实时信号采集与处理系统的设计与实现

• 作 者: 郭照杰
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 自动化测试 数字示波器 信号采集 信号分析 自适应测量

随着科学技术的不断进步,各种类型的电子系统、自动化设备的结构日趋复杂,需要实现的功能也越来越多。铁路现场常用的信号测量设备存在采样率低、存储深度有限、可扩展性不强及缺乏智能化等问题。本文基于自动化测试的工程背景,以数字示波器为下位机,PC机为上位机,设计开发了一套实时信号采集与处理系统。该系统通过计算机与数字示波器的双工通信,在铁路现场无人值守的情况下,实现了对信号的实时采集、高采样率、长存储深度以及对铁路现场偶发瞬态脉冲信号的自适应测量,提高和完善了现有测量设备所存在的不足之处。本文的主要工作如下:第一,本文首先从实时信号采集与处理系统的实际应用需求出发,对系统的组成和总体框架进行了相应的设计,利用模块化的设计理念实现了系统的通信模块、采集模块、存储模块、自适应测量模块以及信号分析与处理模块五大部分,并在此基础上结合接口技术提高了设计的灵活性。系统改善了现有的测量设备无法根据被测信号大小来进行自适应测量的问题。第二,借助于系统的通信模块与采集模块,完成了对示波器参数的初始化配置与自适应调整,同时深入分析了示波器死区时间的产生机理,采用控制多台示波器交替进行采集的方法,达到降低示波器的死区时间的预期目的。系统的自适应测量模块则实现了对铁路现场瞬态脉冲等偶发突变信号的精准测试需求。数据存储模块方面,在控制数字示波器对信号进行实时采集的基础上,能够同步将示波器采集到内存中的信号传递给PC机,弥补了数字示波器存储深度不足的缺陷。信号分析与处理平台则用来实现对信号的时域分析和频域分析等操作。第三,对信号自适应测量的方法进行深入研究。通过对多种自适应测量方法进行对比分析,设计并实现了对未知信号的自适应测量方法。第四,通过实验,对系统的存储深度、存储速度、自适应测量以及对示波器死区时间的优化等系统指标进行了逐一的验证。该系统已应用于阳泉北站轨道电路设备干扰信号的现场测量,基本实现了预定功能。论文包括图34幅,表13个,参考文献44篇。