【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体而言，尤其涉及一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统及方法。
技术介绍
1、薄膜热电偶温度传感器是随着薄膜材料的技术发展而出现的一种新型温度传感器。与普通热电偶相比，薄膜热电偶具有典型的二维特性，其热结点厚度仅为微纳米量级，具有热容量小，温度响应迅速(响应时间为ns级)的特点，广泛用于需要准确测量瞬态温度变化的场合。
2、在测温原理上，薄膜热电偶与普通热电偶相同，即在测量同时需要进行冷端补偿工作，以保证测温结果的准确性。在测温方法上，薄膜热电偶和普通热电偶的区别在于：第一，薄膜热电偶以其响应迅速的特点，主要用于瞬变温度的测量，根据采样定理，其电子测量装置的采样频率至少应为待测瞬变温度信号最高频率分量的两倍以上，才能保证不失真的测量；第二，由于普通热电偶所使用的块体材料和薄膜热电偶所使用的薄膜材料的塞贝克系数不尽相同，因此薄膜热电偶的分度表和普通热电偶的分度表也不尽相同，普通热电偶经过冷端补偿后，使用待测温度与冷结点温差电动势求和后的结果反查待补偿热电偶的分度表，即可求得工作端的待测温度，而薄膜热电偶测温和冷端补偿中需要使用自行标定的薄膜热电偶专用的分度。
3、就目前而言，薄膜热电偶的电子测量装置的主要方案为：在信号调理电路方面，使用适用于普通热电偶的集成信号放大、冷端补偿和模拟-数字量转换的专用器件方案或使用集成信号放大和冷端补偿的信号调理器件同时模拟-数字量转换器件外置的方案。在数据传输手段方面，多使用zigbee、蓝牙或串行端口的方式进行数据传输。
4、以
技术实现思路
1、根据上述提出现有薄膜热电偶温度信号采集装置的采集速度与薄膜热电偶瞬态响应的特性不匹配、硬件通用性不强、采集速度不高、采集精度低以及硬件部署过程繁琐的技术问题，而提供一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统。其中，高速体现在系统中选用了高速adc芯片且作为主控的fpga芯片具有处理高速数据的能力；高精度体现在选用的adc芯片的位数足够高且主控fpga具备多路并行接收数据的能力。本专利技术采用分离式上、下位机的结构方案，上、下位机之间通过以太网进行连接，其中采集薄膜热电偶瞬态电压的fpga系统作为下位机，运行有数据处理和显示记录软件程序的微型计算机作为上位机，并根据薄膜热电偶的种类，由软件程序灵活选择不同的分度表以完成冷端补偿工作。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统，包括：fpga系统和与fpga系统通过以太网连接的微型计算机，其中：
4、所述fpga系统，连接薄膜热电偶温度传感器，用于接收薄膜热电偶温度传感器采集的薄膜热电偶所产生的瞬态电压，并对瞬态电压数据进行处理；
5、所述微型计算机，用于接收所述fpga系统传送的处理后的薄膜热电偶瞬态电压数据，并对数据显示记录。
6、进一步地，所述fpga系统包括下位机主控芯片、信号调理模块、数字接口模块、辅助器件、数据总线和信号总线，其中：
7、所述下位机主控芯片，为现场可编程门阵列(fpga)，用于数据处理，与薄膜热电偶温度传感器、信号调理模块和数字接口模块通过接口驳接；
8、所述信号调理模块，用于放大薄膜热电偶所产生的瞬态电压和温度信号，经过滤波并将薄膜热电偶产生的电压和热电偶表示的温度信号转换为数字量；
9、所述数字接口模块，用于协助下位机主控芯片与微型计算机之间的通信；
10、所述辅助器件，用于为下位机主控芯片、信号调理模块、数字接口模块提供稳定电源和稳定时钟信号；
11、所述数据总线，连接信号调理模块和数字接口模块，用于传递薄膜热电偶产生的瞬态电压数据；
12、所述信号总线，用于传递下位机主控芯片向外围器件的控制信号。
13、进一步地，所述信号调理模块包括二阶有源滤波器、8路增益可调放大器和8路电压模拟-数字转换器，其中：
14、所述二阶有源滤波器，用于滤除环境中产生的杂波，排除干扰；
15、所述8路增益可调放大器，用于放大薄膜热电偶产生的电压；
16、所述8路电压模拟-数字转换器，用于将8路增益可调放大器放大后的薄膜热电偶的电压转换为数字量。
17、进一步地，所述数字接口模块包括以太网phy芯片和rj45网口，用于实现fpga系统和微型计算机的以太网通讯。
18、进一步地，所述辅助器件包括5ppm高精密低温漂参考电压源ref6041和电压跟随器opa191，其中：
19、所述电压跟随器opa191为各部件供电的集成稳压器，采用低噪声、低压差的集成线性稳压器件lt1963a，为整套装置提供稳定的工作电源。
20、本专利技术还提供了一种基于所述基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统实现的温度信号采集方法，包括：
21、s1、协助fpga系统与微型计算机通讯，接收薄膜热电偶温度传感器采集的薄膜热电偶所产生的瞬态电压，并对瞬态电压数据进行处理；
22、s2、接收处理后的薄膜热电偶瞬态电压数据，并对数据显示记录。
23、进一步地，步骤s1，具体包括：
24、s11、配置传输的fpga系统和微型计算机的ip地址及端口号；
25、s12、传递来自操作者的采集开始或停止指令；
26、s13、接收来自薄膜温度传感器和电压模拟-数字量转换器的薄膜热电偶温度数据；
27、s14、放大薄膜热电偶所产生的瞬态电压和温度信号，经过滤波并将薄膜热电偶产生的电压和热电偶表示的温度信号转换为数字量。
28、本专利技术还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述温度信号采集方法。
29、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
30、1、本专利技术提供的一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统，其数据的采样速度较高，能够满足不失真测量薄膜热电偶采集到的瞬变温度信号的条件。
31、2、本专利技术提供的一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统，其前置放大器的增益可程控选择，能够在不更改硬件的前提下可完成多种材料组成的薄膜热电偶的电压放大；其热电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于FPGA的高速、高精度温度信号采集系统，其特征在于，包括：FPGA系统和与FPGA系统通过以太网连接的微型计算机，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高速、高精度温度信号采集系统，其特征在于，所述FPGA系统包括下位机主控芯片、信号调理模块、数字接口模块、辅助器件、数据总线和信号总线，其中：
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的高速、高精度温度信号采集系统，其特征在于，所述信号调理模块包括二阶有源滤波器、8路增益可调放大器和8路电压模拟-数字转换器，其中：
4.一种基于权利要求1-3中任意一项权利要求所述基于FPGA的高速、高精度温度信号采集系统实现的温度信号采集方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的温度信号采集方法，其特征在于，步骤S1，具体包括：
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求4至5中任一项权利要求所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统，其特征在于，包括：fpga系统和与fpga系统通过以太网连接的微型计算机，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统，其特征在于，所述fpga系统包括下位机主控芯片、信号调理模块、数字接口模块、辅助器件、数据总线和信号总线，其中：
3.根据权利要求2所述的一种基于fpga的高速、高精度温度信号采集系统，其特征在于，所述信号调理模块包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔云先，冯纹睿，崔奇，殷俊伟，王浩宇，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：
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