数据采集与信号调理一点通资料

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A f min
数据采集系统的主要技术指标
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 ...
表1.1 系统的分辨率（满度值为10 V）
数据采集系统的主要技术指标
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。
数据采集硬件可以将PC变为一个自动化系统
传感器
• 任意类型
信号连接
• 直接连接 • 或通过接线端
DAQ设备
• • • • PCI/PXI PCIe/PXIe USB Ethernet
PC
• Windows • Linux • Mac
部分常用的数据采集设备类型
• 实验室、工业环境使用
– 基于PCI/PXI接口 – 往往需要外接端子和线缆
• 便携式/远距离
– USB，Ethernet接口
• 教学实验与学生练习
– 如ELVIS 、myDAQ – 除了数据采集硬件电路之外还 集成了其他一些功能，如数字 万用表、可编程电源等
举例: 基于PXI平台的数据采集
接线端（前面凸出部分） 信号调理与数据采集（接线端后面）
PXI控制器及机箱 (可大致理解为PC)
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。
3.5.2 系统参数设计和器件选择
数据采集系统的主要技术指标：
被采集信号的特点
系统响应时间 系统分辨率 系统的精度
数据采集系统的主要技术指标
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。
t
形状 频率
f
频域信号
信号与系统初步 (续)
• 模 拟 信 号
0.985 t t f
电压信号
温度 压力 流量 应力
时域信号
雷达回波 血压变化 汽车点火波形
频域信号
振动 语音 声呐
对采集卡的要求
DC精度 分辨率 采样频率 精度 触发 分辨率 采样频率 精度 触发
信号与系统初步 (续)
• 数 字 信 号
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。
数据采集系统基本组成
数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为 模拟部分和数字部分。
图1.1 数据采集系统硬件基本组成
3.5wk.baidu.com1 数据采集系统结构形式的确定
常见的数据采集形式有以下几种： 1. 单通道数据采集系统
2. 多通道并行数据采集系统
3. 多通道同步型数据采样系统
4. 多通道共享采样/保持器与A/D转换器
数据采集与信号调理一点通
信号与系统初步
• 一个典型的系统：
1101 采样/量化 … 1101…
模拟重建 数字信号 处理
模拟输出 数字输出
模拟输入
数字输入
信号与系统初步
• 信号的分类：
on
信息
开/关信号
off t
状态 速率
t
数字量 脉冲队列 信号 直流信号 模拟量 时域信号
t 10-
0.985
幅值
100%
A1为基波振幅，Ak为第k次谐波的振幅。
数据采集系统的主要技术指标
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：
on off t 10t
开关信号
输入： 检测一个开关的打开/闭合 输出： 打开/关闭一个阀门
脉冲队列
输入： 读光编码器的输出信号 输出： 产生一个方波
对采集卡的要求
驱动能力 通道数 时钟频率
数据采集系统概述
信号调理 传感器 / 信号 I/O 数据采集 硬件 总线 数据采集 软件
典型的数据采集系统硬件架构
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
举例: 用于教学实验的NI ELVIS
• 一种集成了12种仪器的教学实验设备
– 安装NI-ELVIS驱动后可通过ELVIS软面板实现这些功能
• 同时也可看做是一种基于USB总线的多功能数据采集设备
– 用于学习虚拟仪器（尤其是数据采集）的相关编程技术
USB总线
（注意: 不是前面所说的传输电缆）
PC
接线端+传输线缆+ 数据采集设备