[发明专利]一种基于以太网的分布式变采样率同步数据采集装置

说明书

技术领域

本发明属于同步数据采集技术领域，特别是涉及一种基于以太网的分布式变采样率同步数据采集装置。 

背景技术

数据采集装置亦称数据采集系统被广泛应用于信号处理、通信、自动测试以及智能仪器等领域，其中在很多场合下往往要求对一些相关信号同时测量，通过相应的分析后得到信号间的相关信息，这就要求数据采集系统或装置能够进行同步采集。另外，由于上述多种场合下需要同步采集的信号数量多则上百路，少则一二路，且根据应用场合的不同，需要同步采集的信号之间各自变化频率也差异很大，既有快变信号也有慢变信号，如果所有信号均采用同一个采样频率，则由采样定理可知该采样频率只能由输入信号中频率最高的信号决定。这显然对于慢变信号来说是一种明显的资源浪费，尤其是当输入信号数量较多时，上述方案会对采集系统或装置的存储容量和/或传输速度造成很大的压力，甚至会显著影响系统的性能指标。由此得出解决问题的基本思路是，采用变采样率技术以及分布式、模块化的同步数据采集装置可获得更好的采集、存储和传输效率，其中，变采样率技术是指在满足无失真采样的前提下，针对快变信号采用的高采样时钟和针对慢变信号采用的低采样时钟呈整数倍关系且时间同步。分布式、模块化的设计思想可使同步数据采集装置通过良好的可裁剪性在输入信号数量较少时仍然具有很高的性价比，同时基于模块化思想也能满足输入信号数量很大时的要求。 

目前现有的分布式同步数据采集装置一般分为两种类型：一是各个同步采集模块相距较远，互相之间的同步通常需要通过GPS来实现；二是各个同步采集模块相距较近，通常通过公用的同步采集时钟信号实现互相之间同步。但根据已公开的文献或报道来看，现有分布式同步数据采集装置如采用GPS实现同步的数据采集系统，存在系统结构复杂、数据传输慢和价格偏高的明显不足；第二，均未采用上述变采样率技术，当输入信号数量较大时，系统性能指标将受到严重影响；第三，现有分布式同步数据采集装置数据通信接口大多采用RS-485、USB或PCI等总线方式，存在传输速度慢或必须采用插卡形式等明显不足。 

中国专利申请201210592591.7提出了一种“高速同步数据采集卡”，该方案采用母板和多组子板的结构，母板采用FPGA作为主控芯片，虽具有模块化功能，但该方案中采集缓存后的数据最后需要通过PCI总线桥传输至主机，实际使用时必须要有适用于PXI机箱的主机插卡，否则系统无法使用，且系统中没有采取信号隔离技术，同时无变采样率功能，无法满足不同应用场合的需求。 

中国专利申请201210124366.0提出了一种“变压器振动监测系统”，该系统采用六路同步数据采集方案，并且采用线性光耦隔离传输振动信号，虽具有较好的抗干扰性能，但该方案最大的缺点在于模块化功能较弱，可扩展性差，无法满足不同应用场合的需求。 

中国专利申请200610045690.8提出了一种“分布式网络化数据采集装置”，该装置由多个数据采集装置与主控机组成，采用分布式数据采集网络、多卡组网操作，适用于需要在大区域内的多点数据采集。该装置虽以网络结构可采集高速信号，但无法方便地实现变速率采样、大数据量采集和同步数据采集，且采用光耦隔离方案，不具有高速数据传输性能。 

中国专利申请：200810022841.7提出了一种“多通道、高精度数据采集器”，该装置由微处理器模块、模拟测量模块、电源电路、隔离电路等构成，各数据模块与上位机通过MODBUS总线连接，虽可实现同步数据采集，各通道的测量精度可达到千分之一的测量精度，但数据采集通道很少，不能满足大多数应用场合的需要，且数据传输速率低和采集数据量少。 

综上所述，当今电子通信工程中虽然存在着大量的需要确定待测信号时序和逻辑关系、且输入通道数多、数据量大的应用场合，但未见在同一个装置中能够同时集成有分布式、模块化、变采样率、磁隔离、差分同步和网络数据传输技术的研究成果。因此，如何克服现有技术的不足已成为当今同步数据采集技术领域亟待解决的重点难题之一。 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种基于以太网的分布式变采样率同步数据采集装置，本发明能够满足多通道、分布式、变采样率和同步数据采集的需要，且配置灵活、可裁剪性强，各个同步数据采集模块的同步误差极小，能够保持严格的同步相参关系。