[实用新型]一种基于FPGA的出砂信号同步采集系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的出砂信号同步采集系统，其特征在于，所述系统包括：由至少两个超声波信号传感器组成的传感器阵列、数据采集电路、逻辑控制电路以及数据处理电路；其中，所述传感器阵列设置于待检测的油气井内的管道外壁；所述数据采集电路将所述传感器阵列采集到的输出信号转换为数字信号；所述逻辑控制电路对所述数据采集电路的时序进行控制，并基于设定阈值将所述数字信号进行筛选并缓存；所述数据处理电路对所述逻辑控制电路所缓存的筛选完毕的数字信号进行数据处理，从而获得能够表征出砂率的处理数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集电路包括数据预处理电路和模拟信号-数字信号A-D转换电路；其中，所述数据预处理电路包括N路相同的单端至差分转换电路，所述A-D转化电路包括N/2个双通道A-D转换芯片；N表示传感器阵列中超声波传感器的数量；

所述逻辑控制电路通过现场可编程门阵列FPGA芯片实现时序控制，并且FPGA芯片数量为双通道A-D转换芯片数量的一半；所述数据处理电路采用ARM处理器通过算法程序进行数据处理，获得能够表征出砂率的处理数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，每个所述FPGA芯片包括控制子系统以及若干个双口随机存取存储器RAM；其中，所述A-D控制器用于控制对应的A-D转换电路的数据采集，所述双口RAM用于存储对应的A-D转换电路所采集到的数据。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述逻辑控制电路与所述数据处理电路之间通过可变静态存储控制器FSMC进行通信。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集电路、所述逻辑控制电路以及所述数据处理电路利用Cadence软件进行4层板布局布线，并且通过模块复用的方式分别对所述数据采集电路中的数据预处理电路和A-D转换电路、所述逻辑控制电路之间进行完全相同的布局布线策略，从而使各路通道的信号所传输的路径相同，最大程度避免路径因素引入延时误差。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述A-D转换芯片之间采用一片同源时钟同时对多个A-D转换芯片进行驱动，且通过严格的等长布线规则，使采样时钟能够同步到达各个A-D转换芯片；对于A-D转换芯片的配置电路则同样采用等长布线策略来最大程度减少配置延时误差。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，通过所述FPGA芯片对由A-D控制器组成的控制子系统进行编写逻辑，以实现对A-D转换芯片器件的同步配置。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述ARM处理器利用交互信号复用线传输同步逻辑信号，使每片FPGA芯片中的4个双口RAM的数据读、写使能均能够进行同步控制，以利用程序逻辑实现两片FPGA芯片的联合工作以及多通道的数据同步采集和缓存过程。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对于每路通道，在阈值触发前后各取512个数据点进行存储和处理；并且对每路通道都采用FPGA芯片内部的双口RAM进行数据缓存，存储深度均为1024，按照相同的并联编组方式组成，从而在逻辑上表现为并行的数据存储通道供FPGA芯片选择使用，FPGA芯片通过响应ARM通过交互信号所发来的命令控制由双口RAM组成的存储模组的运行。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，多通道数据的存储结构结合ARM的FSMC通信协议与FPGA芯片的双口RAM的IP核特性，采用高位交叉编址、多体并行的方式进行数据的高速并行传输。