CN111638304A - 一种多路信号高速采集存储装置 - Google Patents

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吕瑞宏
黄平
刘笑楠
杨佳怡
姜璐
赵晗
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Shenyang University of Technology
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明提供一种多路信号高速采集存储装置，其技术特征是，多个模块与多路探头接线转接板连接，多路探头接线转接板与FPGA控制***、APM控制***，多路存储***与FPGA控制***、ARM控制***连接，FPGA控制***、ARM控制***与USB数据调试传输接口、带USB调试通讯软件连接。ARM控制***分别与时钟***、倾角传感器、里程传感器、FATFS文件管理***分别连接。其优点是，可分辨高达2mm左右缺陷，检测分辨率高。同时，通过机械机构判断流量及运行速度，控制阀门闭合阈值，可有效限制检测设备运行速度不至于过快，提高检测的准确性。

Description

一种多路信号高速采集存储装置
技术领域
本发明涉及一种信号采集装置,特别是一种多路信号高速采集存储装置。
背景技术
目前国内外有多家公司在研发相应检测设备，并有很多产品已应用在现场。从市场反馈来看，当前检测设备在电池使用时间、检测分辨率等参数体现上相对较差，在设备高速运转的前提下对细微的缺陷不能很明显的探测出来。一般，由于设备体积限制，不能装配更大容量电池，每次检测完成都需要现场更换电池，工作过于冗余复杂，不能合理分配电池使用区间和整体功耗。化工原料传输介质，如储罐、输油输气管道等，长期受到地下电磁环境腐蚀，经常会发生漏油、漏气现象，造成国有资产重大损失。所研制一种多路信号高速采集存储***，结合相应机械结构，可对油气管道、储罐等输送存储介质进行相应高速检测，在不影响化工原料传输介质工作的前提下可对其进行完整探伤，并对下一步介质载体维护。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足，提供一种多路信号高速采集存储装置。合理设计电池机械安装尺寸，并通过设备外载三路里程轮判断当前检测设备是否处于运行状态，若规定时间内三路里程轮没有脉冲输出，则说明检测设备处于停滞状态，关闭***，整机进入待机模式；当里程轮有脉冲信号输出时，检测设备开始产生位移信号，***自动启动，对当前检测数据进行采集存储。同时，对电池放电电流电压进行监控，实时计算库伦电量损耗及剩余电量，每次检测之前进行显示预报，极大节约电池功耗并减少了电池更换频率。
一般，在长输油气管道检测过程中，检测设备依靠运行介质提供动力，当运行介质速度较快时，若检测设备采集速率不够，则会很容易对缺陷位置大小、形状判断不准确，甚至出现检测丢失现象。本发明保持2.5KHz的采样速率进行检测，按照天然气管道最高5m/s的运行速度计算，本发明可分辨高达2mm左右缺陷，检测分辨率高。同时，通过机械机构判断流量及运行速度，控制阀门闭合阈值，可有效限制检测设备运行速度不至于过快，提高检测的准确性。
本发明的目的是这样实现的，包括多个模块、多路探头接线转接板、多路存储***，FPGA控制***、APM控制***、USB数据调试传输接口、带USB调试通讯软件、时钟***、倾角传感器、里程传感器、FATFS文件管理***，其特征是，多个模块与多路探头接线转接板连接，多路探头接线转接板与FPGA控制***、APM控制***，多路存储***与FPGA控制***、ARM控制***连接，FPGA控制***、ARM控制***与USB数据调试传输接口、带USB调试通讯软件连接。ARM控制***分别与时钟***、倾角传感器、里程传感器、FATFS文件管理***分别连接。
多路信号模块具有
1、每路信号模块采用SPI总线协议输出；
2、芯线信号分别为：VCC、GND、S0、SCK、NSS；
3、探头采样速率恒定为2.5KHz；
3路里程轮传感器具有
1）每路里程轮转一圈发送128个脉冲；
2）4芯线信号分别为：VCC、GND、INDEX、A
3）里程轮需实现下列功能：
4）***上电后，当3个里程轮同时正常工作10s后，整个数据采集***开始采集存储数据，***实现唤醒功能；
5）当3个里程轮同时不工作30分钟后，整个数据采集***停止采集存储数据，***实现休眠功能；
6）当***处于休眠功能时，大于等于2个里程轮同时正常工作10s后，整个数据采集***再次开始采集存储数据。
倾角传感器的功能
测量外部机械结构周向旋转，具有360°全方位无死角测量，测量精度达到5°。
温度传感器
测量机械结构内部仓体内温度变化，能在-40-85度范围内，检测灵敏度为0.1度
主控***的功能
1）主控***由FPGA+ARM架构组成；
2）FPGA以2.5KHz采集外部多路模块信号；
3）ARM根据三路里程轮脉冲信号读取FPGA当前采样数据，并整合倾角传感器、温度、里程轮等数据进行存储；
4）ARM主控+USB外置PHY可向PC机高速传输数据，以便调试软件形成良好人机界面显示，USB传输速率可达7-10MB/s；
储存模块的功能
1）能够满足***在2.5KHz采样频率下的存储速率；
***存储容量需大于500G；
时钟模块
1）采用高精度时钟，时钟精度为±5ppm；
2）由于***结构限制，高精度时钟需嵌入电池，并具备充电功能；
主
高速USB上传模块
基于高速USB机理，主要用于设备运行前的调试（波形显示）以及设备运行之后拷贝数据，便于后期数据分析及处理，也方便工业现场调试检测；
本发明的有益效果是, 合理设计电池机械安装尺寸，并通过设备外载三路里程轮判断当前检测设备是否处于运行状态，若规定时间内三路里程轮没有脉冲输出，则说明检测设备处于停滞状态，关闭***，整机进入待机模式；当里程轮有脉冲信号输出时，检测设备开始产生位移信号，***自动启动，对当前检测数据进行采集存储。同时，对电池放电电流电压进行监控，实时计算库伦电量损耗及剩余电量，每次检测之前进行显示预报，极大节约电池功耗并减少了电池更换频率。
一般，在长输油气管道检测过程中，检测设备依靠运行介质提供动力，当运行介质速度较快时，若检测设备采集速率不够，则会很容易对缺陷位置大小、形状判断不准确，甚至出现检测丢失现象。本发明的高速采样控制***始终保持2.5KHz的采样速率进行检测，按照天然气管道最高5m/s的运行速度计算，本发明可分辨高达2mm左右缺陷，检测分辨率高。同时，通过机械机构判断流量及运行速度，控制阀门闭合阈值，可有效限制检测设备运行速度不至于过快，提高检测的准确性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明
由附图可知FPGA+ARM架构采集***将整机***数据以2.5KHz的采样率采集并存储。多个模块与多路探头接线转接板连接，多路探头接线转接板与FPGA控制***、APM控制***，多路存储***与FPGA控制***、ARM控制***连接，FPGA控制***、ARM控制***与USB数据调试传输接口、带USB调试通讯软件连接。ARM控制***分别与时钟***、倾角传感器、里程传感器、FATFS文件管理***分别连接。
多路信号模块具有
1、每路信号模块采用SPI总线协议输出；
2、芯线信号分别为：VCC、GND、S0、SCK、NSS；
4、探头采样速率恒定为2.5KHz；
3路里程轮传感器具有
每路里程轮转一圈发送128个脉冲；
4芯线信号分别为：VCC、GND、INDEX、A
里程轮需实现下列功能：
***上电后，当3个里程轮同时正常工作10s后，整个数据采集***开始采集存储数据，***实现唤醒功能；
当3个里程轮同时不工作30分钟后，整个数据采集***停止采集存储数据，***实现休眠功能；
当***处于休眠功能时，大于等于2个里程轮同时正常工作10s后，整个数据采集***再次开始采集存储数据。
倾角传感器的功能
测量外部机械结构周向旋转，具有360°全方位无死角测量，测量精度达到5°。
温度传感器
测量机械结构内部仓体内温度变化，能在-40-85度范围内，检测灵敏度为0.1度
主控***的功能
4）主控***由FPGA+ARM架构组成；
5）FPGA以2.5KHz采集外部多路模块信号；
6）ARM根据三路里程轮脉冲信号读取FPGA当前采样数据，并整合倾角传感器、温度、里程轮等数据进行存储；
软件部分实现***的联调、数据的传输等功能，即调试软件。
主要技术指标
该***核心能力应达到以下主要技术指标：
一、外接通道模块数量可调整，以适应不同管径的输油输气管道以及储罐设备；
二、***具备三路里程轮通道以定位缺陷位置；
三、采样方式为并行传输且采样频率≥2.5KHz，输出带宽随外接模块数量增加而增加，以满足高精度采样要求；
四、模块与主控通讯线长需≥1.5m，以满足设备装配要求；
五、***存储需具备高速度、大容量、低功耗的能力；
六、数据上传方式为USB通讯，通讯速度维持在7MB~10MB/s；
七、整机***功耗≤9W，工作时长≥50小时，工作温度为-40℃~85℃之间。

Claims (7)

1.一种多路信号高速采集存储装置，包括多个模块、多路探头接线转接板、多路存储***，FPGA控制***、APM控制***、USB数据调试传输接口、带USB调试通讯软件、时钟***、倾角传感器、里程传感器、FATFS文件管理***，其特征是，多个模块与多路探头接线转接板连接，多路探头接线转接板与FPGA控制***、APM控制***，多路存储***与FPGA控制***、ARM控制***连接，FPGA控制***、ARM控制***与USB数据调试传输接口、带USB调试通讯软件连接。ARM控制***分别与时钟***、倾角传感器、里程传感器、FATFS文件管理***分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种多路信号高速采集存储装置，其特征是，多路信号模块具有每路信号模块采用SPI总线协议输出；芯线信号分别为：VCC、GND、S0、SCK、NSS；探头采样速率恒定为2.5KHz。
3.根据权利要求1所述的一种多路信号高速采集存储装置，其特征是，3路里程轮传感器具有每路里程轮转一圈发送128个脉冲；4芯线一种多路信号高速采集存储装置，信号分别为：VCC、GND、INDEX、A。
4.根据权利要求1所述的一种多路信号高速采集存储装置，其特征是，里程轮需实现下列功能：***上电后，当3个里程轮同时正常工作10s后，整个数据采集***开始采集存储数据，***实现唤醒功能；
当3个里程轮同时不工作30分钟后，整个数据采集***停止采集存储数据，***实现休眠功能；当***处于休眠功能时，大于等于2个里程轮同时正常工作10s后，整个数据采集***再次开始采集存储数据。
5.根据权利要求1所述的一种多路信号高速采集存储装置，其特征，倾角传感器的功能是测量外部机械结构周向旋转，具有360°全方位无死角测量，测量精度达到5°。
6.根据权利要求1所述的一种多路信号高速采集存储装置，其特征是，温度传感器测量机械结构内部仓体内温度变化，能在-40-85度范围内，检测灵敏度为0.1度。
7.根据权利要求1所述的一种多路信号高速采集存储装置，其特征是，主控***的功能是主控***由FPGA+ARM架构组成；FPGA以2.5KHz采集外部多路模块信号；ARM根据三路里程轮脉冲信号读取FPGA当前采样数据，并整合倾角传感器、温度、里程轮等数据进行存储。
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