專利名稱：數(shù)據(jù)采集模塊以及系統(tǒng)的制作方法
數(shù)據(jù)采集模塊以及系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及用于數(shù)據(jù)采集的單元或模塊，其可以作為孤立的單元使用或 用于形成模塊化系統(tǒng)，其中多個模塊被一起安裝在框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明更具體地 涉及用于提供與諸如換能器、各種信號處理設(shè)備或分析器和/或計(jì)算機(jī)的外部單元的通 信的輸入和/或輸出裝置，以及涉及促進(jìn)經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)LAN連接與諸如PC的外部接收器設(shè)備 的通信的輸出裝置。
背景技術(shù)：
在領(lǐng)域內(nèi)，例如用于收集、注冊和處理來自麥克風(fēng)或加速度計(jì)的信號或用于連 接許多換能器，諸如分布在工業(yè)設(shè)施上的麥克風(fēng)或加速度計(jì)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常是眾所 周知的，其中麥克風(fēng)或加速度計(jì)用于監(jiān)視在例如機(jī)場或者機(jī)艙、火車或汽車的內(nèi)部的聲 環(huán)境。另外，對于訪問封閉空間，諸如汽車艙中的音質(zhì)，這種單元或系統(tǒng)用來將往往巨 大數(shù)目的換能器耦合到合適的記錄和/或分析設(shè)備。因此現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是用 于測試或驗(yàn)證期間的開發(fā)任務(wù)以及用于現(xiàn)有設(shè)施的監(jiān)視目的。
已知數(shù)據(jù)采集模塊和系統(tǒng)帶有的問題在于這種模塊配備有用于將該模塊連接到 各種換能器和/或用于向外部設(shè)備提供控制信號的固定連接器配置。如果由于某種原因 用戶希望改變他的換能器設(shè)置或希望可以訪問其它或另一數(shù)目的控制信號，這將因此需 使用具有另一連接器配置的另一模塊。因此，為了執(zhí)行不同任務(wù)，可能需要許多不同模 塊，這不是最優(yōu)解決方案。如將變得顯而易見，這個問題事實(shí)上是由本發(fā)明處理和解決 的一個問題，如在隨后發(fā)明內(nèi)容中與如下描述的本發(fā)明的不同實(shí)施例一起闡明的那樣。
在現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)模塊化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，在模塊和例如個人計(jì)算機(jī)(PC)的外 部接收器設(shè)備之間的直接數(shù)據(jù)通信是不可能的。在許多示例中，能訪問從其數(shù)據(jù)可以直 接并且沒有任何附加裝置地傳遞到例如PC以用于分析、儲存或處理的數(shù)據(jù)采集模塊將是 有利的。如果控制信號等也可以從所述外部設(shè)備直接傳遞到該模塊，這將也是有利的。 這個直接數(shù)據(jù)通信應(yīng)該優(yōu)選經(jīng)由如與個人計(jì)算機(jī)一起廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)LAN電纜來實(shí)現(xiàn)。 此外，這個問題是本發(fā)明處理并解決的，如在隨后發(fā)明內(nèi)容與以下描述的本發(fā)明的不同 實(shí)施例一起闡明的那樣。
此外，能訪問數(shù)據(jù)采集模塊將是有利的，數(shù)據(jù)采集模塊可以用作可經(jīng)由諸如 LAN電纜的所述標(biāo)準(zhǔn)通信手段與例如PC進(jìn)行通信的完全獨(dú)立的孤立單元，或者與其它模 塊一起使用，形式為例如位于設(shè)施中不同地方的各個孤立模塊，或形式為容納許多這種 模塊的框架或者機(jī)架。同樣，這些問題是由本發(fā)明處理并解決，如在隨后發(fā)明內(nèi)容與以 下描述的本發(fā)明的不同實(shí)施例一起闡明的那樣。
現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)采集模塊或單元帶有的問題在于他們作為固定的或便攜單元運(yùn) 作，而且基于現(xiàn)有技術(shù)模塊的設(shè)置往往需要應(yīng)用巨大量的電纜。用現(xiàn)有技術(shù)模塊也難以 形成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并且這種模塊或單元往往具有有限的和預(yù)定義的電池操作選 項(xiàng)。此外，為了降低(新的或變更的)測量系統(tǒng)的錯誤設(shè)置的風(fēng)險，在模塊上具有連接器配置的清楚可見指示對用戶是有利的。
上述所有和進(jìn)一步論點(diǎn)和問題由根據(jù)本發(fā)明的模塊和模塊系統(tǒng)處理并解決。 發(fā)明內(nèi)容
在上述背景之上，本發(fā)明的目的在于提供一種用于數(shù)據(jù)采集的模塊，其可以用 作用于獲取由諸如麥克風(fēng)、加速度計(jì)、應(yīng)變計(jì)、橋接接口或任何其它電子換能器的外部 單元提供的數(shù)據(jù)的單獨(dú)單位，執(zhí)行這種數(shù)據(jù)的可選處理并將所述所獲得的數(shù)據(jù)或其已處 理版本提供到外部接收器單元，諸如計(jì)算機(jī)，分析器，存儲裝置等等。此外，依照本發(fā) 明，一個或多個所述模塊可以一起安裝在框架中或機(jī)架中，使得所述一個或多個模塊可 以彼此通信和/或可以利用支持功能，諸如所述框架或機(jī)架中配備的電源、冷卻、固件 更新或公共控制功能。該框架提供簡單的多通道解決辦法。
根據(jù)本發(fā)明的模塊由許多重要的特征表征。因此，依照本發(fā)明，該模塊配備有 包括多個電輸入連接器裝置的可拆卸的前面單元或板，電輸入連接器裝置用于連接到所 述外部單元，諸如麥克風(fēng)或加速度計(jì)。所述輸入連接器裝置例如可以是BNT連接器或其 它標(biāo)準(zhǔn)化連接器類型，乃至為考慮到專用應(yīng)用而設(shè)計(jì)的連接器。可拆卸的前面單元或板 可以例如包括六個BNC或麥克風(fēng)連接器或在單個連接器中具有所有電連接的組合25管腳 多級連接器。依照本發(fā)明，模塊的前面單元或面板上可提供任何類型和組合的連接器。
依照本發(fā)明，所述前面單元或面板設(shè)計(jì)為到模塊的對應(yīng)前面部分的可釋放連 接，例如通過給該模塊的前面部分配備前面單元或板能安裝到其中的凹口部分。在前面 單元或板的輸入連接器裝置和該模塊之間，經(jīng)由提供在前面單元或板的適當(dāng)表面部分和 該模塊的相應(yīng)表面部分上的電終端提供電連接。依照本發(fā)明的可拆卸的前面單元的具體 實(shí)施例將在本發(fā)明的隨后的詳細(xì)說明中與前面單元或板的許多有利特征一起描述。
依照本發(fā)明的模塊的特征進(jìn)一步在于配備有用于與諸如計(jì)算機(jī)、分析器、存儲 裝置等等的外部接收器設(shè)備建立數(shù)據(jù)/信號通信的輸出連接器裝置。根據(jù)本發(fā)明的模塊 的有利實(shí)施例，所述輸出連接器裝置是LAN連接器，其促進(jìn)對諸如個人計(jì)算機(jī)的多種類 型的外部單元的直接訪問。
前面板可用于不同配置。依照本發(fā)明，連接器的實(shí)際功能可通過使用不同顏色 來指示，例如由綠色指示輸入連接器，藍(lán)色指示輸出連接器。在特定連接器上發(fā)生了 錯誤狀態(tài)(超負(fù)荷等等)的情形中，這個錯誤狀態(tài)可以由例如紅色指示。依照本發(fā)明， 在前面單元或板上的輸入、輸出和錯誤連接器的具體配置可以使用鄰近前面單元或板上 各個連接器的發(fā)光二極管(LED)布置來指示，其中該LED布置從前面單元中的存儲裝置 控制，前面單元包含關(guān)于該特定前面單元上的輸入連接器的配置的信息。
盡管依照本發(fā)明的模塊可以用作孤立模塊，然而例如為了數(shù)據(jù)采集，其中各個 模塊可以與外部設(shè)備通信，諸如經(jīng)由LAN(以太網(wǎng))通信連接器和適當(dāng)電纜與記錄設(shè)備、 信號分析器、數(shù)字信號處理系統(tǒng)或PC主機(jī)通信，依照本發(fā)明的許多單個模塊還可以被安 裝在框架結(jié)構(gòu)中來提供模塊系統(tǒng)，例如為了多通道數(shù)據(jù)采集的目的。通過在框架或機(jī)架 中組合許多模塊，該模塊可以利用公共資源，諸如電源裝置，公共控制裝置等等。根據(jù) 本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施例，各個模塊配備有包括LAN插座連接器的輸出連接器裝置。當(dāng) 該模塊用作孤立模塊的時候，配備有插頭LAN連接器的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)電纜可以插入到各個模塊上的LAN插座輸出連接器。
本發(fā)明也包括例如用于數(shù)據(jù)采集的模塊系統(tǒng)，包括用于安裝一個或多個依照本 發(fā)明的模塊的框架結(jié)構(gòu)或機(jī)架，以及根據(jù)本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施例，框架或機(jī)架配備有 對應(yīng)于安裝在框架結(jié)構(gòu)或機(jī)架中的每個單個模塊的固定LAN插頭連接器。在發(fā)明的詳細(xì) 說明中詳細(xì)描述了依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)或機(jī)架的具體實(shí)施例。
利用根據(jù)本發(fā)明的模塊或模塊系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)幾個重要的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以在 框架中或是作為孤立模塊使用本發(fā)明的任何模塊的能力意味著可以容易地提供分布式系 統(tǒng)，在該分布式系統(tǒng)中可以靠近測量對象放置模塊。精密時間協(xié)議(PTP)使得能夠按照 亞微秒準(zhǔn)確度來同步系統(tǒng)部件中的時鐘。利用經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)LAN電纜的PoE(以太網(wǎng)供電)， 在模塊和PC之間唯一需要的是LAN電纜和PoE開關(guān)。這最小化給定設(shè)置中需要的電纜數(shù) 目以及導(dǎo)致更低的成本、更少的停工期、更簡化的維護(hù)以及更大的靈活性和安裝速度。
此外，當(dāng)從一個具體換能器設(shè)置(例如用于執(zhí)行由汽車的艙中的揚(yáng)聲器系統(tǒng)產(chǎn) 生的聲壓級的測量)改變?yōu)榱硪粋€換能器設(shè)置(例如用于測量噪聲發(fā)射(通過麥克風(fēng))和 汽車的引擎上的振動(通過加速度傳感器))時，采用可拆卸的前面單元作為每個具體換 能器系統(tǒng)(以及例如以清楚地識別方式，諸如通過具體顏色，來指定在系統(tǒng)里使用的具 體前面單元)的一部分將導(dǎo)致降低配置錯誤的風(fēng)險。


通過結(jié)合附圖考慮下列具體實(shí)施方式
，可以更好的理解本發(fā)明，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊，其具有從模塊的主體拆卸的前 面單元；
圖2示出了配備有許多連接器的前面單元的正面，其配置(輸入/輸出)借助于 不同顏色的LED布置來指示；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的安裝在框架結(jié)構(gòu)中根據(jù)圖1中示出的本發(fā)明實(shí)施例的許 多模塊；
圖4示出了依照本發(fā)明的電池模塊的實(shí)施例；
圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的需要大量換能器布線的測量方案；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明對應(yīng)于圖5中示出的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置的測量設(shè)置；
圖7示出了依照本發(fā)明的分布式測量系統(tǒng)，具有位于接近于相應(yīng)測量對象處的 模塊；
圖8示出了依照本發(fā)明的許多不同測量設(shè)置的非限制示例，范圍為從單個模塊 系統(tǒng)到包括幾個模塊和/或模塊框架的系統(tǒng)；
圖9示出了依照本發(fā)明應(yīng)用具有可拆卸的前面單元的模塊的重要結(jié)果；
圖10示出了依照本發(fā)明的模塊的實(shí)施例的示意性框圖11示出了輸入保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施例；
圖12示出了用于容納許多依照本發(fā)明的模塊的根據(jù)本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)的示意 圖；以及
圖13示出了描述依照本發(fā)明的模塊的詳情以及可拆卸的前面單元上的連接器配 置的因特網(wǎng)主頁的示例。
具體實(shí)施方式
發(fā)明的以下詳細(xì)描述包括依照本發(fā)明的模塊的具體實(shí)施例以及依照本發(fā)明的可 以容納一個或多個依照本發(fā)明的模塊的框架結(jié)構(gòu)或機(jī)架的具體實(shí)施例，其中這些模塊可 以共享公共功能以及其中例如模塊之一可以實(shí)現(xiàn)控制在框架結(jié)構(gòu)中提供的其他模塊的角 色?？蚣芙Y(jié)構(gòu)節(jié)省空間并且最小化解決方案中盒子的數(shù)目。不需要外部開關(guān)或電源，并 且需要較少數(shù)LAN電纜來連接孤立的、獨(dú)立的模塊。此外，這里顯示了多個測量設(shè)置， 其可以利用依照本發(fā)明的模塊和/或框架結(jié)構(gòu)獲得，并且這些設(shè)置也形成本發(fā)明的一部 分。應(yīng)該理解的是，所示出和描述的實(shí)施例僅僅是示例性的，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 在沒有偏離本發(fā)明的范圍的情況下設(shè)想本發(fā)明的模塊、框架結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的其它實(shí)施例。
參見圖1，這里示出了依照本發(fā)明的用于數(shù)據(jù)采集的模塊的實(shí)施例。根據(jù)所示 出實(shí)施例的模塊包括主體1，其在縱向尾部配備有設(shè)計(jì)為容納可拆卸的前面單元3的凹口 2。前面單元3包括第一組電連接器裝置4(所示出實(shí)施例中是六個)，例如六個BNC或 麥克風(fēng)連接器。當(dāng)然也可以選擇其它連接器類型和/或連接器數(shù)量，諸如在一個連接器 中具有所有連接的組合25管腳多極連接器。根據(jù)具體需要，可以選擇任何類型和數(shù)量的 連接器。前面單元3此外配備有電終端裝置5 (在圖1中不可見)，以與提供于容納凹口 2中的相應(yīng)終端6建立電連接。盡管在所示出實(shí)施例中這些相應(yīng)終端裝置被提供在相對所 述輸入連接器4的前面單元的表面上，并且在所述模塊的主體中的相應(yīng)終端被提供在所 述凹口的內(nèi)表面上，但如果希望，也可以選擇終端在前面單元3上和在主體上的其它位 置。
所述模塊的一部分外表面形成為散熱器7，以冷卻模塊內(nèi)部的電氣元件。此外， 所述模塊可以配備有立柱(stand)，例如以橡膠支腳13的形式，該橡膠支腳13允許模塊 例如在操作期間站在支撐面上。
在模塊的相對所述凹口 2的背面8上提供了第二組連接器裝置。依據(jù)本發(fā)明的 該實(shí)施例的模塊的背面上的連接器裝置包括用于與提供于以下將詳細(xì)描述的框架結(jié)構(gòu)中 的對應(yīng)插頭連接器通信的插座連接器9。所述模塊還包括作為插座LAN連接器10提供 的數(shù)據(jù)輸出連接器，例如具有對應(yīng)插頭LAN連接器的標(biāo)準(zhǔn)LAN電纜可以插入其中用以提 供與諸如個人計(jì)算機(jī)(PC)的外部設(shè)備的通信。所述模塊配備有導(dǎo)向裝置11，用于與框 架或機(jī)架對準(zhǔn)，其將隨后描述。電源經(jīng)由連接器9產(chǎn)生，或者在使用POE(以太網(wǎng)供電) 設(shè)施的情況下經(jīng)由LAN連接器10產(chǎn)生。
如上所述，依照本發(fā)明的模塊可以用作可完全操作的孤立單元，例如用于數(shù)據(jù) 采集。下面將結(jié)合圖10描述模塊的這個實(shí)施例的主功能塊。依照本發(fā)明的此實(shí)施例， 所有數(shù)據(jù)通信經(jīng)由LAN連接器10發(fā)生。
參見圖2，這里示出了配備有第一組連接器4的前面單元3的正面，在此情況下 包括六個連接器。依照本發(fā)明的此實(shí)施例，連接器的具體配置(不論給定連接器是用作 輸入還是輸出連接器)通過不同顏色的LED布置的手段指示。根據(jù)圖2中示出的具體 實(shí)施例，這些LED布置包含圍繞每個具體連接器4的圓圈14、15、16。這三個14例如 可以由綠色圓圈指示，指示他們用作輸入連接器，例如用于從麥克風(fēng)或加速度計(jì)接收數(shù) 據(jù)；兩個連接器15可以由藍(lán)色圓圈指示，指示他們用作輸出連接器，例如用于將控制數(shù)據(jù)提供到測量設(shè)置的各個部分，以及一個16可以由紅色圓圈指示，指示在特定的連接器 上的錯誤狀態(tài)。模塊的正面此外配備有小型顯示器12，用于向用戶指示狀態(tài)，控制該小 顯示器12的開關(guān)17以及總狀態(tài)指示器LED18。
參見圖3，這里示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的許多模塊1安裝在依照本發(fā)明的框架 結(jié)構(gòu)中，該框架結(jié)構(gòu)通常由參考數(shù)字19標(biāo)出。這個框架結(jié)構(gòu)或機(jī)架可以制造得非常堅(jiān) 固，使得其可以用于任何需要的環(huán)境，并且此外為了容易運(yùn)輸，可以配備有手柄20。在 所述框架結(jié)構(gòu)的所示出實(shí)施例中，總共容納了十一個模塊1，但應(yīng)該理解的是，如果需 要，也可以使用其它數(shù)量的模塊。基于與PC主機(jī)的LAN(以太網(wǎng))通信，具有數(shù)據(jù)采集 模塊1的框架結(jié)構(gòu)19是一個完全孤立的獲取單元。依照本發(fā)明，這個獲取系統(tǒng)可以通過 使用由LAN交換機(jī)和電纜連接的幾個框架結(jié)構(gòu)來擴(kuò)展。添加到所述LAN網(wǎng)絡(luò)的每個新 框架將添加χ個(在示出情況下11)新模塊插槽到系統(tǒng)。如果僅僅需要添加一個數(shù)據(jù)采 集模塊，那么只簡單地將模塊從框架中取出并在沒有任何框架或適配器的情況下連接到 獲取網(wǎng)絡(luò)里的任何LAN電纜。不同于其他的基于LAN的系統(tǒng)，本發(fā)明的原理不需要系 統(tǒng)框架和/或系統(tǒng)控制器。
依照本發(fā)明，可以將專用電池模塊插入所述框架結(jié)構(gòu)來為框架中的模塊供電。 圖4示出了依照本發(fā)明的電池模塊21的實(shí)施例。依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)，通過由電池模 塊替換一個或幾個數(shù)據(jù)采集模塊使提供備份電源或孤立電池操作的功能成為可能。
下列涉及模塊和包括這種模塊的框架在典型測量情形中的使用。因此，圖5示 出了需要大量換能器布線的現(xiàn)有技術(shù)測量設(shè)置。所述設(shè)置包括三個測試單元23 (測量來 自汽車的聲發(fā)射)，單元M(測量或監(jiān)視來自設(shè)施中部件的聲發(fā)射)，以及單元25(測量 來自飛行器的聲發(fā)射)。在每個單元中，麥克風(fēng)陣列沈、27和觀分別用于拾取聲發(fā)射。 各個麥克風(fēng)電纜32、33和34連接到具體單元中的連接器面板四‘、30'、31'，穿過所 述單元的邊界到達(dá)所述單元外面的相應(yīng)面板四“、30"和31"，以及從這些后者面板通 過換能器電纜35、36、37 (這具有相當(dāng)大的長度)到達(dá)包括現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備39和 PC 40的操作室38。所述換能器電纜冗長的長度可導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，例如關(guān)于信噪比。 此外，由于許多換能器電纜以及例如在設(shè)置的設(shè)置或重新配置期間易于范錯，該總設(shè)置 是相當(dāng)復(fù)雜的。
圖6示出了對應(yīng)于圖5中示出的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)置。圖6 中示出的設(shè)置構(gòu)成一個分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在每個測試單元23、24、25中分別包括依 照本發(fā)明的單個模塊41、42、43。麥克風(fēng)陣列沈、27和觀經(jīng)由換能器電纜(這可以制 造地相對短)分別連接到相應(yīng)的模塊41、42和43中的每一個。獲得的數(shù)據(jù)從每一個模 塊上的后LAN連接器10分別經(jīng)過LAN電纜44、45和46輸出并傳遞到具有以太網(wǎng)供電 功能的以太網(wǎng)開關(guān)47，此外，因此可以從該具有以太網(wǎng)供電功能的以太網(wǎng)開關(guān)47給所述 模塊提供電源。公共LAN連接48連接開關(guān)47和位于操作室49中的運(yùn)行適當(dāng)數(shù)據(jù)分析 軟件并包括數(shù)據(jù)存儲設(shè)施的PC 50。顯而易見的是整個設(shè)置比圖5中示出的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置 更加簡單。甚至可以通過使用無線以太網(wǎng)橋，用無線來替代有線連接44、45、46，提供 的開關(guān)47可以位于相對接近于每一個模塊41、42、43。
圖7中示出了依照本發(fā)明的分布式測量系統(tǒng)的另一個例子，具有定位在接近相 應(yīng)測量對象的模塊。依照本發(fā)明的各個模塊55分散在船51的結(jié)構(gòu)上，S卩，在推進(jìn)器52的的區(qū)域里，在軸承53附近以及在引擎M上。從每個模塊提供的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)由所述模 塊中的LAN輸出連接器被傳遞到:PoE開關(guān)56，以及由此傳遞到PC 57，在PC 57可以執(zhí) 行來自所述模塊的數(shù)據(jù)的分析和/或存儲。
參見圖8，這里示出了依照本發(fā)明的五個不同的測量設(shè)置，分別由I、II、III、 IV和V標(biāo)明，范圍包括單個模塊系統(tǒng)到更復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，I示出了僅僅包含依照本 發(fā)明的單個模塊59的系統(tǒng)，其經(jīng)由LAN電纜與PC 58相連。II示出了包括三個依照本 發(fā)明的模塊59的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其經(jīng)由:PoE以太網(wǎng)開關(guān)63與PC 58相連接。III示出了 一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中許多依照本發(fā)明的模塊已經(jīng)被容納在依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)60 中，該框架結(jié)構(gòu)配備有使能經(jīng)由LAN電纜與PC 58通信的輸出裝置。IV示出了一個以 上依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)60的應(yīng)用，具有依照本發(fā)明的模塊，其中可以在各個框架之間 提供同步，并且其中從每一個框架輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由I5OE以太網(wǎng)開關(guān)63被耦合到PC 58。 最后，V示出了依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)60的應(yīng)用，其容納依照本發(fā)明的模塊和其它數(shù)據(jù) 采集裝置61、62，諸如Brtiel&Kjaer的智能資料獲取(IDA)設(shè)備。應(yīng)該理解的是，圖8 中示出的示例僅僅是示出性的，并且是非限制的。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，也 可以設(shè)想孤立模塊59和框架60的其它組合。因此，例如可以使用來自圖8的II和IV的 組合，即，可以使用包括許多依照本發(fā)明的單獨(dú)模塊(不一定是II中示出的三個)和許多 依照本發(fā)明的框架(不一定是如IV所示的兩個)的系統(tǒng)，所述單個模塊59和框架60與 PoE以太網(wǎng)開關(guān)63連接。
圖9(a)、(b)和(c)依照本發(fā)明，示出了應(yīng)用具有可拆卸的前面單元的模塊的重 要結(jié)果。在工業(yè)工廠中，可能需要使用幾個不同換能器類型和配置的數(shù)據(jù)采集。因此， 圖9(a)示出了包括三個麥克風(fēng)65和附加加速度計(jì)66的換能器配置，三個麥克風(fēng)65安裝 成列。這些換能器65、66與依照本發(fā)明的可拆卸的前面單元3上的相應(yīng)連接器4連接。 當(dāng)使用該換能器配置的數(shù)據(jù)采集發(fā)生的時候，前面單元3被附接于模塊1，然后模塊1經(jīng) 由LAN電纜64與PC 50相連。圖9 (b)示出了供相同工業(yè)工廠中的另一個情況使用的不 同的換能器配置。所述換能器包括定向麥克風(fēng)67和安裝成陣列的四個全向麥克風(fēng)65。 依照本發(fā)明，這些換能器與前面單元3相連，并在前面單元3附接于模塊1的時候提供信 號給數(shù)據(jù)采集模塊。在這個情況中，前面單元3中的一個連接器4用作輸出連接器，用于 在模塊1和/或附接的PC 50控制之下提供控制信號到用于轉(zhuǎn)動所述麥克風(fēng)65、67的轉(zhuǎn)盤 68。最后，圖9(c)示出了換能器配置，包括附接于前面單元3中的輸入連接器的四個加 速度計(jì)66。前面單元3中的輸出連接器提供用于驅(qū)動振動器70的信號，振動器70用于 在測量時序期間激發(fā)結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明，前面單元3包括關(guān)于連接器4的特定配置的信 息，其在前面單元附接到所述模塊時被傳遞到模塊。依照本發(fā)明，每種類型的前面單元 或面板具有為所述模塊所知的唯一 ID。所述模塊知道如何支持每個前面單元或面板。非 法組合將被匯報給用戶。因此，這些信息不需要通過操作來提供給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外 每個換能器配置可以永久地連接到前面單元(或者如果需要是多個前面單元)，因此消除 了當(dāng)將換能器或其他設(shè)備連接到前面單元的各個連接器4時的錯誤風(fēng)險。依照本發(fā)明， 可以提供對應(yīng)于換能器的具體配置的專用前面單元和/或控制信號。
在下面，給出了依照本發(fā)明的模塊和框架結(jié)構(gòu)的主功能元件的更加詳細(xì)的描 述。
參考圖10，示出了依照本發(fā)明的模塊1的實(shí)施例的示意性框圖。所述模塊包括 LAN以太網(wǎng)接口 10、77、78、79，其支持:PoE，IEEE 802.af(以太網(wǎng)供電)和PTP(精密 時間協(xié)議IEEE-1588)。為了與包含在框架中的各種功能單元通信，所述功能單元可以由 安裝在所述框架中的許多模塊共享，這里還提供框架支撐接口 9、76。作為選擇，還可以 在模塊中提供用于外部DC輸入(電源)11的連接器。在連接器模塊的背面中提供了由 9、10和11表示的連接器，如圖1示意性地所示。在模塊的正面提供了用于狀態(tài)信息的 顯示器和LED 12。在凹口區(qū)域(圖1中的參考數(shù)字2)可以存在附接的前面單元3，前面 單元3具有多個用于數(shù)據(jù)采集和/或輸出控制的連接器4。
依照本發(fā)明的模塊的主要功能是將來自前面單元連接器4的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 數(shù)據(jù)流并經(jīng)由LAN以太網(wǎng)接口 10將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器/PC50。然而，所述模塊還 可以經(jīng)由所述以太網(wǎng)接口 10從控制器/PC50接收數(shù)字信息，并將數(shù)字信息變換為連接器 4上的電信號。
所述模塊可以使用外部DC輸入連接器11供電，或者如果應(yīng)用了以太網(wǎng)供電 (PoE),也可以從以太網(wǎng)接口 10供電。如果所述模塊被放置在框架中，所述模塊將優(yōu)選 通過框架支撐連接器9接收電力。
根據(jù)圖10中示出的實(shí)施例的模塊進(jìn)一步包括主功能元件信號調(diào)節(jié)放大器單元 71、信號處理裝置72、電源73、數(shù)據(jù)發(fā)送單元74和同步單元75。
依照本發(fā)明的模塊可以配備有輸入保護(hù)系統(tǒng)(例如內(nèi)部塊71)，其一個實(shí)施例在 圖11中示出。傳統(tǒng)地，模擬電路是通過將一個或兩個二級管連接到所述電路的輸入來保 護(hù)，從而，過壓被耦合到電源電壓正極或負(fù)極。然而，像這樣非常簡單的保護(hù)裝置患有 缺點(diǎn)。因此，如果輸入電壓超出其中二級管變?yōu)閷?dǎo)通的電平，輸入阻抗將急劇降低。這 能證明在許多實(shí)際的測量情況中是有害的。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，模擬電路由一種方法來保護(hù)，即便輸入電壓大大地超出 了電源電壓，該方法也不會導(dǎo)致輸入阻抗的減少。輸入阻抗持續(xù)高。
依照本發(fā)明，所述保護(hù)通過有效地、非?？焖俚貜妮斎脒B接器斷開整個模擬電 路來實(shí)現(xiàn)。所述斷開借助于FET開關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)，并必須很快實(shí)現(xiàn)，使得模擬電路中輸入 的能量數(shù)量被限制為不導(dǎo)致任何損壞。借助于圖11中示出的電路來示出依照本發(fā)明的保 護(hù)方法。連接至輸入端80這里提供了很高阻抗的、與模擬輸入本身并聯(lián)的分壓網(wǎng)絡(luò)84、 85。該阻抗很高，通常為IOM歐姆量級。因此，由包含電阻84、85的分壓電路抽取的 電流是可以忽略的。由分壓網(wǎng)絡(luò)提供的下降電壓V’用作比較器的輸入，比較器包括兩 個運(yùn)算放大器86、87。來自比較器的輸出信號控制單穩(wěn)(one-shot)多諧振蕩器88，其接 著控制耦合到輸入端80的FET開關(guān)81。當(dāng)輸入電壓上升超過預(yù)置閾值(即超過最大容 許電壓電平)的時候，比較器被觸發(fā)，并且單穩(wěn)電路88和FET開關(guān)立即并有效地斷開到 模擬電路82的電流。
在合適的時間間隔以后，例如0.5或1秒，單穩(wěn)電路88釋放FET開關(guān)。如果輸 入端80上的電壓已經(jīng)回到了正常、允許的界限以內(nèi)，模擬電路82能恢復(fù)它的正常功能。 如果輸入端80上的電壓仍然超過允許的電平，保護(hù)電路再次被觸發(fā)，并且模擬電路82再 次從輸入端80斷開，從而實(shí)現(xiàn)模擬電路82的有效保護(hù)。這個過程將延續(xù)，直到在輸入 終端80中不存在過壓。
圖12示出了依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)的示意圖，用于容納許多依照本發(fā)明的模 塊。如圖3所示，依照本發(fā)明的典型框架結(jié)構(gòu)能容納高達(dá)11個模塊，但這僅僅被認(rèn)為是 典型示例。
可以在使用依照本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)的模塊群集中控制依照本發(fā)明的模塊。在圖 12中，與容納框架結(jié)構(gòu)93—起顯示了許多模塊1。當(dāng)將模塊插入到框架結(jié)構(gòu)中的時候， 所述各個模塊和框架結(jié)構(gòu)之間的通信經(jīng)由框架以太網(wǎng)插頭連接器107進(jìn)行，框架以太網(wǎng) 插頭連接器107對應(yīng)于提供在各個模塊的背面上的LAN插座連接器96 (或圖1和10中的 參考標(biāo)記10)。框架以太網(wǎng)插頭連接器107通過LAN連接115與以太網(wǎng)開關(guān)101連接。 所述框架包含以太網(wǎng)開關(guān)101以通過框架以太網(wǎng)接口 103來將來自所有模塊的數(shù)據(jù)集合提 供到PC或控制器104。依照本發(fā)明的幾個框架結(jié)構(gòu)可以使用框架上的第二以太網(wǎng)連接器 102以菊花鏈方式連接。通過使用框架電源連接器105，其與電池模塊上的相應(yīng)連接器94 合作，依照本發(fā)明的一個或多個電池模塊21(圖4)能提供電力給所述框架。根據(jù)具體 實(shí)施例，電池模塊21能駐留在框架結(jié)構(gòu)的第2至N個插槽中。來自給定電池模塊21的 電力通過電池輸出連接112被提供給電源99，以及電力從電源99通過模塊電源連接113 被提供給各個模塊1，即，經(jīng)由如下所述的框架/模塊接口連接器106(應(yīng)注意的是，當(dāng) 所述模塊用作孤立模塊的時候，他們還可以使用PoE設(shè)施通過LAN插座96供電，但由 于PoE供給的效率小于正常DC輸入的效率，因此當(dāng)所述模塊被容納在框架結(jié)構(gòu)中的時候 通過框架/模塊接口連接器從電源99給模塊1供電，以及僅僅在作為孤立單元應(yīng)用的時 候，通過PoE供電是有利的)。作為替代，框架還可以由參考標(biāo)記110和111指示的外部 AC或DC電源供電。根據(jù)所示出的實(shí)施例，框架包括附加功能單元，諸如專用框架功能 98，PTP(精密時間協(xié)議)裝置100以及電源99。連接器裝置94和105也被用作導(dǎo)向裝 置來將各個模塊對準(zhǔn)到框架里它們相應(yīng)的插槽中，以及當(dāng)沒有用作電源連接器的時候， 所述導(dǎo)向功能是他們的唯一功能，舉例來說，由與圖12中的模塊1連接的參考數(shù)字94' 和105'所顯示的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，任何模塊都能作用為框架控制器。如圖12所示的模 塊1用作框架控制器。
大多數(shù)基于機(jī)架的系統(tǒng)具有控制共享資源(例如風(fēng)扇)的專用控制器模塊，并提 供框架中心服務(wù)，諸如應(yīng)來自例如PC的要求提供清單。本發(fā)明的框架控制器可被實(shí)現(xiàn)為 軟件過程，其駐留在所有智能模塊中，并在每當(dāng)模塊被插入到框架中的預(yù)定插槽中的時 候被使用。這意味著用戶不會在一些不能提供任何其它功能的事情上浪費(fèi)插槽。
依照本發(fā)明，框架結(jié)構(gòu)還包括用于與提供在各個模塊的背面上的對應(yīng)連接器 95 (或圖1和10中的參考標(biāo)記9)通信的框架/模塊接口連接器106?？蚣?模塊接口連 接器106通過框架/模塊控制連接114連接到框架功能單元98?？蚣?模塊接口 106-95 用作幾個目的。例如，第1插槽中的模塊可控制框架中的幾個框架功能，并且所述框架 通過這個連接器可支持所有插槽中的幾個模塊功能，這在表1中列出
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)據(jù)采集的模塊，包括(a)可拆卸的前面單元(3)，用于可釋放地附接到所述模塊(1)，包括一個或多個第 一電連接器裝置(4)，第一電連接器裝置(4)用于從諸如麥克風(fēng)和/或加速度計(jì)的外部單 元接收數(shù)據(jù)或信號，和/或用于將諸如控制信號的數(shù)據(jù)或信號提供到外部單元；(b)主體，包括在所述前面單元(3)連接到所述模塊(1)的時候建立到所述前面單元 (3)中一個或多個連接器裝置(4)的電連接的裝置(6)；(C)所述主體還配備有數(shù)據(jù)輸出連接器裝置(10)；從而，經(jīng)由所述一個或多個第一電連接器裝置(4)提供到所述模塊(1)的數(shù)據(jù)或信 號，或者這種信號或數(shù)據(jù)的已處理版本，可從所述模塊(1)經(jīng)由所述數(shù)據(jù)輸出連接器裝 置(10)提供到一個或多個外部單元，諸如PC。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述數(shù)據(jù)輸出連接器裝置是LAN插座連接器 (10)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的模塊，還包括框架主/從接口裝置(9，76)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的模塊，還包括指示裝置(14，15，16)，用于可視地指示連 接器裝置(4)的類型，S卩，輸入連接器或輸出連接器，以及用于指示與特定連接器有關(guān) 的錯誤狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊，還包括輸入保護(hù)裝置，用于在輸入端上的電壓超出給定 閾值的時候，斷開到諸如輸入放大器(82)的模擬部件的輸入(80)，所述輸入保護(hù)裝置在 輸入路徑中包括到所述模擬部件的FET開關(guān)(81)，其中所述FET開關(guān)由比較器(86，87) 和單穩(wěn)多諧振蕩器(88)的組合控制，其中單穩(wěn)多諧振蕩器(88)在到所述比較器(86，87) 的輸入電壓超出給定閾值電平的時候?qū)崿F(xiàn)FET開關(guān)(81)的斷開，以及其中輸入到所述比 較器(86，87)的電壓是通過分壓網(wǎng)絡(luò)(84，85)從輸入端(80)上的電壓(80)獲得，分壓 網(wǎng)絡(luò)(84，85)表示阻抗遠(yuǎn)大于所述模擬部件的輸入阻抗。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述可拆卸的前面單元(3)還包括存儲裝置，例如 以包含物理前面單元部件的圖像的芯片的形式實(shí)現(xiàn)，從而，使得主持可拆卸的前面面板 的模塊經(jīng)由因特網(wǎng)，例如使用專用模塊主頁顯示總模塊配置變得可能。
7.用于可釋放地容納一個或多個根據(jù)在前權(quán)利要求1到6的任何一個所述的模塊的框 架或機(jī)架結(jié)構(gòu)，包括用于所述模塊之一可釋放地插入到給定插槽中的多個插槽，其中所 述框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)還為每個所述插槽包括以太網(wǎng)插頭連接器(107)，用于與模塊(1)中的 對應(yīng)LAN插座連接器(10，96)之間的通信，以及其中所述框架還包含以太網(wǎng)開關(guān)(101) 和框架LAN接口(103)，以通過所述框架以太網(wǎng)接口(103)將從所述模塊(1)收集的數(shù) 據(jù)提供給PC或控制器(104)。
8.如權(quán)利要求7所述的框架或機(jī)架，其中至少某些所述插槽可容納電池模塊(21)， 其在被插入到框架的特定插槽的時候通過連接(112)提供電力到所述框架中的電源 (99)，電源(99)提供電力到容納在框架中的所述模塊(1)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)，包括框架功能單元(98)和用于與提供 在各個模塊中的對應(yīng)連接器(9，95)通信的框架/模塊接口連接器(106)，其中所述框架 /模塊接口連接器(106)通過框架/模塊控制連接(114)連接到所述框架功能單元(98)。
10.如權(quán)利要求7或8所述的框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)，其中所述框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)還配備有第二框架以太網(wǎng)接口(102)，從而多個框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)可使用框架上的第二以太網(wǎng)接口 (102)以菊花鏈方式連接。
11.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括按照在前權(quán)利要求1到6中的任何一個的單一模塊 (59)，單一模塊經(jīng)由LAN電纜與PC (58)和/或其它外部數(shù)據(jù)分析、存儲或處理設(shè)備連接。
12.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括按照在前權(quán)利要求1到6中的任何一個的多個模塊 (59)，每一個模塊(59)通過LAN電纜連接到以太網(wǎng)開關(guān)(63)，以太網(wǎng)開關(guān)(63)接著通 過LAN電纜與PC (58)和/或其它外部數(shù)據(jù)分析、存儲或處理設(shè)備連接。
13.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括按照在前權(quán)利要求1到6中的任何一個的多個模塊(59)，所述多個模塊(59)容納在按照在前權(quán)利要求7-9中的任何一個的框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)(60)中，其中框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)(60)通過LAN電纜與PC(58)和/或其它外部數(shù)據(jù)分析、 存儲或處理設(shè)備連接。
14.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括按照權(quán)利要求1到6中的任何一個的多個模塊(59)，所 述多個模塊(59)容納在按照在前權(quán)利要求7-9中的任何一個的框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)(60)中， 包括多個所述框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)(60)，每個框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)通過LAN電纜連接到以太網(wǎng)開 關(guān)(63)，以太網(wǎng)開關(guān)(63)接著通過LAN電纜與PC (58)和/或其它外部數(shù)據(jù)分析、存儲 或處理設(shè)備連接。
15.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括按照在前權(quán)利要求1到6中的任何一個的多個模塊 (59)，每一個模塊(59)通過LAN電纜連接到以太網(wǎng)開關(guān)(63)，以太網(wǎng)開關(guān)(63)接著通 過LAN電纜與PC (58)和/或其它外部數(shù)據(jù)分析、存儲或處理設(shè)備連接，其中所述系統(tǒng) 還包括按照在前權(quán)利要求7-9中的任何一個的一個或多個框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)(60)，其中框 架或機(jī)架結(jié)構(gòu)(60)經(jīng)由相應(yīng)LAN電纜連接到所述以太網(wǎng)開關(guān)(63)，使得來自所述模塊 (59)和來自容納在所述一個或多個框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)中模塊的數(shù)據(jù)可被傳遞到所述PC (58) 和/或其它外部數(shù)據(jù)分析、存儲或處理設(shè)備。
16.—種用于附接到數(shù)據(jù)采集模塊的可拆卸的前面單元或板，其中前面單元或板(3) 配備有存儲裝置，用于包含前面單元或板(3)的圖像，具體地，是提供在前面單元或板 (3)上的連接器(4)的配置，其中所述圖像可被傳遞到按照在前權(quán)利要求1-6中的任何一 個的模塊，并從所述模塊傳遞到模塊主頁，模塊主頁可經(jīng)由因特網(wǎng)訪問，從而新的可拆 卸的前面單元或板(3)到模塊的附接將利用前面單元或板(3)上的連接器(4)的新圖像/ 新配置或連接器(4)的新選擇來自動更新所述模塊主頁。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于數(shù)據(jù)采集的單元或模塊，其用作孤立單元或用于形成其中多個模塊被一起安裝在框架或機(jī)架結(jié)構(gòu)中的模塊系統(tǒng)，以及這種孤立單元和框架的結(jié)合。更具體地，本發(fā)明涉及用于數(shù)據(jù)采集的模塊，包括可拆卸的前面單元(3)，用于可釋放地附接到模塊(1)，包括一個或多個第一電連接器裝置(4)，第一電連接器裝置(4)用于從諸如麥克風(fēng)和/或加速度計(jì)的外部單元接收數(shù)據(jù)或信號，和/或提供數(shù)據(jù)或諸如控制信號的信號到外部單元；主體，包括在所述前面單元(3)被連接到所述模塊(1)的時候，建立電連接到所述前面單元(3)中的一個或多個連接器裝置(4)的裝置(6)；以及其中所述主體還配備有數(shù)據(jù)輸出連接器裝置(10)；從而，經(jīng)由所述一個或多個第一電連接器裝置(4)提供給模塊(1)的數(shù)據(jù)或信號，或這種信號或數(shù)據(jù)的已處理版本可以經(jīng)由所述數(shù)據(jù)輸出連接器裝置(10)從所述模塊(1)提供到一個或多個外部單元，諸如PC。
文檔編號G01D3/02GK102027330SQ200980117342
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者A·瓦斯特魯普, C·尼爾森, C·漢森, H·拉爾森, L·克洛曼, L·特斯特魯普 申請人:布呂爾和基艾聲音和震動測量公司