一种便携式多数据采集装置和数据采集方法

技术领域

本申请涉及数据采集处理技术领域，尤其涉及一种便携式多数据采集装置和数据采集方法。

背景技术

随着国民经济水平的提高，国家大力发展和支持对国防安全和带动经济发展具有重要作用的产业，并组织实施国家重大科技专项，推动高端装备制造业加速发展。航空发动机和燃气轮机重大专项-“LJ”专项就是在此背景下提出的。燃气轮机/航空发动机部件试验、维修检验以及某些大型机电系统的现场测试需要测量多种信号参数，如电流、电压、振动、稳态/动态压力、温度、污染物指数、应变、噪声等，以对其性能指标进行综合评判；以上试验或检测往往需要在装备使用的现场进行，一般情况下设备使用现场不具备测控技术条件。另外，即便现场附近存在测控系统，由于传统的测控系统所需硬件设备较多，一般都构造为机柜形式，体积和重量较大，且试验接线往往在高层的设备电子间进行，搬运仪器十分费力费时；另一方面，测试现场空间有限，现场环境复杂，机柜式数据采集系统难以布置在现场。若将现场的传感器引至测控中心，需要较长的电缆，这将大大加剧现场测控的难度的问题。不仅需要延长传感器引线增加测试成本，而且某些情况下还会带来了信号干扰。

同时，测试现场往往伴随着较为恶劣的环境，如高温、高压、高转速、高噪声，对设备的耐用性和鲁棒性也提出了要求。

目前市场上传统的小型信号采集设备存在以下一种或者多种缺点：采样率低、只能进行实时读数而无法进行数据存储或回传、不具有鲁棒性、采集信号类型受限、只具备采集功能而不具备信号输出功能、现场环境适应性差、容易产生放置不稳定、操作体验差等。

目前，研发一款携带方便、功能强大、通用性强的数据采集箱，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种便携式多数据采集装置和数据采集方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种便携式多数据采集装置，包括计算机、箱体以及所述箱体内部的机架、电源模块、CompactDAQ机箱、集成信号调理的数据I/O模块和测控面板，其中，

所述机架由型材通过连接件连接形成；

所述CompactDAQ机箱、所述电源模块和所述测控面板通过所述机架相互连接；

所述测控面板上设有电源插座、电源开关和若干个功能插件分区；各所述功能插件分区上布置有不同类型的接线端子；

所述集成信号调理的数据I/O模块插在所述CompactDAQ机箱的卡槽内，并通过各所述功能插件分区上的所述接线端子与所述数据采集装置外部的各类传感器或执行元件连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述功能插件分区与所述集成信号调理的数据I/O模块一一对应，所述功能插件分区上的所述接线端子数量与对应集成信号调理的数据I/O模块的通道数目相等。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述功能插件分区包括采集/输出电压信号的功能插件区、采集/输出电流信号功能插件区、采集声音与振动动态信号的功能插件区、采集应变信号的功能插件区、采集热电偶/热电阻温度信号的功能插件区和计数器功能插件区中的一种或几种。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述接线端子根据采集/输出信号的类别选用不同类型的插头用于连接所述传感器，所述插头包括多芯插拔式接线端子、两芯航空插头、热电偶插头和BNC射频转接插头。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测控面板上还设有BNC触发输入接口，所述BNC触发输入接口通过电缆与所述CompactDAQ机箱连接，用于实现触发信号或外部事件触发所述数据采集装置开启数据采集。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测控面板上还设置有数据传输接口，所述数据传输接口通过数据传输线与计算机连接，所述计算机内安装有基于LabVIEW编写设计的数据采集软件。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测控箱面板上还设置有以太网接口，用于串联若干个所述数据采集装置搭建分布式测控系统。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述CompactDAQ机箱拥有三个模拟输入定时引擎，可以实现不同采样率的数据采集任务同时进行。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述箱体后侧面设置有散热风扇和散热口。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述箱体底面四角设置有固位螺母，所述固位螺母的内螺纹连接有高度调节块，所述高度调节块底部设置有防滑橡胶垫。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述数据采集箱还包括设置于所述箱体顶部的可开合的箱盖，以及设置于箱体前侧面的把手和位于所述把手两侧的密码锁。

第二方面，本申请还提供一种如前述任一实施例所述的便携式多数据采集装置的数据采集方法，包括以下步骤：

将各类型的所述传感器通过所述接线端子与所述测控面板上对应的所述功能插件分区连接；

所述测控面板上的所述数据传输接口插入数据传输线，通过数据传输线与所述计算机连接；

所述测控面板上的所述电源插座接入220VAC电源，按下所述测控面板上的所述电源开关；

运行所述计算机上的基于LabVIEW编写设计的数据采集软件，根据所述传感器的功能参数配置所述数据采集软件的参数，所述参数包括量程、采样率、换算关系；

点击所述数据采集软件上的“开始”按钮，开始数据信号采集；

点击所述数据采集软件上的“存储”按钮，对所述数据信号进行存储。

有益效果

本申请实施例中的便携式多数据采集装置和数据采集方法，该装置内部组件少，整体壳体尺寸较小，功耗低，操作简单，且壳体质量轻，强度大，携带方便，放置稳固的优点；

能够满足各种试验需求，增加了试验灵活性，在保证数据采集精度的同时，降低对仪器设备的投入成本，增加了数据分析处理功能，为试验人员提供方便；

可进行静态、动态测试，可应用于多种测试环境；采集通道可同步进行数据采集，且精度高，量程广，同时采集装置与传感器连接方式简单便捷，实现了随连、随采集数据的需求；

可连接多种传感器，通用性高，应用范围广；具有多定时引擎，可以实现不同数据采集任务在不同采样率下进行；

采用模块化的方式，每个数据I/O模块与面板上的一个功能插件区对应，接线方便、稳定可靠，采集通道充足；

不仅具备数据采集功能，同时也具备电流、电压信号输出功能，可以实现对现场质量流量控制器、气动调节阀或电动调节阀的自动控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本发明一实施例的便携式多数据采集装置的结构图；

图2为根据本发明一实施例的测控面板的结构图。

图中：1、箱体；2、箱盖；3、测控面板；31、电源插座；32、数据传输接口；33、电源开关；34、采集/输出电流信号功能插件区；35、采集声音与振动动态信号的功能插件区；36、采集/输出电压信号的功能插件区；37、采集热电偶/热电阻温度信号的功能插件区；38、使用人单位名称和logo；39、固定安装孔；4、电源模块；5、CompactDAQ机箱；6、收纳盒；7、第一把手；8、密码锁；9、第二把手。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请提供的的一种便携式多数据采集装置是基于NI(NationalInstruments，美国国家仪器有限公司)CompactDAQ系统(便携式数据采集系统)和LabVIEW平台进行设计的。

对于美国国家仪器NI公司提供的这种小型、耐用、功能强大的数据采集平台CompactDAQ，其模块化I/O集成了连接、数据采集以及信号调理功能，可直接接入任意传感器或信号，目前NI公司提供了超过100种C系列集成信号调理的数据I/O模块，用于测量、控制以及通信应用程序，配合LabVIEW使用CompactDAQ，用户可轻松地定义如何采集、分析、可视化以及管理测量数据。但是在使用中发现它存在以下问题：(1)由于机箱和采集卡体积小，其接线端子安装面板空间有限，以NI-9206型电压信号采集卡为例，15mm*65mm的安装面板上集成了32个采集通道接线端子，当有大量传感器需要连接时，难以安装，且容易出现传感器与采集通道对应关系出错的情况。(2)传感器引线较细，当传感器引线由于外部原因晃动或者采集机箱需要移动位置时，接线引脚容易折断。(3)传感器与接线端子连接需要专用工具，不能即用即插，即走即拔。(4)使用过程中不防尘、不防水、不防震；用户容易产生热拔插行为，对产品寿命造成影响。(5)虽然体积小，但并不方便携带，在户外或现场测试场合中使用体验性不好。

因此本申请针对CompactDAQ系统以及在实际使用过程中出现的问题进行改进，下面将结合附图1-2具体描述本申请实施例提供的便携式多数据采集装置。

参照图1，便携式多数据采集装置主要包括计算机、箱体1以及箱体1内部的机架(图中未示出)、电源模块4、CompactDAQ机箱5、集成信号调理的数据I/O模块(图中未示出)和测控面板3。

机架由型材通过连接件连接形成，型材可以是空心的或是实心的，由铁、钢或铝等具有一定强度和韧性的材料制成，主要起到支撑固定作用。在本实施例中，机架是利用铝型材通过角件和T型螺栓螺母连接形成一个支撑框架，应当理解的是，连接件除T型螺栓螺母外，还可以选用其他类型的，并不限定于此实施例所描述举例的。

CompactDAQ机箱5、电源模块4和测控面板3通过机架相互连接，CompactDAQ机箱5和电源模块4位于箱体1的底部，且测控面板3覆盖于CompactDAQ机箱5和电源模块4之上。

具体的，CompactDAQ机箱5为NI公司的CompactDAQ机箱，其具有以下功能：CompactDAQ机箱5拥有三个模拟输入定时引擎。利用多定时引擎以实现多采样率，可以将所有的模拟输入分成最多三组不同的"任务”，每一个任务都可以在一个独立的采样率下运行，这十分适合于同时进行低速的温度测量和较高速的声音和振动测量等。

其中，电源模块4包括220VAC和24VDC供电电源，用于提供所需的交流电和直流电。

测控面板3上设有电源插座31、电源开关32，更为具体的，电源插座31为品字形交流电源插座，电源开关32为交流电源开关，优选的，电源开关32为自锁自复位带LED指示灯的按钮开关。

测控面板3上还设有根据采集信号类型的不同设置的若干个功能插件分区，各功能插件分区上布置有不同类型的接线端子(图中未示出)。功能插件分区包括采集/输出电压信号的功能插件区36、采集/输出电流信号功能插件区34、采集声音与振动动态信号的功能插件区35、采集应变信号的功能插件区、采集热电偶/热电阻温度信号的功能插件区37和计数器功能插件区中的一种或几种，其中，计数器功能插件区可以用来进行边沿技术、脉宽、周期、频率、编码器位置、编码器速度测量。因此，该装置不仅具备数据采集功能，同时也具备电流、电压信号输出功能，可以实现对现场质量流量控制器、气动调节阀或电动调节阀的自动控制；可进行静态、动态测试，可应用于多种测试环境。

在一个实施例中，功能插件分区包括4种，分别为采集/输出电流信号功能插件区34、采集声音与振动动态信号的功能插件区35、采集/输出电压信号的功能插件区36和采集热电偶/热电阻温度信号的功能插件区37，具体参照图2。

集成信号调理的数据I/O模块插在CompactDAQ机箱5的卡槽内，且有弹簧卡扣将其固定在卡槽内，防止松动脱离，CompactDAQ机箱5可根据实际需求选用4卡槽的或8卡槽的。

集成信号调理的数据I/O模块插在CompactDAQ机箱5的卡槽内，并与各功能插件分区上的接线端子连接，此处需要解释的是，功能插件分区与集成信号调理的数据I/O模块根据采集信号类型是一一对应的；各功能插件分区上的接线端子数量与对应集成信号调理的数据I/O模块的通道数目相等。这种采用模块化的方式，可以使接线方便，稳定可靠，采集通道充足。

接线端子与数据采集装置外部的传感器或执行元件连接，换句话说，也就是集成信号调理的数据I/O模块通过接线端子与数据采集装置外部的各类传感器或执行元件连接。具体的，传感器包括压力传感器、温度传感器、阀开度传感器、液位传感器速度传感器、加速度传感器、振动传感器、声波传感器(麦克风)和应变传感器。

接线端子根据采集/输出信号的不同可选用不同类型的插头以方便与传感器连接，例如多芯插拔式接线端子、两芯航空插头、热电偶插头、BNC射频转接插头等，应当理解的是，接线端子插头的类型可根据实际测试需求进行替换，并不限定于本申请所提出的，应当以接线端子与各构件连接完整后能够进行相应测试为准。

进一步的，测控面板3上还设有BNC触发输入接口，BNC触发输入接口通过电缆与CompactDAQ机箱5连接，用于实现触发信号或外部事件触发数据采集装置开启数据采集。

在一个实施例中，测控面板3上还设置有数据传输接口32，数据传输接口32通过数据传输线与计算机连接。此处需要解释的是，数据传输接口32可以是USB接口，由于USB数据传输通信协议所采用的数字信号不易受到电磁干扰的影响，这样可以将便携式多数据采集装置紧靠的布置在测试对象的附近,以最大程度减小环境中的电气噪声。USB的总线通讯方式包含了标准数据结构和定义的设备与主机通信的方法，使便携式多数据采集装置拥有高速、双向流动的数据传输能力，完全满足测试系统常常涉及同步进行的多路输入输出的使用需求；另外与其它设备主机的匹配性好，通用性强。

计算机可以根据实际需求选用台式机电脑或笔记本电脑。在本实施例中，计算机为笔记本电脑，数据传输线为USB数据传输线，笔记本电脑内安装有基于LabVIEW编写设计的数据采集软件，可以实现不同仪器仪表的功能，实现现场执行元件的自动化控制和数据的采集、存储、回放、处理及分析，可以实现软硬件的一体化。

在另一个实施例中，测控箱面板3上还设置有以太网接口，可以通过以太网接口及网线同步，用于串联若干个数据采集装置搭建分布式测控系统，以拓展数据采集能力。

在另一个实施例中，数据采集装置的长宽高大小分别设置为450mm、320mm、250mm，其外壳材质采用工程塑料制成，质量轻，强度大，携带方便。

进一步的，数据采集装置还包括设置于箱体1顶部的可开合的箱盖2，以及设置于箱体1前侧面的第二把手9和位于第二把手9两侧的密码锁8，第二把手9可以为折叠把手，便于携带，密码锁8用于锁定箱盖2，便于保护数据采集装置内部构件的安全。

进一步的，箱体1底面四角设置有固位螺母，固位螺母的内螺纹连接有高度调节块，高度调节块底部设置有防滑橡胶垫，用于在实际测试环境中根据需求进行箱体1的高度调节以及起到防滑作用，使数据采集装置更加稳定可靠。

进一步的，箱体1后侧面设置有散热风扇和散热口，散热口可设计为其他任意形状，优选的，设计为圆形或条形。

进一步的，所述测控面板3上还设置有固定安装孔39，通过T型螺母与铝型材的机架固定。

进一步的，所述测控面板3上还设置有螺纹孔，通过螺纹孔将第一把手7固定在测控面板3上，以方便将测控面板3和机架从箱体1中拿出进行检修。

功能插件区右侧设置有收纳盒6，用于存放备用的接线端子和传感器引线，收纳盒6上设置有侧开门，并设有第一把手7便于打开侧开门。

测控面板3上还设置有通过蚀刻技术制作的使用人单位名称和logo38，便于识别数据采集装置的所属单位或个人。

本申请提供的便携式多数据采集装置的数据采集方法具体如下：

将各类型的传感器通过接线端子与数据采集装置的测控面板3上对应的功能插件分区连接；

测控面板3上的数据传输接口32插入数据传输线，通过数据传输线与计算机连接；

测控面板3上的电源插座31接入220VAC电源，点击测控面板3上的电源开关33；

运行计算机上的基于LabVIEW编写设计的数据采集软件，根据实际传感器的参数配置数据采集软件的参数，参数包括量程、采样率和换算关系等；

点击数据采集软件上的“开始”按钮，开始数据信号采集，采集的数据以波形图、数字等的显示方式实时显示；

点击实时软件上的“存储”按钮，对数据信号进行存储。

优选的，数据传输线为USB线缆，计算机为笔记本电脑。

进一步的，可根据实际测试需求，在软件上设置“有限时长”、“连续采集”等采集模式，软件还具备回放数据等功能，并可对数据进行计算、分析等。

本申请提供的实施例，针对现有数据采集箱的采样率低、无法进行实时存储、装置不稳定、容易受损和携带不方便等问题，发明了一种便携式多数据采集装置和数据采集方法，该装置内部组件少，整体壳体尺寸较小，功耗低，操作简单，且壳体质量轻，强度大，携带方便，放置稳固的优点；

能够满足各种试验需求，增加了试验灵活性，在保证数据采集精度的同时，降低对仪器设备的投入成本，增加了数据分析处理功能，为试验人员提供方便；

可进行静态、动态测试，可应用于多种测试环境；采集通道可同步进行数据采集，且精度高，量程广，同时采集装置与传感器连接方式简单便捷，实现了随连、随采集数据的需求；

可连接多种传感器，通用性高，应用范围广；具有多定时引擎，可以实现不同数据采集任务在不同采样率下进行；

采用模块化的方式，每个数据I/O模块与面板上的一个功能插件区对应，接线方便、稳定可靠，采集通道充足；

不仅具备数据采集功能，同时也具备电流、电压信号输出功能，可以实现对现场质量流量控制器、气动调节阀或电动调节阀的自动控制。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。