[发明专利]一种数据采集设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量信号大小的数据采集技术，尤其涉及通过模数转换来对动态信号进行测量的数据采集设备及数据采集方法。

背景技术

现有的具有多种量程的数据采集设备一般包括一个放大器和一个模数转换器，其中放大器对测量信号进行放大，随后模数转换器将经过放大器放大的模拟信号转换为数字信号，以实现信号采集。由于模数转换器的输入电压范围和精度是一定的，而在实践中测量信号的大小则可能变化很大，为保证信号测量的精度（主要表现为信噪比），需要在不同量程下进行测量。

在数据采集设备中，为了适应测量信号的大小，一般会根据所测量信号的大小来设置合适的放大器放大倍数，从而可以实现不同量程的信号测量（量程 = 模数转换器输入电压范围 / 放大倍数）。因此在数据采集设备中，对于较大的信号，为放大器设置较小的放大倍数以获得较大的量程，从而保证信号不会过载；而对于较小的信号，则为放大器设置较大的放大倍数以获得较小的量程，从而保证信号不会欠载（即信噪比不足）。

然而，在现有的数据采集设备中，通常需要人工地调节放大器的放大倍数而不能根据信号大小自动地切换到合适的放大倍数和量程。因此，在设置放大器的放大倍数之前，通常需要根据经验、预实验、仿真计算等方法预知测量信号的大小，然后通过手动旋钮方式设置放大倍数。这种方式导致数据采集设备无法自动进行工作。

另外，在现有的数据采集设备中采用了软件程序控制等方式来设置放大倍数。这种控制方式虽然减少了手动操作，但是仍然无法实现自动量程，对于快速变化的动态信号更是如此。这是因为放大器属于电子元器件，在改变参数之后都必须经过一段时间才能达到稳定。所以在连续实时测量过程中，若改变放大器的放大倍数，则达到稳定之前的一段时间内，其测量数据是不可靠的。因此该控制方式无法提供具有足够精度的信号采集结果。

因此，所需要的是一种可以根据信号大小自动切换量程，并还可以保证信号测量精度的新数据采集设备以及数据采集方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决或者减缓上述问题的数据采集设备和数据采集方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种数据采集设备，包括输入端，用于接收测量信号；多个放大器，其中每个放大器具有不同的放大倍数并耦接到输入端来接收测量信号，每个放大器分别对所接收的测量信号进行放大以输出具有不同放大倍数的放大信号；多个模数转换器，每个模数转换器耦接到相应的放大器，以便对相应放大器输出的放大信号进行模数转换以获得经转换的数字放大信号；以及控制器，耦接到多个模数转换器中的每个模数转换器以接收来自相应放大器的数字放大信号，其中控制器根据测量信号的大小和相应模数转换器的输入电压范围来选择来自多个放大器之一的数字放大信号作为输出信号。

可选地，在根据本发明的数据采集设备中，控制器在多个放大器当中选择具有最大的、不会导致测量信号的大小和放大倍数的乘积超出输入电压范围的放大倍数的放大器所输出并经由相应模数转换器转换的数字放大信号作为输出信号。

可选地，在根据本发明的数据采集设备中，多个放大器包括不对测量信号进行放大的单倍放大器。

可选地，在根据本发明的数据采集设备中，多个放大器包括2个放大器、3个放大器或者4个放大器，以及多个放大器还包括100倍放大器、10000倍放大器和1000000倍放大器中的一个或者多个。

可选地，在根据本发明的数据采集设备中，多个模数转换器为12位、16位或者24位模数转换器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种适于在数据采集设备中采集信号的数据采集方法，该数据采集设备包括输入端、耦接到输入端的多个具有不同放大倍数的放大器、多个模数转换器以及控制器，其中多个模数转换器中的每个模数转换器耦接在所述多个放大器之一和控制器之间，该数据采集方法包括步骤：经由所述输入端接收测量信号；同时由多个放大器中的每个放大器对该测量信号进行放大，并由相应的模数转换器进行模数转换，并且将经转换后的、具有不同放大倍数的放大信号输入到控制器中；以及在所述控制器中选择具有最大的、不会导致所述测量信号的大小和放大倍数的乘积超出相应模数转换器的输入电压范围的放大倍数的数字放大信号作为输出信号。