[发明专利]一种便携式工程与信号分析仪及其分析方法

说明书

本发明涉及一种便携式工程与信号分析仪及其分析方法，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。它包括模拟信号调理电路、模数转换器、微控制器、工业串口屏、存储模块、传感器激励模块、通信接口、锂电池和电源管理模块微控制器分别与模数转换器、工业串口屏、存储模块和通信接口连接；模拟信号调理电路的输出端与模数转换器的输入端连接，传感器激励模块的输出端与模拟信号调理电路的输入端连接，锂电池与电源管理模块连接。解决了目前便携式数据采集设备无法在传感器安装前和安装过程中，对传感器自身的工作状态和工作环境进行直观的监控和显示。

技术领域

本发明涉及一种便携式工程与信号分析仪及其分析方法，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术

现有技术：目前监测、检测领域的传感器安装调试，都是采用常规的便携式数据读数仪进行传感器安装前后好坏的判断。而传统的振弦式传感器读数仪，只能在传感器工作正常的条件下，读取数据，如果传感器异常，也无法立即得知异常的原因，进而无法在短时间内给出解决方案，一般只能重新安装传感器。比如，一款振弦式应变计或RS485型传感器在结构表面安装完成后，使用便携式数据读数仪只能读出当前的一个数值显示的结果，通过比较该数值是否在合理的范围内来判断传感器在安装完成后是否有异常。该方法存在几个问题会导致传感器的安装成功率、存活率降低。1、测量的数值结果只能代表在测量的那一时刻，数据能够读取到，不能判断数据是否被干扰信号影响的可能，干扰对信号的影响会导致不能读取到真值，而是一个被干扰的误差较大的假值；2、这种方法只能在传感器安装完成后才能进行判断，如果传感器安装完成后工作环境存在干扰等因素，则需要重新安装，费时费力；3、传统方法无法诊断和分析传感器的工作电磁环境，也就无法给出传感器的预防措施和方案。

发明内容

针对上述的问题，本发明为了解决目前传感器在安装过程前后，没有有效的工具对传感器的工作状态和工作环境进行判断，而开发了一种能够在传感器安装前，通过频谱识别的便携式工程与信号分析仪及其分析方法，确定其工作状态是否异常以及工作环境中是否存在电磁干扰。并且能够通过内部电路实现传感器即信号线缆的故障诊断判断。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种便携式工程与信号分析仪，它包括模拟信号调理电路、模数转换器、微控制器、工业串口屏、存储模块、传感器激励模块、通信接口、锂电池和电源管理模块；

微控制器分别与模数转换器、工业串口屏、存储模块和通信接口连接；

模拟信号调理电路的输出端与模数转换器的输入端连接，传感器激励模块的输出端与模拟信号调理电路的输入端连接，锂电池与电源管理模块连接。

一种便携式工程与信号分析仪的分析方法，微控制器通过控制模数转换器采样转换模拟信号调理电路的振弦信号，并进行FFT运算得到信号频谱数据，再通过工业串口屏定时刷新显示频谱数据，同时频谱数据存储在存储模块内再通过通信接口导出到外部的设备。

进一步的，工业串口屏实时显示振弦传感器的频谱数据。

进一步的，微控制器通过将采样得到的数据进行FFT变换得到频谱数据并传输给工业串口屏。

进一步的，微控制器通过通信接口将存储在存储模块内的频谱图片发送出去。

进一步的，模拟信号调理电路采用单电源信号链设计，通过电源管理模块输出的单极性电源提供能量。

1、模拟信号调理电路包括①传感器信号切换电路，用于实现激励信号与传感器感应信号的切换，实现在信号处理时间轴上的时分复用。②放大电路，用于将微弱的振弦信号放大，提高信号的信噪比和抗干扰能力。③低通滤波器和高通滤波器，用于滤除工频干扰以及高频干扰信号。由于振弦式传感器的信号频率输出范围是400~4000Hz，所以实际设计的滤波器的截止频率也是按照传感器的频率输出范围确定的。