数据采集系统基本组成

所以流入节点A的电流
VREF I R
所以流入相邻左侧节点的电流依次减半。
d0
Fra Baidu bibliotek
d1
d2
d n -2
d n -1 Iout1 Iout2
R
A
Uo
n 2 2R
I
S0 2 2R
I
S1 2 2R
n
n -1
I
S2 2 2R
n -2 2R R
I
S n-2
S n-1
I
2
2
I
2R 2
1
2R// 2R=R
R
R
R
R
混频偏差
采样率过低的结果是还原信号的频率看上去与原始信 号不同。这种信号畸变叫做混叠（alias）。出现的混 频偏差（alias frequency）是输入信号的频率和最靠 近的采样率整数倍的差的绝对值。
采样频率fs是100HZ
信号调理
信号调理能够在信号、传感器、DAQ板卡和PC机之间提供接 口。通常的信号调理类型包括：放大、隔离、滤波、激励、 线性化等。
100%
A1为基波振幅，Ak为第k次谐波的振幅。
微弱信号检测方法
提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法：
从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪
声传感器。 分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中 提取信号。 对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，
噪声低，谱段宽，响应快，寿命长，便于匹配，均衡稳定。
用于弱信号检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。
• 填空：16*1=16 判断6*1=6 简答6*6=36 • 分析10+10+10+12=12分
放大器
使用测量放大器的原因：弱信号、强干扰；动态范围宽，共 模干扰电压大。 目的：检测叠加在高共模电压上的微弱信号。 要求：高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声 低、闭环增益稳定性高。 分类： 技术指标： 放大倍数：AU、AUS、Ai、Ais 输入阻抗：Ri=U0/Ii 输出阻抗 通频带
I 20 lg
A f min
数据采集系统的主要性能指标
5. 非线性失真（谐波失真）：给系统输入一个频率为 f 的正弦波时，其输出中出现很多频率为 kf（ k 为正整 数）的新的频率分量的现象，称为非线性失真。谐 波失真系数用来衡量系统产生非线性失真的程度， 它通常用下式表示：
H
2 A2 A32 ... 2 A12 A2 A32 ...
数据采集系统的主要性能指标
4.动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围 是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。采 集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅 值Vimax与最小幅值Vimin之比的分贝数，动态范围：
Vi max I i 20lg Vi min
瞬时动态范围：对大动态范围信号的高精度采集时， 某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量幅 值之比的最大值，即幅值最大频率分量的幅值 Afmax 与幅度最小频率分量的幅值 Afmin 之比的分贝数。瞬 A f max 时动态范围：
多通道共享采样保持器与A/D转换器
各通道公用一个采样保持器和A/D转换器。工作时， 通过多路开关将各路信号分时切换，输入到公用的 采样保持器中，实现多路信号的分时采集，而非同 步采集。并且采集速度最慢。优点是节省硬件成本， 适于对采集速度要求不高的应用场合。
数据采集系统的主要性能指标
1. 系统分辨率：数据采集系统可以分辨的输入信号的 最小变化量。通常用最低有效位值（ LSB ）占系统 满刻度信号的百分比表示，或用系统可分辨的实际 电压数值来表示。有时也用信号满刻度值可以划分 的级数来表示。
多通道数据采集系统的几种结构形式
多通道A/D转换
每个通道都有各自独自的采样保持器与A/D转换器， 这种结构形式可以对各通道输入信号进行同步、高速 数据采集。
多通道数据采集系统的几种结构形式
单通道共享A/D转换器
各通道有各自独立的采样保持器，但公用一个A/D 转换器。通过多路开关分，对各路信号分时进行 A/D转换。能够实现多路信号的同步采集，但采集 速度稍慢。
d0 d1 d2 d n -2 d n -1 Iout1 Iout2
n 2 2R R
A
Uo
S n-1
I
S0 2 2R
I
S1 2 2R
n
n -1
I
S2 2 2R
n -2 2R R
I
S n-2
S n-1
I
2
2
I
2R 2
I
2
VREF
I
2R 2R A 2
1
1
1
VREF
2R// 2R=R
R
R
R
R
A I
I
R+R=2R
热电偶 电阻温度检测 共模或高压 应变片 信号中有高频噪声 负载需要交流开关 或大电流 放大、线性化、冷端补偿 电流激励、线性化。3或4线设置 隔离放大器（光隔） DAQ设备 电流激励、线性化。3或4线设置 低通滤波器 SPDT继电器 什么态继电器
倒T型电阻解码网络 D/A转换器
倒T型电阻网络是集成DA转换器中采用最多的一种。从节点A 向左看，每个节点等效电阻均为2R。
位数 8 级数 256 1 LSB（满度值的百分数） 1 LSB（10V满度） 0.391% 39.1mV
12
16 20 24
4096
65536 1048576 16777216
0.0244%
0.0015% 0.000095% 0.0000060%
2.44 mV
0.15 mV 9.53 uV 0.60 uV
表1.1 系统的分辨率（满度值为10 V）
数据采集系统的主要性能指标
2.系统精度：当系统工作在额定采集速率下，每个离散 子样的转换精度。 模数转换器的精度是系统精度的极限值。 系统精度是系统的实际输出值与理论输出值之差，它 是系统各种误差的总和。通常表示为满度值的百分数。 3.采集速率（系统通过速率、吞吐率）：在满足系统精 度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内 所完成的采样次数，或者说是系统每个通道、每秒钟 可采集的子样数目。 “采集”包括对被测物理量进行采样、量化、编码、 传输、存储等过程。 采集速率的倒数是采样周期。
I
VREF
R+R=2R
V I REF R
可写出 I 的表达式
I I I d n 1 d n 2 2 4
输出模拟电压为
I n 1 d1 n d 0 2 2