全文摘要
本实用新型提供了一种便携式记录仪，包括依次连接的电压调整模块、NI采集模块、数据处理单元和通信模块；所述电压调整模块用于连接外部电压信号并进行量程调节；所述NI采集模块用于采集所述量程调节后的电压信号并进行上传；所述数据处理单元用于接收上传的电压信号，处理后经过所述通信模块上传至上位机。本实用新型通过设计一种开放式的测试系统，使用户根据测量任务的需求自行配置，实现多种设备的信号采集、分析和处理，满足高量程、高精度、多通道的测量需求，同时该记录仪具有小巧便携、应用范围较广等优点，可满足工业现场复杂的测试环境。
主设计要求
1.一种便携式记录仪，其特征在于，包括依次连接的电压调整模块、NI采集模块、数据处理单元和通信模块；所述电压调整模块用于接收外部输入的电压信号并进行量程调节；所述NI采集模块用于采集所述量程调节后的电压信号并进行上传；所述数据处理单元用于接收上传的电压信号并处理，然后经过所述通信模块上传至上位机。
设计方案
1.一种便携式记录仪，其特征在于，包括依次连接的电压调整模块、NI采集模块、数据处理单元和通信模块；
所述电压调整模块用于接收外部输入的电压信号并进行量程调节；
所述NI采集模块用于采集所述量程调节后的电压信号并进行上传；
所述数据处理单元用于接收上传的电压信号并处理，然后经过所述通信模块上传至上位机。
2.根据权利要求1所述的便携式记录仪，其特征在于，所述数据处理单元采用CompactRIO嵌入式模块，该CompactRIO嵌入式模块包括实时嵌入式控制器、内置FPGA芯片的机箱和复数个I\/O模块；
所述实时嵌入式控制器与所述FPGA芯片连接，该FPGA芯片与复数个I\/O模块以星型拓扑相连接后与实现与上位机及外接设备的通信；
所述机箱设有复数个插槽，所述NI采集模块插接于该机箱上与FPGA芯片进行通信。
3.根据权利要求1所述的便携式记录仪，其特征在于，还包括与所述数据处理单元连接的显示模块。
4.根据权利要求1所述的便携式记录仪，其特征在于，还包括与所述数据处理单元连接的存储模块。
5.根据权利要求1所述的便携式记录仪，其特征在于，还包括一箱体，所述电压调整模块、NI采集模块、数据处理单元和通信模块设置于该箱体内；
所述箱体外部面板上设有与所述电压调整模块连接的复数组输入接口，用于连接外部信号；
每组输入接口对应设有琴键开关，用于进行量程切换。
6.根据权利要求1所述的便携式记录仪，其特征在于，所述电压调整模块包括一量程调节电路，该量程调节电路包括电压输入端和电压输出端；
该电压输入端依次串联第一单刀双掷开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二单刀双掷开关后连接电压输出端；
所述电压输入端还串联第三单刀双掷开关后连接至第三电阻与第四电阻的节点；
还包括两个采集端子，分别连接第四电阻的两端，采集电压信号后输出至所述NI采集模块；
所述两个采集端子之间还串联一瞬态抑制二极管。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及工业领域信号采集和测试，特别涉及一种基于SignalPad的便携式记录仪。
背景技术
工业领域中常常面临需要对现场信号设备进行测量的情况，特别是核电站这种特殊的工作环境中，为保证系统的所有设备处于正常的工作状态，必须定期对各种设备进行信号采集与测量。但是，传统的测量仪表往往需要人工携带，进入现场与待测量的设备接线进行测量，且该测量仪表往往量程较低、通道较少，不适用多种设备的信号采集和分析处理，并且，由于现场设备较多，工作量较大，测试时间不允许。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种便携式记录仪，通过设计一种开放式的测试系统，使用户根据测量任务的需求自行配置，实现多种设备的信号采集、分析和处理，满足高量程、高精度、多通道的测量需求，同时该记录仪具有小巧便携、应用范围较广等优点，可满足工业现场复杂的测试环境。
本实用新型采用的技术方案为，一种便携式记录仪，包括依次连接的电压调整模块、NI采集模块、数据处理单元和通信模块；
所述电压调整模块用于接收外部输入的电压信号并进行量程调节；
所述NI采集模块用于采集所述量程调节后的电压信号并进行上传；
所述数据处理单元用于接收上传的电压信号并处理，然后经过所述通信模块上传至上位机。
由上，通过本实用新型提供的便携式记录仪可根据测量任务的需求自行配置，实现多种设备的信号采集、分析和处理，满足高量程、高精度、多通道的测量需求，同时该记录仪具有小巧便携、应用范围较广等优点，可满足工业现场复杂的测试环境。
其中，所述数据处理单元采用CompactRIO嵌入式模块，该CompactRIO嵌入式模块包括实时嵌入式控制器、内置FPGA芯片的机箱和复数个I\/O模块；
所述实时嵌入式控制器与所述FPGA芯片连接，该FPGA芯片与复数个I\/O模块以星型拓扑相连接后与实现与上位机及外接设备的通信；
所述机箱设有复数个插槽，所述NI采集模块插接于该机箱上与FPGA芯片进行通信。
由上，CompactRIO嵌入式模块是一种小巧而坚固的工业化控制与采集系统，利用可重新配置I\/O(RIO)FPGA技术实现超高性能和可自定义功能，通过该CompactRIO嵌入式模块可以根据自己的需求自行配置多种设备的信号采集、分析和处理，并且该模块的工作性能和优化特性可与专门定制设计的硬件电路相媲美。
进一步改进，还包括与所述数据处理单元连接的显示模块。
由上，可用于显示记录仪的采集和测量状态，以及处理后的测量数据。
进一步改进，还包括与所述数据处理单元连接的存储模块。
由上，该便携式记录仪可内置存储模块，存储采集数据，也可通过设置一USB接口，通过插接U盘将采集数据存储到U盘内。
进一步改进，还包括一箱体，所述电压调整模块、NI采集模块、数据处理单元和通信模块设置于该箱体内；
所述箱体外部面板上设有与所述电压调整模块连接的复数组输入接口，用于连接外部信号；
每组输入接口对应设有琴键开关，用于进行量程切换。
由上，由于该便携式记录仪常应用于复杂的室外环境中，为保证上述各组成模块不被损坏，将上述各模块设置在一箱体内，通过箱外部面板上的接口实现与其他设备的通信连接，同时，该箱体还具有携带方便、小巧灵活的优点。
其中，所述电压调整模块包括一量程调节电路，该量程调节电路包括电压输入端和电压输出端；
该电压输入端依次串联第一单刀双掷开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二单刀双掷开关后连接电压输出端；
所述电压输入端还串联第三单刀双掷开关后连接至第三电阻与第四电阻的节点；
还包括两个采集端子，分别连接第四电阻的两端，采集电压信号后输出至所述NI采集模块；
所述两个采集端子之间还串联一瞬态抑制二极管。
由上，通过按压琴键开关，来控制对应单刀双掷开关接通或断开，使四个电阻全部或部分接入电路，从而实现电压量程的调节。
附图说明
图1为本实用新型信号采集系统的结构框图；
图2为本实用新型便携式记录仪的模块原理图；
图3为本实用新型便携式记录仪的箱体结构图；
图4为本实用新型电压调整模块的电路示意图。
具体实施方式
本实用新型的主要目的在于提供一种便携式记录仪，通过采用一种开放的测试系统，可以根据自己的需求自行配置多种设备的信号采集、分析和处理。
下面参照附图所示，对本实用新型的工作原理进行详细描述。
如图1所示，本实用新型所提供的便携式记录仪，主要应用于工业现场的信号采集系统中，该信号采集系统主要由依次连接的信号采集单元100、便携式记录仪200和工业计算机300三部分组成；
所述信号采集单元100包括现场的仪表、采集设备和信号设备等；
所述便携式记录仪200的核心为一套可根据现场采集任务进行自行配置和编程的采集系统。
如图2所示，该便携式记录仪包括依次连接的电压调整模块210、NI采集模块220、数据处理单元230和通信模块240；还包括分别与所述数据处理单元230连接的显示模块250和存储模块260；
所述电压调整模块210与外部待测量的设备连接，接收其多路电压信号，并根据电压信号的大小进行量程切换，使测量量程满足电压信号的需求；
所述NI采集模块220根据采集命令，对经由电压调整模块210进入的电压信号进行采集，并上传至数据处理单元230进行内部处理，处理完成的信号可经由通信模块240上传至工业计算机300，在其软件界面进行波形显示，同时数据处理单元230处理后的信号还可进行保存，存储在该记录仪的存储模块260中，该记录仪的工作状态及采集的数据可经由显示模块250进行实时显示；
所述数据处理单元230通过通信模块240与工业计算机300进行通信，接收其控制命令并上传处理后的电压信号，所述NI采集模块220根据数据处理单元230的采集命令通过电压调整模块210采集外部设备的电压信号，同时，该电压调整模块210还可根据外部输入电压信号的大小调整测量量程。
其中，所述数据处理单元230采用CompactRIO嵌入式系统，该CompactRIO嵌入式系统是一种小巧而坚固的工业化控制与采集系统，主要包括一实时嵌入式控制器、带有可编程FPGA芯片的4或8槽可重新配置的机箱和复数个热插拔工业I\/O模块；
所述实时嵌入式控制器采用NIcRIO-9031型号的实时控制器，其内部包含一个工业级控制器，能够可靠而准确地执行LabView实时应用程序，并可提供多速率控制、进程执行跟踪、板载数据存储以及外部通信等功能。另外该实时控制器还配备9～30VDC的冗余电源输入，以太网网口，USB以及RS232接口；
所述FPGA机箱通过其带有的槽口直接与所述NI采集模块插拔连接，可高速访问I\/O电路模块并灵活实现定时、触发和同步等功能，并且，由于每个NI采集模块直连FPGA机箱，而非通过总线连接，因此Compact RIO系统几乎没有控制系统的响应延时问题。
如图3所示，由于该便携式记录仪常应用于外界复杂的环境中，因此为保证使用寿命，该便携式记录仪还包括一箱体，上述电压调整模块210、NI采集模块220、数据处理单元230、通信模块240、显示模块250和存储模块260都设置于该箱体内；
上述箱体的前部面板上具有八组信号输入通道，分别与内部的电压调整模块相连接，可实现8路0-60VDC电压的测量，每组通道包括两个端子，分别用于连接输入电压的正负极，每组通道的下方都设有琴键开关，通过钢琴按键模式，设置大于10V和小于10V的量程，通过按压对应的琴键开关可实现大于10V或小于10V的电压量程的测量，当两个琴键开关均未按下时输入信号为悬空。
所述电压调整模块的电路如图4所示，图中所示的红色端子和黑色端子分别对应上述箱体面板上的信号输入通道的两个端子，其中，红色端子连接输入电压信号的正极，黑色端子连接输入电压的负极，采集端子DB9-pin6和DB9-pin7为最终接入NI采集模块220的电压信号端；
上述红色端子连接单刀双掷开关KeyA的输入端，该单刀双掷开关KeyA的输出端依次串联电阻R4、R3、R2、R1后连接单刀双掷开关KeyB的输入端，该单刀双掷开关KeyB的输出端连接黑色端子；
电阻R1、R2的节点与红色端子之间还串联单刀双掷开关KeyC；
上述R1～R4为分压电阻，其中R1的作用为采样电阻，采集端子DB9-pin6和DB9-pin7分别连接电阻R1的两端；
上述采集端子DB9-pin6和DB9-pin7之间还串联一TVSP6KE11A型号的瞬态抑制二极管，该瞬态抑制二极管是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
电路的工作原理为：
当左边的琴键开关(>10V量程)按下，即电路图中的KeyA与KeyB开关按下时，触点L-2与触点L-3接通，触点L-5与触点L-6接通，输入电压信号V1从红色端子(正极)进入，依次通过R4，R3，R2，R1，从黑色端子(负极)输出，此时采集模块采集R1两端的电压，可计算采集模块采集到的电压信号Vs＝V1*R1\/(R1+R2+R3+R4)；
当右边的琴键开关(<10V量程)按下，即电路图中的KeyC与KeyB开关按下时，触点R-3与触点R-2接通，触点L-5与触点L-6接通，输入电压信号V1从红色端子(正极)进入，只通过R1，从黑色端子(负极)输出，此时采集模块采集R1两端的电压，可计算采集模块采集到的电压信号Vs＝V1。
如上所述，通过按压左边或右边的琴键开关，从而实现大于10V或小于10V的测量量程的切换。
该便携式记录仪通过配合上述工业计算机300上运行的SignalPad软件实现信号采集和控制。该软件的主界面由标题栏、菜单栏、工具栏、界面导航栏、分析视图区和状态栏组成，标题栏显示软件名称以及已打开项目名称。菜单栏和工具栏包含软件的基本功能快捷访问方式。柴油机状态监测系统主要由“采集存储”和“回放分析”两个主界面组成，界面导航栏用来在两个主界面间切换。分析视图区是软件的核心区域，显示信号波形以及分析结果。分析视图区中可包含多个视图，每个视图为一个独立的分析功能，如功率谱、色谱图、瀑布图等。分析视图区包含的视图个数、视图类型、视图位置大小等均可配置。分析视图区的配置可保存和载入。状态栏显示信号回放进度条及信号采集\/回放时间；
通过该SignalPad软件，可实现人机交互、参数配置、数据采集控制、波形显示、数据存储和数据回放等功能。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920080905.2
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209118114U
授权时间:20190716
主分类号:G05B 19/042
专利分类号:G05B19/042;G01R31/00
范畴分类:40E;
申请人:中广核研究院有限公司北京分公司;中国广核集团有限公司;中国广核电力股份有限公司
第一申请人:中广核研究院有限公司北京分公司
申请人地址:100086 北京市海淀区中关村南大街6号中电信息大厦1108室
发明人:常新彩;陶长兴;关济实
第一发明人:常新彩
当前权利人:中广核研究院有限公司北京分公司;中国广核集团有限公司;中国广核电力股份有限公司
代理人:韩登营
代理机构:11017
代理机构编号:北京华夏正合知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计