多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，抬高预设电平的单极性正交方波控制至少2路开关电路的通断，开关电路实现了斩波调幅；调幅后的不同频率的信号经加法运算电路相加后，由单路模数转换器进行模数转换获得数字信号；作为驱动的单极性正交方波信号由于抬高了预设电平，在单极性正交方波信号的低电平部分，相较于噪声改善明显，从而提高了在单极性正交方波信号低电平段，单路模数转换器进行模数转换获得数字信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。本发明专利技术实现了经由单路模数转换器对多路被测信号进行同步采集。

Multi channel lifting level unipolar quadrature square wave modulation signal single path synchronous acquisition device

The invention discloses a multi level elevation unipolar orthogonal square wave modulation signal of single channel synchronous acquisition device, unipolar orthogonal square wave control elevation preset level at least 2 switch circuit, the switch circuit of the chopper modulation signals of different frequency; the amplitude modulated by adder additive, analog conversion of digital signal by single channel analog-to-digital converter; as unipolar square wave signal due to orthogonal drive up a preset level, in the low part of the unipolar orthogonal square wave signal, compared to the noise improved, thereby improving the unipolar orthogonal square wave signal in low level, single channel ADC analog to digital conversion to obtain digital signal to noise ratio, thus improving the digital signal input to the microprocessor in the precision of the microprocessor; digital signal processing, demodulation Signal to be measured. The invention realizes synchronous acquisition of multi-channel signals by a single channel analog to digital converter.

【技术实现步骤摘要】
多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置
本专利技术涉及信号测量领域，尤其涉及一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置。
技术介绍
电压信号等载有信息的变化量，在其自然状态下是以模拟形式表示的，但是，为了便于计算机处理，传输和储存，通常要通过ADC(模数转换器)将其转变为数字信号，因此在信号处理中，模数转换是必不可少的。现有的多路信号采集系统中，通常需采用多片ADC或多路模拟开关搭配单片ADC的方案，前者具有电路复杂，系统功耗高及电路尺寸大的缺点；而后者则会在采集过程中，由于多路开关的切换，引入开关噪声，以及由于多路开关存在建立时间，会导致相邻通道信号之间相互干扰。为了提高信号的采集质量，现有技术中的公告号为CN104811200A，公告日为2015年7月29的专利申请利用单极性正交方波作为激励信号来提高信号采集的质量。由于现有的采集装置无一例外地均采用模数转换器，模数转换器在靠近输入极限(最大或最小幅值)时存在显著的非线性，特别是输入模数转换器的模拟信号电平越低，得到的数字转换结果的不确定度越大。因此，采用单极性正交方波作为激励信号时，在单极性正交方波的低电平部分得到的数字信号的信噪比就很低，从而影响了信号的采集精度。
技术实现思路
为了改进现有技术中的不足，本专利技术提供了一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，本专利技术通过抬高预设电平的单极性正交方波调制信号、以及单路ADC实现对多路信号的模数转换，并得到更高的精度，详见下文描述：一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，所述单路同步采集装置包括：微处理器，所述单路同步采集装置还包括：至少2路开关电路、加法运算电路和单路模数转换器；所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的单极性正交方波；抬高预设电平的单极性正交方波控制至少2路开关电路的通断，至少2路被测信号经过开关电路，所述开关电路由模拟开关和电阻组成，所述开关电路实现了斩波调幅；调幅后的不同频率的信号经所述加法运算电路相加后，由所述单路模数转换器进行模数转换获得数字信号；作为驱动的单极性正交方波信号由于抬高了预设电平，在单极性正交方波信号的低电平部分，单极性正交方波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在单极性正交方波信号低电平段，单路模数转换器进行模数转换获得数字信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；所述微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。其中，所述作为驱动的单极性信号由于抬高了预设电平，在单极性正交方波信号的高电平部分，提高了单路模数转换器进行模数转换获得数字信号的信噪比。其中，所述加法运算电路叠加一个预设直流电压。其中，所述微处理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。其中，混合信号由单路模数转换器转换成数字信号送入微处理器；以4种频率抬高预设电平的单极性正交方波驱动开关电路、采集4路被测信号进行说明：所述微处理器输出控制开关电路的正交方波信号频率分别为2倍f、2倍f、1倍f、1倍f，其中同频率方波的相位相差90°，单路模数转换器的采样频率为fs，且fs＝8f，并保证在最高频驱动信号的高、低电平中间采样；采样频率fS远高于被测信号的变化频率，在最低驱动信号频率的一个周期各路正交方波信号幅值不变，以顺序每8个数字信号为一组进行运算，求得被测信号4倍的信号幅值。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术采用不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的单极性正交方波控制2路开关电路的通断；调幅后的不同频率的信号经加法运算电路相加，以及加上一个预设直流电平后，经单路模数转换器进行模数转换得到较高信噪比的数字信号，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度，相较于
技术介绍
中的公告号为CN104811200A，公告日为2015年7月29的专利申请，本专利技术显著地提高了在单极性正交方波信号低电平段的数字信号的信噪比，从而提高了信号采集的精度，满足了实际应用中的多种需要。附图说明图1为本专利技术提供的一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置的结构示意图；图2为本专利技术提供的抬高预设电平的单极性正交方波的示意图；图3为本专利技术提供的一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号的单路同步采集装置的软件的流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：开关电路；2：加法运算电路；3：单路模数转换器；4：微处理器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，参见图1，该单路同步采集装置包括：至少2路开关电路1、加法运算电路2、单路模数转换器3和微处理器4，微处理器4输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的单极性正交方波，单极性正交方波控制至少2路开关电路1的通断，N(N>＝2)路被测信号经过开关电路1(该开关电路1由电阻和模拟开关组成)，开关电路1用于实现斩波调幅。调幅后的不同频率的信号经加法运算电路2相加，以及加上一个预设直流电平后，由单路模数转换器3进行模数转换获得数字信号。微处理器4对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。其中，开关电路2的数量大于等于2。具体实现时，开关电路2的数量及具体实现形式根据实际应用中的需要进行设定，本专利技术实施例对此不做限制。微处理器1可以采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。其中，由于添加了一个预设直流电平，在单极性正交方波信号的低电平部分，使得经单路模数转换器3进行模数转换得到较高信噪比的数字信号，进而提高了输入到微处理器4中的数字信号的精度。另外，由于抬高预设电平，噪声水平没有变化，在单极性正交方波信号的高电平部分，单极性正交方波信号相较于噪声也有一定的改善，提高了在单极性正交方波信号高电平段的信号的信噪比。进而，由于单路模数转换器3进行模数转换得到较高信噪比的数字信号，进而提高了输入到微处理器4中的数字信号的精度。综上所述，由于本专利技术实施例相对于
技术介绍
中的申请文件，显著地提高了在单极性正交方波信号低电平段的光电信号的信噪比，从而提高了信号采集的精度，满足了实际应用中的多种需要。实施例2一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置的软件方法，参见图2和图3，该方法包括以下步骤：101：混合信号由单路模数转换器3转换成数字信号送入微处理器1；102：微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。为简便说明起见以4种频率的抬高预设电平的单极性正交方波驱动开关电路2、采集4路被测信号为例进行说明，假定被测信号V1、V2、V3和V4对应开关电路1的驱动抬高预设电平的单极性正交方波频率分别为2f、2f、f、f，且V1、V2对应开关电路的驱动方波相位相差90°，V3、V4对应开关电路的驱动方波相位相差90°。。假定单路模数转换器3的采样频率为fS，且fS＝8f，并保证在V1信号高、低电平中间采样。数字信号序列可以表示为：其中，和分别为采集信号V1、V2、V3和V4幅值，为直流分量幅值。假定采样频率fS远高于被测信号的变化频率，在最低驱动信号频率的一个周期可以近似认为各路正交方波信号幅值不变，以最前8个采样数据为例：其中，和分别为V1、V2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，所述单路同步采集装置包括：微处理器，所述单路同步采集装置还包括：至少2路开关电路、加法运算电路和单路模数转换器；其特征在于，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的单极性正交方波；抬高预设电平的单极性正交方波控制至少2路开关电路的通断，至少2路被测信号经过开关电路，所述开关电路由模拟开关和电阻组成，所述开关电路实现了斩波调幅；调幅后的不同频率的信号经所述加法运算电路相加后，由所述单路模数转换器进行模数转换获得数字信号；作为驱动的单极性正交方波信号由于抬高了预设电平，在单极性正交方波信号的低电平部分，单极性正交方波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在单极性正交方波信号低电平段，单路模数转换器进行模数转换获得数字信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；所述微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。

【技术特征摘要】
1.一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，所述单路同步采集装置包括：微处理器，所述单路同步采集装置还包括：至少2路开关电路、加法运算电路和单路模数转换器；其特征在于，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的单极性正交方波；抬高预设电平的单极性正交方波控制至少2路开关电路的通断，至少2路被测信号经过开关电路，所述开关电路由模拟开关和电阻组成，所述开关电路实现了斩波调幅；调幅后的不同频率的信号经所述加法运算电路相加后，由所述单路模数转换器进行模数转换获得数字信号；作为驱动的单极性正交方波信号由于抬高了预设电平，在单极性正交方波信号的低电平部分，单极性正交方波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在单极性正交方波信号低电平段，单路模数转换器进行模数转换获得数字信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；所述微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。2.根据权利要求1所述的一种多路抬高电平单极性正交方波调制信号单路同步采集装置，其特征在于，所述作为驱动的单极性信号由于抬高了预设电平，在单极性正交方波信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，杨悦，林凌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12