專利名稱：一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓力測(cè)量領(lǐng)域，涉及到一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)字壓力測(cè)量裝置是上世紀(jì)八十年代末發(fā)展起來(lái)的測(cè)壓新技術(shù)，它將現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和在線校準(zhǔn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，用于壓力測(cè)量，使得壓力測(cè)量技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。同傳統(tǒng)的機(jī)械式壓力測(cè)量系統(tǒng)相比較，由于其測(cè)量精度高，通道多，掃描速度快、能耗低以及智能化等特點(diǎn)，數(shù)字壓力測(cè)量模塊已經(jīng)取代機(jī)械式壓力測(cè)量成為目前主流測(cè)壓趨勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用。其主要用于飛行器的在線測(cè)試、風(fēng)洞測(cè)試、飛行測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試等有關(guān)氣體流動(dòng)參數(shù)的壓力測(cè)試，我國(guó)每年都要引進(jìn)上千個(gè)通道的數(shù)字壓力測(cè)量模塊，用于航空、航天等領(lǐng)域的試驗(yàn)測(cè)試。數(shù)字壓力測(cè)量技術(shù)，在我國(guó)航空航天科研工作發(fā)揮了重要的作用。美國(guó)在機(jī)械式壓力測(cè)量模塊的基礎(chǔ)上研制了數(shù)字壓力測(cè)量模塊，產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，目前國(guó)際上數(shù)字掃描壓力測(cè)量技術(shù)市場(chǎng)基本上被兩家美國(guó)公司(PSI公司和Scanivalve)所壟斷，一套進(jìn)口設(shè)備動(dòng)輒幾十到幾百萬(wàn)元不等，成本頗高，且面臨維修服務(wù)難保證的問(wèn)題。在多年的使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)一些亟需解決的技術(shù)問(wèn)題，如:網(wǎng)絡(luò)連接及傳輸失敗，數(shù)據(jù)同步問(wèn)題等。但國(guó)內(nèi)目前又沒(méi)有成熟的產(chǎn)品，雖然一些科研院所對(duì)電子壓力掃描測(cè)量技術(shù)開(kāi)展了大量的研究工作，如西北工業(yè)大學(xué)也曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)DSY128電子壓力測(cè)量系統(tǒng)，但由于測(cè)量穩(wěn)定性較差，精度相對(duì)較低，通訊落后，難以滿足科研要求，不能形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是:為了解決現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量穩(wěn)定性差、精度相對(duì)較低、系統(tǒng)繁瑣、通訊落后等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種精度較高，穩(wěn)定性好、通訊先進(jìn)的高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，由電源模塊1、閥體模塊2，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4以及數(shù)據(jù)采集模塊5四部分組成，其中，所述第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4安裝在閥體模塊2內(nèi)部,第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4分別采用16芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊5上；電源模塊I采用5芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊5上。所述的閥體模塊2提供壓力信號(hào)通道，并將壓力信號(hào)提供給第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4 ；第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4均含有8個(gè)壓力傳感器31 ;第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4均包括兩個(gè)0P400芯片提供激勵(lì)電流；第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4均包括兩個(gè)MAX307芯片，其中一個(gè)MAX307芯片用于壓力通道選擇，MAX307芯片連接到一個(gè)AD620芯片用于差分輸出及信號(hào)放大，另一個(gè)MAX307芯片用于溫度通道選擇，MAX307芯片連接到另一個(gè)AD620芯片用于1:1差分輸出；數(shù)據(jù)采集模塊5包括多路復(fù)用開(kāi)關(guān)51、信號(hào)調(diào)理模塊52、A/D轉(zhuǎn)化模塊53、內(nèi)部總線54、EM9160處理器55及邏輯選擇器56 ；EM9160處理器55含有網(wǎng)絡(luò)適配器551，采用以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)通過(guò)多路復(fù)用開(kāi)關(guān)51進(jìn)行溫度、壓力信號(hào)選擇，進(jìn)入信號(hào)調(diào)理模塊52進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)化模塊53轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)化模塊53通過(guò)內(nèi)部總線SPI總線與EM9160處理器相連。優(yōu)選地，還包括一個(gè)外部硬件同步觸發(fā)接口 57連接到EM9160處理器55的外部中斷控制端。優(yōu)選地，所述多路復(fù)用開(kāi)關(guān)51為MAX308芯片。優(yōu)選地，所述邏輯選擇器56為可編程邏輯選擇芯片GAL168D，輸入端連接于EM9160處理器55的I/O 口，輸出端連接到MAX308芯片及兩個(gè)MAX307芯片的控制端。優(yōu)選地，所述電源模塊由兩個(gè)DC/DC開(kāi)關(guān)電源組成，采用24V直流供電，分別提供模擬電源輸出±15V和數(shù)字電源輸出5V。優(yōu)選地，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4米用機(jī)械配合固定于閥體模塊2內(nèi)部，兩者之間的密封采用密封圈密封。優(yōu)選地，所述壓力傳感器31包括有一個(gè)溫度補(bǔ)償電阻310。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)單模塊測(cè)量或多模塊同時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償，具有高精度測(cè)試能力，滿量程誤差小于±0.05%，能夠達(dá)到每通道IOOHz并且具有硬件同步觸發(fā)功能，可以實(shí)現(xiàn)多模塊同時(shí)采集。

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為傳感器模塊原理框圖；圖3為壓力傳感器示意圖。其中，1-電源模塊，2-閥體模塊，3-第一傳感器模塊、4-第二傳感器模塊、31-壓力傳感器，310-溫度補(bǔ)償電阻，5-數(shù)據(jù)采集模塊，51-多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、52-信號(hào)調(diào)理模塊、53-A/D轉(zhuǎn)化模塊、54-內(nèi)部總線、55-EM9160處理器，551-網(wǎng)絡(luò)適配器、56-邏輯選擇器、57-外部硬件同步觸發(fā)接口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述，請(qǐng)參閱圖1至圖3。如圖1所示，一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，為了提高裝置硬件的可以移植性和性價(jià)比，裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，由電源模塊1、閥體模塊2，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4以及數(shù)據(jù)采集模塊5四部分組成。其中，所述第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4安裝在閥體模塊2內(nèi)部，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4和數(shù)據(jù)采集模塊5分別設(shè)計(jì)有雙排16針插針，采用16芯排線連接；電源模塊I設(shè)計(jì)有插針單排5針插針采用5芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊5插針上。所述的閥體模塊2提供壓力信號(hào)通道，并將壓力信號(hào)提供給第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4。如圖2所示，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4均含有8個(gè)壓力傳感器31 ;第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4均包括兩個(gè)0P400芯片提供激勵(lì)電流；第一傳感器模塊
3、第二傳感器模塊4均包括兩個(gè)MAX307芯片，其中一個(gè)MAX307芯片用于壓力通道選擇，MAX307芯片連接到一個(gè)AD620芯片用于差分輸出及信號(hào)放大，另一個(gè)MAX307芯片用于溫度通道選擇，MAX307芯片連接到另一個(gè)AD620芯片用于差分輸出；第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4將外部壓力、溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理在壓力傳感器31上產(chǎn)生隨壓力變化的電壓信號(hào)或隨溫度變化的電壓信號(hào)，MAX307芯片進(jìn)行壓力溫度選擇后，電壓、溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)高精度儀表放大器傳送給數(shù)據(jù)采集模塊5。其中，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4集成了 8個(gè)壓力傳感器31，用于采集8路壓力信號(hào)和8路溫度信號(hào)，采集時(shí)每次只能采集一路信號(hào)，因此需要信號(hào)切換。由于本系統(tǒng)對(duì)傳輸信號(hào)的變化速度有較高要求，對(duì)信號(hào)的切換速度要求較高，故在，第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4上采用2塊高精度、16通道/雙8通道、高性能、CMOS模擬多路復(fù)用器MAX307，實(shí)現(xiàn)8路電壓或溫度信號(hào)的快速切換功能。另外，由于壓力傳感器31處理出來(lái)的壓力信號(hào)比較小，只有幾個(gè)mV或幾十個(gè)mV，就需要放大，設(shè)計(jì)采用高精度儀表放大器AD620，將壓力信號(hào)放大100倍。如圖1所示，數(shù)據(jù)采集模塊5包括多路復(fù)用開(kāi)關(guān)51、信號(hào)調(diào)理模塊52、A/D轉(zhuǎn)化模塊53、內(nèi)部總線54、EM9160處理器55及邏輯選擇器56 ；EM9160處理器55含有網(wǎng)絡(luò)適配器551，采用以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)通過(guò)多路復(fù)用開(kāi)關(guān)51進(jìn)行選擇，進(jìn)入信號(hào)調(diào)理模塊52進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)化模塊53轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)化模塊53通過(guò)內(nèi)部總線SPI總線與EM9160處理器相連。EM9160處理器發(fā)送采集指令利用邏輯選擇器，完成地址譯碼和通道選擇，實(shí)現(xiàn)指定通道指定壓力或溫度采集。第一傳感器模塊3將經(jīng)過(guò)高精度儀表放大器放大電壓、溫度信號(hào)送到多路開(kāi)關(guān)MAX308上，多路開(kāi)關(guān)MAX308進(jìn)行壓力溫度選擇后，進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換模塊53，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送入EM9160處理器處理。同時(shí)EM9160處理器監(jiān)聽(tīng)上位機(jī)命令完成與上位機(jī)的通信。數(shù)據(jù)采集模塊5設(shè)計(jì)采用內(nèi)核為ARM9的EM9160模塊，EM9160模塊內(nèi)部集成網(wǎng)絡(luò)適配器551，以滿足傳輸速度的要求。網(wǎng)絡(luò)適配器551的核心是一個(gè)以太網(wǎng)通信芯片，提供TCP/IP協(xié)議支持。本系統(tǒng)采用GAL16V8芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)地址譯碼，完成通道選擇、功能選擇(壓力輸出、溫度輸出)。GAL16V8是一種可編程邏輯器件，用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設(shè)計(jì)方法是借助集成開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，用硬件描述語(yǔ)言生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，通過(guò)下載電纜(“在線系統(tǒng)”編程)將代碼傳送到目標(biāo)芯片中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用GAL16V8具有高阻抗、電可擦等特點(diǎn)，允許器件重新編程，通用的架構(gòu)提供了最大的設(shè)計(jì)靈活性。優(yōu)選地，本系統(tǒng)A/D采集模塊53采用MAXM公司生產(chǎn)的MAXl 132芯片，將模擬信
號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。優(yōu)選地，還包括一個(gè)外部硬件同步觸發(fā)接口 57連接到EM9160處理器55的外部中斷控制端。為提高同步精度，保證多個(gè)本壓力測(cè)量裝置的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間點(diǎn)上基本一致，可采用硬件同步設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)在壓力測(cè)量裝置設(shè)置一個(gè)外部步觸發(fā)接口 57，再在各個(gè)壓力測(cè)量裝置間設(shè)計(jì)一條同步觸發(fā)總線，通過(guò)一條同步電纜連接不同壓力測(cè)量裝置的同步接口，各裝置不斷檢測(cè)總線上的信號(hào)，當(dāng)同步信號(hào)來(lái)臨時(shí)同時(shí)開(kāi)始采集。由于外部同步觸發(fā)接口不受通訊網(wǎng)絡(luò)速度、結(jié)構(gòu)以及負(fù)載的影響，可以大大提高同步精度。各裝置接收到同步信號(hào)的時(shí)間差僅取決于同步總線電纜的長(zhǎng)度。且增加或減少網(wǎng)絡(luò)上壓力測(cè)量裝置的數(shù)量，不會(huì)對(duì)外部硬件同步觸發(fā)精度產(chǎn)生影響。同步總線上的同步信號(hào)可以有上位機(jī)(客戶機(jī))之間給出，也可以由壓力測(cè)量裝置中的主模塊給出。優(yōu)選地，所述多路復(fù)用開(kāi)關(guān)51為MAX308芯片。優(yōu)選地，所述邏輯選擇器56為可編程邏輯選擇芯片GAL168D，輸入端連接于EM9160處理器55的I/O 口，輸出端連接到MAX308芯片及兩個(gè)MAX307芯片的控制端。優(yōu)選地，所述電源模塊由兩個(gè)DC/DC開(kāi)關(guān)電源組成，采用24V直流供電，分別提供模擬電源輸出±15V和數(shù)字電源輸出5V。數(shù)字電源和模擬電源之間相互隔離。優(yōu)選地,第一傳感器模塊3、第二傳感器模塊4米用機(jī)械配合固定于閥體模塊2內(nèi)部，兩者之間的密封采用端面密封。優(yōu)選地，所述壓力傳感器31包括有一個(gè)溫度補(bǔ)償電阻310 (如圖3所示)。
權(quán)利要求1.一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，由電源模塊[I]、閥體模塊[2]，第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]以及數(shù)據(jù)采集模塊[5]四部分組成，其中，所述第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]安裝在閥體模塊[2]內(nèi)部，傳感器模塊[3]、[4]分別采用16芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊[5]上；電源模塊[I]采用5芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊[5]上； 所述的閥體模塊[2]提供壓力信號(hào)通道，并將壓力信號(hào)提供給第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]； 第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]均含有8個(gè)壓力傳感器[31];第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]均包括兩個(gè)0P400芯片提供激勵(lì)電流；第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]均包括兩個(gè)MAX307芯片，其中一個(gè)MAX307芯片用于壓力通道選擇，MAX307芯片連接到一個(gè)AD620芯片用于差分輸出及信號(hào)放大，另一個(gè)MAX307芯片用于溫度通道選擇，MAX307芯片連接到另一個(gè)AD620芯片用于差分輸出； 數(shù)據(jù)采集模塊[5]包括多路復(fù)用開(kāi)關(guān)[51]、信號(hào)調(diào)理模塊[52]、A/D轉(zhuǎn)化模塊[53]、內(nèi)部總線[54]、EM9160處理器[55]及邏輯選擇器[56] ;EM9160處理器[55]含有網(wǎng)絡(luò)適配器[551]，采用以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)通過(guò)多路復(fù)用開(kāi)關(guān)[51]進(jìn)行溫度、壓力信號(hào)選擇，進(jìn)入信號(hào)調(diào)理模塊[52]進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)化模塊[53]轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)化模塊[53]通過(guò)內(nèi)部總線SPI總線與EM9160處理器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，還包括一個(gè)外部硬件同步觸發(fā)接口 [57]連接到EM9160處理器[55]的外部中斷控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述多路復(fù)用開(kāi)關(guān)[51]為MAX308芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述邏輯選擇器[56]為可編程邏輯選擇芯片GAL168D，輸入端連接于EM9160處理器[55]的I/O 口，輸出端連接到MAX308芯片及兩個(gè)MAX307芯片的控制端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述電源模塊[I]由兩個(gè)DC/DC開(kāi)關(guān)電源組成，采用24V直流供電，分別提供模擬電源輸出±15V和數(shù)字電源輸出5V。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]采用機(jī)械配合固定于閥體模塊[2]內(nèi)部，兩者之間的密封采用密封圈密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器[31]包括有一個(gè)溫度補(bǔ)償電阻[310]。
專利摘要本實(shí)用新型屬于壓力測(cè)量領(lǐng)域，涉及到一種高精度數(shù)字壓力測(cè)量裝置，由電源模塊[1]、閥體模塊[2]，第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]以及數(shù)據(jù)采集模塊[5]四部分組成。其中，所述第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]安裝在閥體模塊[2]內(nèi)部，第一傳感器模塊[3]、第二傳感器模塊[4]分別采用16芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊[5]上；電源模塊[1]采用5芯排線連接在數(shù)據(jù)采集模塊[5]上。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)單模塊測(cè)量或多模塊同時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償，具有高精度測(cè)試能力，能夠達(dá)到每通道100Hz并且具有硬件同步觸發(fā)功能，可以實(shí)現(xiàn)多模塊同時(shí)采集。
文檔編號(hào)G01L11/00GK202928736SQ20122059885
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者陳洪敏, 張光中, 李仙麗, 饒曉輝 申請(qǐng)人:中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院