[发明专利]基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪

权利要求书

1.基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：包括振动采集卡、PXI工控机、显示器；

所述PXI工控机包括PXI机箱、PXI背板、系统控制卡和电源；

其中PXI机箱为振动采集卡提供了坚固构架，方便振动采集卡的插入，PXI机箱内部设有系统控制卡、PXI总线、电源和PXI背板；PXI背板包括PCI总线、定时总线以及触发总线，为系统控制卡和振动采集卡提供数据交换通道；系统控制卡选择带有Windows操作系统的嵌入式控制器，且与机箱中的PXI总线相连接，接收和处理PXI总线上的数据；

振动采集卡通过PXI总线与机箱中的背板连接，采集振动传感器测量的振动信号；振动采集卡有8个振动采集通道可实现同步采样，每通道采样率为312Ksps，采样精度为24bit，用于在线监测变压器的振动信号；

FPGA：振动采集卡有8个振动信号测量通道，且每个通道的带宽较高，因此选用FPGA进行数据采集和传送；

SRAM：在总线繁忙、数据暂时无法发送时，用来缓存数据，待总线空闲时再发送；

PCI桥：作为FPGA与PCI总线之间的桥接芯片，将采集到的振动数据转换为PCI协议所规定的格式，传输到PCI总线上，工控机再从PCI总线上读取这些振动数据；

PXI接口：PXI接口是PCI的一种扩展，在数据协议上与PCI一致。不过PXI接口提供了时钟信号和同步总线，能够做到卡与卡之间ns级的同步。

2.按照权利要求1所述基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：所述振动采集卡其中的每个通道包括振动传感器、信号调理电路、ADC模数转换器；振动传感器采用ICP型振动传感器，信号调理电路为振动传感器提供硬件滤波，去掉偏置电压、抗混叠，并将振动信号调制成频率在0.2～15kHz范围内、振幅在-5～+5V范围内的差分信号，便于ADC处理；ADC选用Σ-Δ型ADC，其最高采样率设计为312Ksps，采样精度24位；LEDs:信号灯显示设备的工作状态；电源为整个系统提供电源，保证整个系统的稳定运行，同时为ICP型振动传感器提供4mA的恒流源；振动采集卡有8个振动信号测量通道，且每个通道的带宽较高，因此选用FPGA进行数据采集和传送。

3.按照权利要求2所述基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：所述信号调理电路包括滤波器，振动传感器得到的信号经六阶贝塞尔高通有源滤波器和一阶高通无源滤波器级联形成滤波器，滤除包括电源噪声在内的高频信号。

4.按照权利要求2所述基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：所述ADC采用AD7764，具有312.5KHz采样率，24bit精度，振动信号通过滤波器去除偏置电压后利用ADC内部集成的差分运放搭建差分放大电路，将±5V的振动信号调制成±3.2768V的差分信号，提高信号的抗干扰能力，供ADC直接处理，ADC使用SPI接口通信，采用菊花链连接，每两个ADC形成一条菊链，这样可以有效节约FPGA的逻辑资源，节省走线条数。

5.按照权利要求1所述基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：所述的PCI和PXI中，PCI9054作为PCI桥接芯片，支持33MHz的PCI总线频率。它将FPGA采集到的振动信号进行数据格式转换，变成符合PCI规范的电气信号，并将这些信号传输到PCI总线上。PCI9054挂接一块EEPROM芯片—93LC56B，用于储存总线的配置信息，掉电不丢失；PXI接口由两部分组成，一部分是PXI-J1接口，其电气规范和PCI接口一样，只是机械连接方式不再使用金手指，而是采用针脚连接方式，更加稳定可靠；另一部分是PXI-J2接口，该接口是对PCI总线的扩展，提供了一个10MHz的时钟信号、一个星形信号、8根触发总线。这些总线在背板上等长走线，保证了各个采集卡之间的ns级同步要求。

6.按照权利要求1所述基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：所述振动采集卡设备需要24bit的振动信号采集精度，所以在模拟电路部分采用对地敷铜的方式进行防护布线，并且每1英寸设置3个对地短路过孔来减小线间串，路板为4层板，其中蓝色区域为GND层，整层铺铜处理，红色为TOP Layer层，红色区域为对地敷铜的防护布线区，通过在Top Layer对模拟信号区域大面积的对地铺铜，可以有效减小串扰、保证信号完整性。

7.按照权利要求1所述基于FPGA的PXI接口多通道变压器振动测试仪，其特征在于：所述振动采集卡的内存控制，是利用FPGA的内部RAM通过硬件语言搭建一个FIFO存储器，定义写指针超前读指针的地址个数为剩余深度，表示FIFO中还有多少数据没有被读走，读指针会等待写指针，永远位于其后。