传感器、采样/保持器、模/数转换器的参数指标对系统的频响范围有较大影响,选型时应从整体上权衡各部件的性能,寻求成本和速率的最佳值。
为了既提升测量精度又减小对测量速度的影响,系统采用全硬件的高速动态放大方式。
3、 系统结构与关键技术
首先进行功能分析,规划出系统的体系结构,列出各构件模块,然后进行底层的具体设计,最后完成系统的整合。测桩仪的结构示意图如图1所示。
测桩仪设备包含的功能模块有数据采集、数据处理(含数字滤波、分析处理、图形显示及报表打印)、数据存储,外部还需配备击锤及传感器。测桩仪的信号输入接口有3个,分别为速度传感器、有源和无源加速度传感器,它们通过模拟多路选择器选定一路有效信号进入模拟低通滤波器。滤波后的信号通过采样保持器后分为二路,一路进入低精度的模/数转换比较器,实时监测信号的幅值范围并报告给控制单元,由其产生出相应的放大系数,对可编程放大器进行设置。另一路首先通过可编程放大器进行放大,然后进入高精度模/数转换比较器,最后由控制单元设定放大系数并与放大信号同步存储。数据采集部分的结构框图如图2所示。
一个采样周期后,控制单元向处理器ARM申请中断,处理器读取数据信息后完成数据的预处理分析和图形显示,通过USB接口向上位机传输数据,以获得完整的数据分析和报表打印服务。数据处理和数据存储部分的结构框图如图3所示。