本實用新型涉及弱信號調(diào)理領(lǐng)域，具體涉及基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理電路。

背景技術(shù)：

在國內(nèi)外，相應(yīng)的類型的傳感器的采集系統(tǒng)很多，但是其抗干擾性能和信號抗失真效果較差。傳統(tǒng)的前段采集系統(tǒng)方式噪聲大，精度低、采樣頻率低。并且輸出的信號常常存在溫度漂移、信號比較弱以及非線性等問題，不能被處理模塊直接利用。特別是傳統(tǒng)采用的高通無源濾波器方法處理，其負(fù)面影響較大，濾波頻段會隨著負(fù)載的變化而變化，使整個采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理電路，這種電路具有功耗低，可靠性好，精度高，噪聲小、頻率高的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理方法，包括以下步驟：

1）壓電式加速度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，得到電壓信號；

2）去掉壓電式加速度傳感器本身的直流信號，得到線性相位信號；

3） 對線性相位信號進(jìn)行預(yù)采樣，把單路信號變成雙路差分信號；

4）對雙路差分信號進(jìn)行數(shù)字信號判斷，判斷是否可以進(jìn)行程控放大和放大倍數(shù)；

5）放大判斷后的信號；

6）放大信號從單通道信號變成雙通道信號，差分電路將放大信號從單通道信號變成雙通道信號；

7）對雙通道信號進(jìn)行小波去噪，并輸出原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，通過接口上傳給ARM供測量人員顯示和分析。

步驟2）中去掉傳感器的本身的直流信號采用8階貝塞爾濾波器，所述濾波器的增益為20dB，上限截止頻率為f_H=10kHz，阻帶衰減小于-45dB。

步驟4）中對雙路差分信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的信號判斷：通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)行判斷，當(dāng)輸入為“0”時，與第二輸出端接通；當(dāng)輸入為“1”時，與第一輸出端接通；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第二輸出端與放大電路的正向輸入端連接并接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第一輸出端與放大電路的向輸入端連接，參考電壓REF端與放大電路的輸出端連接，模擬信號從數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的參考電壓REF端輸入；

實現(xiàn)上述方法的基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理電路，包括

恒流源電路，為取樣傳感器提供電流激勵；

低通濾波電路，濾除取樣傳感器本身的直流信號；

第一差分電路，單通道信號變成雙通道差分信號；

數(shù)字判斷電路，對雙路差分信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的信號判斷；

放大電路，將判斷后的信號進(jìn)行放大；

第二差分電路，單通道信號變成雙通道差分信號；

小波去噪電路，減少剔除噪聲產(chǎn)生的小波系數(shù)，最大限度的保留真實信號的系數(shù)；

所述恒流源電路、低通濾波電路、第一差分電路、數(shù)字判斷電路、放大電路、第二差分電路、小波去噪電路順序連接。

低通濾波電路為8階貝塞爾濾波器，濾波器的增益為20dB，上限截止頻率為f_H=10kHz，阻帶衰減小于-45dB。

本實用新型用于解決傳感器傳來的單通道信號進(jìn)行濾波和浮點放大的問題，并保證對信號的相位信息的分析、判斷以及處理的準(zhǔn)確性。

這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)對傳感器產(chǎn)生的微弱信號進(jìn)行放大、濾波和處理，達(dá)到對相位信息處理的更精確和對弱信號調(diào)理的目的；這種電路能滿足各項參數(shù)要求，通過調(diào)整參數(shù)，該電路可以滿足對信號相位要求高的場合，并且具有較高的使用價值。

附圖說明

圖1為基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理電路方框連接圖；

圖2為圖1中恒流源電路圖；

圖3為圖1中低通濾波電路圖；

圖4為預(yù)采樣電路圖；

圖5為圖1中放大電路圖；

圖6為基準(zhǔn)電壓電路圖；

圖7為圖1中第一、第二差分電路圖；

圖8為A/D采樣電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實施例僅用于解釋相關(guān)的實用新型內(nèi)容，而非對該實用新型的限定。

實施例：

基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理方法，包括以下步驟：

1）壓電式加速度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，得到電壓信號信號；

2）去掉壓電式加速度傳感器本身的直流信號，得到線性相位信號；

3） 對線性相位信號進(jìn)行預(yù)采樣，把單路信號變成雙路差分信號；

4）對雙路差分信號進(jìn)行數(shù)字信號判斷，判斷是否可以進(jìn)行程控放大和放大倍數(shù)；

5）放大判斷后的信號；

6）放大信號從單通道信號變成雙通道信號，差分電路將放大信號從單通道信號變成雙通道信號；

7）對雙通道信號進(jìn)行小波去噪，并輸出原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，通過接口上傳給ARM供測量人員顯示和分析。

步驟2）中去掉傳感器的本身的直流信號采用8階貝塞爾濾波器，所述濾波器的增益為20dB，上限截止頻率為f_H=10kHz，阻帶衰減小于-45dB。

步驟4）中對雙路差分信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的信號判斷：通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)行判斷，當(dāng)輸入為“0”時，與第二輸出端接通；當(dāng)輸入為“1”時，與第一輸出端接通；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第二輸出端與放大電路的正向輸入端連接并接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第一輸出端與放大電路的向輸入端連接，參考電壓REF端與放大電路的輸出端連接，模擬信號從數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的參考電壓REF端輸入。

如圖1所示，實現(xiàn)上述方法的基于線性相位前端高速數(shù)據(jù)采集信號調(diào)理電路，包括

恒流源電路，為取樣傳感器提供電流激勵；

低通濾波電路，濾除取樣傳感器本身的直流信號；

第一差分電路，單通道信號變成雙通道差分信號；

數(shù)字判斷電路，對雙路差分信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的信號判斷；

放大電路，將判斷后的信號進(jìn)行放大；

第二差分電路，單通道信號變成雙通道差分信號；

小波去噪電路，減少剔除噪聲產(chǎn)生的小波系數(shù)，最大限度的保留真實信號的系數(shù)；

所述恒流源電路、低通濾波電路、第一差分電路、數(shù)字判斷電路、放大電路、第二差分電路、小波去噪電路順序連接。

如圖2所示，采用芯片為LM134組成的恒流源電路，LM134是三端可調(diào)的恒流源器件，電壓范圍為1-40v，通過外接一只電阻即可構(gòu)成一種典型的恒流源電路，LM134的正溫度系數(shù)約為+0.23 mv/℃。恒流源電路連接壓電式加速度傳感器，并為其提供4mA的電流激勵。通過兩個電容組成的二階RC高通濾波器去掉傳感器的本身的直流信號。

如圖3所示，低通濾波電路為8階貝塞爾濾波器，濾波器的增益為20dB，上限截止頻率為f_H=10kHz，阻帶衰減小于-45dB。

為了達(dá)到特定的阻帶衰減水平，使用的是高階貝塞爾濾波器。對于低通濾波器的要求增益為20dB,濾波器的上限截止頻率為f_H=10kHz，并且阻帶衰減小于-45dB，因此采用了8階貝塞爾低通濾波器。從傳感器的信號經(jīng)過二階RC高通濾波器后通過8階貝塞爾低通濾波器處理而得到一個理想的線性相位信號輸入到后面的電路當(dāng)中。

步驟3）輸入的信號通過圖4中的預(yù)采樣電路，首先經(jīng)過第一差分電路，如圖7所示，把輸入的單路信號變成雙路差分信號，再經(jīng)過8位A/D采樣芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，所輸出的信號進(jìn)入FPGA進(jìn)行處理。

步驟4 ）FPGA判斷后的信號，決定好放大倍數(shù)后，通過圖5的程控放大電路進(jìn)行放大，其中預(yù)采樣和FPGA還有程控放大電路組成了浮點放大電路。D/A的8位輸入DB7-DB0分別控制其內(nèi)部的高速模擬開關(guān)S1-S8。當(dāng)它的輸入為“0”時，模擬開關(guān)與OUT2接通；當(dāng)輸入為“1”時，模擬開關(guān)與OUT1接通。放大器與8位D/A的連接方式為：D/A的OUT2端與放大器的正向輸入端連接并接地，D/A的OUT1端與放大器的方向輸入端連接，REF與放大器的輸出端連接，模擬信號從D/A的REF端輸入。這樣就可以形成浮點放大所要求的電路結(jié)構(gòu)。

步驟5）提供參考電壓，如圖6所示，使用ADR434基準(zhǔn)電壓源設(shè)定參考電壓，其中電壓為4.096V。它具有低噪聲、高精度、低溫度漂移的性能。

步驟6）中的第二差分電路將從浮點放大電路的放大信號從單通道信號變成雙通道信號，并輸入到A/D采樣電路中。

步驟7）中的為16位A/D采樣芯片，如圖8所示，負(fù)責(zé)對從差分電路進(jìn)來的雙通道信號進(jìn)行采樣處理，并且將采集完的數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP分析判斷。設(shè)定參數(shù)進(jìn)行小波去噪，并將原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果通過接口上傳給ARM供測量人員顯示和分析。