例1：

本实例是一种数字信号装置如图1、2、3所示，本装置包括数字信号处理单元101，在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平，数字信号处理单元101包括自动匹配模块104，用于识别不同幅值数字信号的阀值，并将输入的数字信号转换为TTL电平，其包括第一保护电路105、第一滤波电路106、信号整形电路107和数模转换电路108，第一保护电路105用于对输入信号进行过压保护和静电保护，第一滤波电路106用于过滤输入信号中的高频干扰，信号整形电路107用于比较输入信号与阀值电压及输出标准的TTL电平，数模转换电路108产生阀值电压；电平转换模块109，包括电平转换电路121，用于TTL信号转换成识别信号，识别信号是中央处理单元101所接收的信号；信号整形电路107包括数字电位器，其型号为MAX5439，MAX5439具有128抽头，用于产生不同阀值电压，信号整形电路107包括运算放大器，运算放大器为OPA140，用于输出TTL信号，电平转换电路121包括SN74LVC164245，用于TTL信号转换为识别信号，识别信号为0～3.3V信号。中央处理单元103，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并对所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期、频率的测量，或用于控制模拟信号处理单元，并接收经模拟信号处理单元中模数转换的模拟信号数据，并对所述输入的模拟信号数据运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量，中央处理单元包括采集控制模块118，用于实现主要实现数字信号的自动匹配模块应用301、信号调理模块应用303、模数转换模块应用304的编程控制，其包括FPGA模块119，FPGA模块119具有程序模块，程序模块包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，运算模块120，用于对数字信号进行实时处理和运算，FPGA模块119为Spartan-3A系列芯片，运算模块120包括DSP芯片，DSP芯片为DSP 6000系列芯片，DSP 6000系列芯片具有300MHz主频，数字信号处理单元输入501与传感器数字信号输出502相连，数字信号处理单元输出503与中央处理单元第一输入504相连，传感器的数字信号输出502与第一保护电路输入相连，第一保护电路输出与第一滤波电路输入相连，第一滤波电路输出与信号整形电路的信号输入相连，信号整形电路输出与电平转换电路输入相连，电平转换电路输出与中央处理单元第一输入508相连，中央处理单元的整形输出510与数模转换电路的输入相连，数模转换电路的输出与信号整形电路的整形511输入相连，采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

如图7所示，中央处理单元103包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，阀值自动匹配模块应用301，用于采集控制模块118控制数模转换电路108产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块118对结果分析，判断数模转换电路108的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路108的输入，使得数模转换电路108的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用302的功能，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理电路控制模块应用303，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用304，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用305的功能，用于对各个通道的数字信号、模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步。

在本实施例中，运用自动匹配模块104中包括第一保护电路105、第一滤波电路106、信号整形电路107和数模转换电路108，第一保护电路105对输入信号进行过压保护和静电保护，第一滤波电路106实现过滤输入信号中的高频干扰，数模转换电路108产生输入信号的阀值电压，信号整形电路107将输入信号与阀值电压进行比较，输出标准的5V TTL电平，电平转换电路121是将5V TTL信号转换成FPGA119能够识别的电平信号这一技术手段，具有自己能识别不同幅值数字信号的阀值的有益技术效果。

能将输入的数字信号转换成标准5V TTL电平，再将其转换成FPGA能够识别的电平信号，输出给FPGA模块，具有能够对数字信号进行占空比、周期、频率等信息进行高精度测量的有益技术效果。

实施例2

本实例是一种模拟信号装置，如图1、2、4、5所示，包括模拟信号处理单元102，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，模拟信号处理单元102包括信号调理模块110，用于采集与调理模拟信号，输出到模数转换模块，其包括第二保护电路111、第二滤波电路112、耦合方式选择电路113和增益调节电路114，第二保护电路111用于对输入信号进行过压保护和静电保护，第二滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路113用于经中央处理单元103选择信号耦合方式，耦合方式包括差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路114用于经中央处理单元103将输入信号放大；模数转换模块115，包括抗混叠滤波电路116和模数转换电路117，抗混叠滤波电路116用于对信号进行抗混叠滤波处理，模数转换电路117用于将模拟信号转换成数字信号；增益调节电路114包括高精密低功耗运算放大器，高精密低功耗运算放大器为AD8682，模数转换电路117包括ADC芯片，对ADC芯片经中央处理单元103编程控制，ADC芯片是高精度低功耗AD芯片，高精度低功耗AD芯片为CS5361，CS5361具有24位数据位数，高信噪比，最高可达204.8ksps的采样率。中央处理单元103，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并对所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期、频率的测量，或用于控制模拟信号处理单元，并接收经模拟信号处理单元中数模转换的模拟信号数据，并对所述输入的模拟信号数据运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量，中央处理单元包括采集控制模块118，用于实现主要实现数字信号的自动匹配模块应用301、信号调理模块应用303、模数转换模块应用304的编程控制，其包括FPGA模块119，FPGA模块119具有程序模块，程序模块包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，运算模块120，用于对数字信号进行实时处理和运算，FPGA模块119为Spartan-3A系列芯片，运算模块120包括DSP芯片，DSP芯片为DSP 6000系列芯片，DSP 6000系列芯片具有300MHz主频，模拟信号处理单元输入505与传感器模拟输出506相连，模拟信号处理单元输出507与中央处理单元第二输入508相连，传感器的模拟信号输出505与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入508相连，中央处理单元的耦合控制输出513与耦合方式选择电路的耦合控制输入514相连，中央处理单元的增益调节输出515与增益调节电路的增益调节输入516相连，采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

如图7所示，中央处理单元103包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，阀值自动匹配模块应用301，用于采集控制模块118控制数模转换电路108产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块118对结果分析，判断数模转换电路108的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路108的输入，使得数模转换电路108的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用302的功能，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理电路控制模块应用303，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用304，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用305的功能，用于对各个通道的数字信号、模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步。

在本实施例中，运用信号调理电路110中包括第二保护电路111、第二滤波电路112、耦合方式选择电路113和增益调节电路114，第二保护电路111对输入信号进行过压保护和静电保护；第二滤波电路112实现过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路113通过控制FPGA119，选择不同信号耦合方式，选择的耦合方式有差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路114将输入信号按照一定的增益倍数，对信号进行放大，使信号能够更好匹配模数转换器的范围，提高测量的精度和灵敏度，通过对FPGA119编程控制，可以切换选择传感器相匹配的耦合方式和选择合适的增益倍数，这样既可以精确测量幅值高的传感器信号，具有精确测试幅值低的传感器信号，一种耦合方式、增益倍数可调的模拟信号调理电路，测量精度高，测量量程宽，可以兼容单端、差分、ICP等多种类型模拟信号的有益技术效果。

模数转换模块115将输入信号转换成数字信号，模数转换模块115包括抗混叠滤波电路116和ADC转换芯片组成。其中抗混叠滤波电路对信号调理电路的输出信号进行抗混叠滤波处理，ADC转换芯片将模拟信号转换成数字信号，对ADC转换芯片进行编程控制，具有实现不同采样率的数据转换有益技术效果。

实施例3

本实例是一种信号分析仪，如图1、2、3、4、5所示，包括数字信号处理单元101，用于在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平，数字信号处理单元101包括自动匹配模块104，用于识别不同幅值数字信号的阀值，并将输入的数字信号转换为TTL电平，其包括第一保护电路105、第一滤波电路106、信号整形电路107和数模转换电路108，第一保护电路105用于对输入信号进行过压保护和静电保护，第一滤波电路106用于过滤输入信号中的高频干扰，信号整形电路107用于比较输入信号与阀值电压及输出标准的TTL电平，数模转换电路108产生阀值电压；电平转换模块109，包括电平转换电路121，用于TTL信号转换成识别信号，识别信号是中央处理单元101所接收的信号；信号整形电路107包括数字电位器，其型号为MAX5439，MAX5439具有128抽头，用于产生不同阀值电压，信号整形电路107包括运算放大器，运算放大器为OPA140，用于输出TTL信号，电平转换电路121包括SN74LVC164245，用于TTL信号转换为识别信号，识别信号为0～3.3V信号。

模拟信号处理单元102，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，模拟信号处理单元102包括：信号调理模块110，用于采集与调理模拟信号，输出到模数转换模块，其包括第二保护电路111、第二滤波电路112、耦合方式选择电路113和增益调节电路114，第二保护电路111用于对输入信号进行过压保护和静电保护，第二滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路113用于经中央处理单元103选择信号耦合方式，耦合方式包括差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路114用于经中央处理单元103将输入信号放大；模数转换模块115，包括抗混叠滤波电路116和模数转换电路117，抗混叠滤波电路116用于对信号进行抗混叠滤波处理，模数转换电路117用于将模拟信号转换成数字信号；增益调节电路114包括高精密低功耗运算放大器，高精密低功耗运算放大器为AD8682，模数转换电路117包括ADC芯片，对ADC芯片经中央处理单元103编程控制，ADC芯片是高精度低功耗AD芯片，高精度低功耗AD芯片为CS5361，CS5361具有24位数据位数，高信噪比，最高可达204.8ksps的采样率。

中央处理单元103，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并对所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期、频率的测量，或用于控制模拟信号处理单元，并接收经模拟信号处理单元中模数转换的模拟信号数据，并对所述输入的模拟信号数据运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量，中央处理单元包括采集控制模块118，用于实现数字信号的自动匹配模块应用301、信号调理模块应用303、模数转换模块应用304的编程控制，其包括FPGA模块119，FPGA模块119具有程序模块，程序模块包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，运算模块120，用于对数字信号进行实时处理和运算，FPGA模块119为Spartan-3A系列芯片，运算模块120包括DSP芯片，DSP芯片为DSP 6000系列芯片，DSP 6000系列芯片具有300MHz主频，模拟信号处理单元输入505与传感器模拟输出506相连，模拟信号处理单元输出507与中央处理单元第二输入508相连，传感器的模拟信号输出505与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入508相连，中央处理单元的耦合控制输出513与耦合方式选择电路的耦合控制输入514相连，中央处理单元的增益调节输出515与增益调节电路的增益调节输入516相连，采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

中央处理单元包括采集控制模块118，用于实现主要实现数字信号的自动匹配模块应用301、信号调理模块应用303、模数转换模块应用304的编程控制，其包括FPGA模块119，FPGA模块119具有程序模块，程序模块包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，运算模块120，用于对数字信号进行实时处理和运算，FPGA模块119为Spartan-3A系列芯片，运算模块120包括DSP芯片，DSP芯片为DSP 6000系列芯片，DSP6000系列芯片具有300MHz主频。

数字信号处理单元输入501与传感器数字信号输出502相连，数字信号处理单元输出503与中央处理单元第一输入504相连，传感器的数字信号输出502与第一保护电路输入相连，第一保护电路输出与第一滤波电路输入相连，第一滤波电路输出与信号整形电路的信号输入相连，信号整形电路输出与电平转换电路输入相连，电平转换电路输出与中央处理单元第一输入508相连，中央处理单元的整形输出510与数模转换电路的输入相连，数模转换电路的输出与信号整形电路的整形511输入相连，模拟信号处理单元输入505与传感器模拟输出506相连，模拟信号处理单元输出507与中央处理单元第二输入508相连，传感器的模拟信号输出505与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入508相连，中央处理单元的耦合控制输出513与耦合方式选择电路的耦合控制输入514相连，中央处理单元的增益调节输出515与增益调节电路的增益调节输入516相连，采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

如图7所示，中央处理单元103包括阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、增益调节电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，阀值自动匹配模块应用301，用于采集控制模块118控制数模转换电路108产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块118对结果分析，判断数模转换电路108的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路108的输入，使得数模转换电路108的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用302的功能，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理电路控制模块应用303，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用304，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用305的功能，用于对各个通道的数字信号、模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步。

在本实施例中，运用FPGA模块119实现了对数字信号的自动匹配模块104、信号调理模块110、模数转换模块115的可编程控制，采集控制模块118包括FPGA119芯片及其***电路组成，FPGA119的主要程序模块有阀值自动匹配模块应用301、数字信号测量分析模块应用302、信号调理电路控制模块应用303、模数转换电路控制模块应用304、同步信号处理模块应用305，阀值自动匹配模块应用301的功能是FPGA119控制数模转换电路108产生初始值与输入信号进行比较，FPGA119对结果分析，判断数模转换电路的输出值是否阀值，如果不是阀值，FPGA119改变数模转换电路108的输入，使得数模转换电路108的输出就是输入信号相对应的阀值电压；数字信号测量分析模块应用302的功能是对数字信号进行分析，可以计算数字信号的占空比和周期长度，进而计算出数字信号的频率等信息，信号调理电路控制模块应用303的功能是选择耦合方式和增益倍数；模数转换电路控制模块应用304的功能是对ADC芯片编程控制，使得芯片具有不同采样率；同步信号处理模块应用305的功能是对各个通道的数字信号、模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步，DSP模块120对数字信号进行实时处理和运算，主要由DSP芯片120及其***电路组成，DSP的主要程序模块有实时信号分析和处理模块，在方案中，来自传感器的数字信号输入，首先经过自动匹配模块104，自动匹配模块104对数字信号进行保护和高频滤波，并对数字信号的阀值进行自动匹配，从而识别不同数字信号的阀值，然后将输入的数字信号转换成标准5V TTL电平，进而将其转换成FPGA119能够识别的电平信号，输出给FPGA119模块。来自传感器的模拟信号首先经过信号调理模块110，信号调理模块110对模拟信号进行滤波，接着通过耦合方式选择电路113选择模拟信号相应的信号耦合方式，然后通过增益调节电路114选择信号的增益放大倍数，再通过模数转换模块115，将其转换换成数字信号，传递给FPGA119模块。FPGA119对所有通道的信号进行同步处理，并计算出传感器数字信号的占空比和周期长度，进而计算出信号的频率等信息，传递给DSP模块120；同时，FPGA119将传感器模拟信号对应的数字信号进行读取，传递给DSP模块120。DSP模块对收到的信号进行实时分析和处理，具有测量精度高、采样速率高、运算速度快、信号分析能力强，能够实现多通道数字信号、模拟信号的同步采集与分析，满足不同传感器应用的需求的有益技术效果。

在具体应用中，自动匹配模块104中的数模转换电路108由Maxim的数字电位器MAX5439及其***电路组成，具有128抽头，能够产生所需的不同阀值电压；信号整形电路采用TI的运算放大器OPA140及***电路组成，能够输出0～5V的TTL信号；电平转换电路采用TI的SN74LVC164245芯片，能够将0～5V的TTL信号转换成FPGA能够识别的0～3.3V的TTL信号，信号调理电路采用高精密低功耗运算放大器AD8682，超低失真，信噪比高，可以实模拟信号的精确测量；AD转换电路中采用Cirrus Logic公司的高精度低功耗AD芯片CS5361，数据位数24位，信噪比高，采样率最高可达204.8ksps，充分满足了信号测量领域的信号采集要求。FPGA模块采用Xilinx公司的Spartan-3A系列芯片，DSP采用TI公司的DSP 6000系列芯片，主频高至300MHz，具有能够充分满足信号测量领域的实时信号分析处理的有益技术效果。

通过如上所述的技术方案，不难看出以数字电位器、运算放大器、电平转换器、FPGA为架构，构建了一种阀值电压自动匹配的数字信号采集电路，同时能够对数字信号进行占空比、周期长度、频率等信息进行高精度测量。以运算放大器、AD转换器为架构，构建了一种耦合方式、增益倍数可调的模拟信号调理电路，测量精度高，测量量程宽，可以兼容单端、差分、ICP等多种类型模拟信号，以FPGA+DSP为核心，构建了多通道数字信号、模拟信号的同步采集与分析仪，具有测量精度高、采样速率高、运算速度高、信号分析能力强，能够实现多通道数字信号、模拟信号的同步采集与分析，满足不同传感器应用的需求的有益技术效果，同时带来了测量精度高、测量范围宽，自动匹配数字信号电压阀值，能够实现不同幅值、占空比、频率的数字信号的阀值自动匹配，并对数字信号的占空比、周期长度、频率等信息进行精确测量与分析测量精度高，测试范围宽，能够满足耦合方式、不同幅值的模拟信号精确测量的需求，交互操作方便、信号实时处理与分析能力强，能够满足多通道数字信号、模拟信号同步实时采集与分析测量的需求的有益技术效果。

在同一技术构思和设计构想下，在本发明实施例中，还实现了一种信号处理方法，如图6a所示，在数字信号输入时，前级电路确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为后级所需电平，所述方法还包括：

预设定比较阀值201，将所述比较阀值与输入的数字信号相比较，判断是否是输入的数字信号的阀值202，如果不是，则改变比较阀值，继续与输入的数字信号相比较，直到比较阀值是输入的数字信号的阀值，根据当前的比较阀值，将输入的数字信号电平转换为后级所需电平203，如果是，根据预设定的比较阀值，将输入的数字信号电平转换为后级所需电平204。

在同一技术构思和设计构想下，在本发明的实施例中，还实现了一种信号处理方法，如图6b所示，在模拟信号输入时，前级电路确定输入的模拟信号的相应耦合方式，并根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为后级所需电压，所述方法还包括：

预设定耦合方式205，按所述耦合方式接收输入的模拟信号，判断是否能接收到输入的模拟信号206，如果不能，则改变耦合方式，继续接收模拟信号，直到接收到输入的模拟信号，根据当前的耦合方式，将输入的模拟信号放大为后级所需电压207，如果能，则将输入的模拟信号放大为后级所需电压208。

利用本发明的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种信号分析仪，其特征在于，所述分析仪包括：

数字信号处理单元、模拟信号处理单元、中央处理单元，所述数字信号处理单元，用于在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平，所述模拟信号处理单元，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，所述中央处理单元，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并对所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期和频率的测量，或用于控制模拟信号处理单元，并接收经模拟信号处理单元中模数转换的模拟信号数据，并对所述输入的模拟信号数据运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量；

所述数字信号处理单元输入与传感器数字信号输出相连，数字信号处理单元输出与中央处理单元第一输入相连，所述模拟信号处理单元输入与传感器模拟信号输出相连，模拟信号处理单元输出与中央处理单元第二输入相连；

所述数字信号处理单元包括自动匹配模块，用于识别不同幅值数字信号的阀值，并将输入的数字信号转换为TTL电平，其包括第一保护电路、第一滤波电路、信号整形电路和数模转换电路，所述第一保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，所述第一滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，所述信号整形电路用于比较输入信号与阀值电压并输出标准的TTL电平，所述数模转换电路产生阀值电压；电平转换模块，包括电平转换电路，用于TTL信号转换成识别信号，所述识别信号是中央处理单元所接收的信号，所述信号整形电路包括数字电位器，其型号为MAX5439，所述MAX5439具有128抽头，用于产生不同阀值电压，信号整形电路包括运算放大器，所述运算放大器为OPA140，用于输出TTL信号，电平转换电路包括SN74LVC164245，用于TTL信号转换为识别信号，所述识别信号为0～3.3V信号；

所述模拟信号处理单元包括信号调理模块，用于采集与调理模拟信号，输出到模数转换模块，信号调理模块包括第二保护电路、第二滤波电路、耦合方式选择电路和增益调节电路，所述第二保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路用于经中央处理单元选择信号耦合方式，所述耦合方式包括差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路用于经中央处理单元将输入信号放大，模数转换模块，包括抗混叠滤波电路和模数转换电路，所述抗混叠滤波电路用于对信号进行抗混叠滤波处理，模数转换电路用于将模拟信号转换成数字信号，所述增益调节电路包括高精密低功耗运算放大器，所述高精密低功耗运算放大器为AD8682，所述模数转换电路包括ADC芯片，所述ADC芯片经中央处理单元编程控制，所述ADC芯片是高精度低功耗AD芯片，所述高精度低功耗AD芯片为CS5361，所述CS5361具有24位数据位数，高信噪比，最高可达204.8ksps的采样率；

所述中央处理单元包括采集控制模块，用于实现数字信号的自动匹配模块应用、信号调理模块应用和模数转换模块应用的编程控制，其包括FPGA模块和运算模块，所述FPGA模块具有程序模块，所述程序模块包括阀值自动匹配模块应用、数字信号测量分析模块应用、增益调节电路控制模块应用、模数转换电路控制模块应用和同步信号处理模块应用，运算模块，用于对数字信号进行实时处理和运算，阀值自动匹配模块应用，用于所述采集控制模块控制数模转换电路产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块对结果分析，判断数模转换电路的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路的输入，使得数模转换电路的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理模块应用，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用，用于对各个通道的数字信号和模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步；

所述传感器的数字信号输出与第一保护电路输入相连，第一保护电路输出与第一滤波电路输入相连，第一滤波电路输出与信号整形电路的信号输入相连，信号整形电路输出与电平转换电路输入相连，电平转换电路输出与中央处理单元第一输入相连，中央处理单元的整形输出与数模转换电路的输入相连，数模转换电路的输出与信号整形电路的整形输入相连，所述传感器的模拟信号输出与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入相连，中央处理单元的耦合控制输出与耦合方式选择电路的耦合控制输入相连，中央处理单元的增益调节输出与增益调节电路的增益调节输入相连，所述采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

2.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：

数字信号处理单元、中央处理单元，所述数字信号处理单元，用于在数字信号输入时，确定输入的数字信号的相应阀值，并根据确定的相应阀值将输入的数字信号电平转换为中央处理单元所需电平，中央处理单元，用于控制数字信号处理单元，接收经数字信号处理单元处理的数字信号，并计算所述输入的数字信号运算和处理，所述的运算和处理包括占空比、周期、频率的测量，所述数字信号处理单元输入与传感器数字信号输出相连，数字信号处理单元输出与中央处理单元第一输入相连；

所述数字信号处理单元包括自动匹配模块，用于识别不同幅值数字信号的阀值，并将输入的数字信号转换为TTL电平，其包括第一保护电路、第一滤波电路、信号整形电路和数模转换电路，所述第一保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，所述第一滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，所述信号整形电路用于比较输入信号与阀值电压并输出标准的TTL电平，所述数模转换电路产生阀值电压；电平转换模块，包括电平转换电路，用于TTL信号转换成识别信号，所述识别信号是中央处理单元所接收的信号，所述信号整形电路包括数字电位器，其型号为MAX5439，所述MAX5439具有128抽头，用于产生不同阀值电压，信号整形电路包括运算放大器，所述运算放大器为OPA140，用于输出TTL信号，电平转换电路包括SN74LVC164245，用于TTL信号转换为识别信号，所述识别信号为0～3.3V信号；

所述中央处理单元包括采集控制模块，用于实现数字信号的自动匹配模块应用、信号调理模块应用和模数转换模块应用的编程控制，其包括FPGA模块和运算模块，所述FPGA模块具有程序模块，所述程序模块包括阀值自动匹配模块应用、数字信号测量分析模块应用、增益调节电路控制模块应用、模数转换电路控制模块应用和同步信号处理模块应用，运算模块，用于对数字信号进行实时处理和运算，所述阀值自动匹配模块应用，用于所述采集控制模块控制数模转换电路产生初始值与输入信号进行比较，采集控制模块对结果分析，判断数模转换电路的输出值是否阀值，如果不是阀值，改变数模转换电路的输入，使得数模转换电路的输出就是输入信号相对应的阀值电压，数字信号测量分析模块应用，用于对数字信号进行分析，计算数字信号的占空比和周期长度，计算出数字信号的特征信息，信号调理电路控制模块应用，用于选择耦合方式和增益倍数，模数转换电路控制模块应用，用于对模数转换模块编程控制，使得芯片具有不同采样率，同步信号处理模块应用，用于对各个通道的数字信号和模拟信号进行同步处理，使得各个通道信号同步；

所述传感器的数字信号输出与第一保护电路输入相连，第一保护电路输出与第一滤波电路输入相连，第一滤波电路输出与信号整形电路的信号输入相连，信号整形电路输出与电平转换电路输入相连，电平转换电路输出与中央处理单元第一输入相连，中央处理单元的整形输出与数模转换电路的输入相连，数模转换电路的输出与信号整形电路的整形输入相连，所述采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。

3.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：

模拟信号处理单元、中央处理单元，所述模拟信号处理单元，用于在模拟信号输入时，模拟信号处理单元经手工选择输入的模拟信号的相应耦合方式后根据确定的相应的耦合方式将输入的模拟信号放大为模数转换所需电压，中央处理单元，用于控制模拟信号处理单元，接收经模拟信号处理单元处理的模拟信号，并对所述输入的模拟信号进行运算和处理，所述的运算和处理包括电压的测量，所述模拟信号处理单元输入与传感器模拟信号输出相连，模拟信号处理单元输出与中央处理单元第二输入相连；

所述模拟信号处理单元包括信号调理模块，用于采集与调理模拟信号，输出到模数转换模块，其包括第二保护电路、第二滤波电路、耦合方式选择电路和增益调节电路，所述第二保护电路用于对输入信号进行过压保护和静电保护，第二滤波电路用于过滤输入信号中的高频干扰，耦合方式选择电路用于经中央处理单元选择信号耦合方式，所述耦合方式包括差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合方式、单端交流耦合方式和ICP耦合方式，增益调节电路用于经中央处理单元将输入信号放大，模数转换模块，包括抗混叠滤波电路和模数转换电路，所述抗混叠滤波电路用于对信号进行抗混叠滤波处理，模数转换电路用于将模拟信号转换成数字信号，所述增益调节电路包括高精密低功耗运算放大器，所述高精密低功耗运算放大器为AD8682，所述模数转换电路包括ADC芯片，所述ADC芯片经中央处理单元编程控制，所述ADC芯片是高精度低功耗AD芯片，所述高精度低功耗AD芯片为CS5361，所述CS5361具有24位数据位数，高信噪比，最高可达204.8ksps的采样率，所述中央处理单元包括采集控制模块，用于实现数字信号的自动匹配模块应用、信号调理模块应用和模数转换模块应用的编程控制，其包括FPGA模块和运算模块，所述FPGA模块具有程序模块，所述程序模块包括阀值自动匹配模块应用、数字信号测量分析模块应用、增益调节电路控制模块应用、模数转换电路控制模块应用和同步信号处理模块应用，运算模块，用于对数字信号进行实时处理和运算；

所述传感器的模拟信号输出与第二保护电路的输入相连，第二保护电路的输出与第二滤波电路的输入相连，第二滤波电路的输出与耦合方式选择电路的输入相连，耦合方式选择电路的输出与增益调节电路的信号输入相连，增益调节电路的输出与模数转换电路的输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元的第二输入相连，中央处理单元的耦合控制输出与耦合方式选择电路的耦合控制输入相连，中央处理单元的增益调节输出与增益调节电路的增益调节输入相连，所述采集控制模块的数据总线输出与运算模块数据总线输入连接。