虚拟仪器-第7章 数据采集

3. 模拟时域信号
模拟时域信号所运载的信息不仅包含信号的电平，还包含电平随时间的 变化。在测量一个时域信号(也称为波形)时，需要关注一些与波形形状相关 的特性，例如斜率、峰值、到达峰值的时刻和下降时刻等。
为了测量时域信号，必须有一个精确的时间序列，序列的时间间隔也应 该合适，以保证信号的有用部分被采集到。并且要以一定的速率进行测量， 这个测量速率要能跟上波形的变化。用于测量时域信号的采集系统通常包括 A/D转换器、采样时钟和触发器。A/D转换器要具有高分辨率和高带宽，以保 证采集数据的精度和高频率采样；精确的采样时钟，用于以精确的时间间隔 采样；而触发器使测量在恰当的时间开始。
AISENSE
仪器放大器
+
-
+
Um
-
（3）无参考地单端测量系统(NRSE)
AIGND
MUX
一个RSE测量系统，也叫做接地测 CH0
量系统，被测信号一端接模拟输入通
CH1 CH2
.
道，另一端接系统地AIGND。
. .
CH15
仪器放大器
+
-
+
单端测量系统采用情况：
Um
输入信号是高电平（一般大于1V） AIGND
-
信号电缆比较短（<5m）或有合适屏蔽，环境噪声比较小
所有输入信号共用一个参考点
3．选择合适的测量系统 信号源和测量系统的连接方式
测试系统
DEF RSE NRSE
接地信号
√ × √
浮动信号
√ √ √
7.1.4 数据采集系统构成
一个典型的基于PC的数据采集系统包括传感器、信号调理、数据采集卡、 PC机和软件。
7.2 数据采集卡的选用与配置 PCI总线接口数据采集卡
NI的数据采集卡
7.1.3 信号的参考点与测量系统
信号源有两种类型：基准的和非基准的。基准信号源通常称为接地信 号，而非基准信号源则称为未接地信号或浮动信号。
1. 信号接地
接地信号源
Us
Us 未接地信号源
接地信号源的电压信号以系统的地线作为参考点，如大地或建筑物。通 过电源插座插入建筑物的设备，如信号发生器和供电设备，都是接地信号源 最常见的实例。
7.1 数据采集基础
7.1.1 奈奎斯特采样定理
若连续信号x(t)是有限带宽的，其频谱的最高频率为fc，对x(t)采样 时，若保证采样频率fS≥2fC，那么即可由采样后的数字信号x(nTs)恢复出 x(t)，此基本原则称为奈奎斯特采样定理。如果采样频率fS<2fC，则通过采
样后的数字信号无法还原原来的信号，称为欠采样，如图7-1所示出现了伪
（1）差分测量系统 在差分测量系统中，信号两个输入端分别连接数据采集设备的两个模拟
通道输入端。具有仪器放大器的数据采集卡设备可配置成差分测量系统。
MUX
CH0+
CH1+
差分测量系统可使用情况：
CH2+
. .
输入信号是低电平（一般小于1V）
.
CH7+
信号电缆比较长或者没有屏蔽，环境 CH0-
CH1-
第7章 数据采集
7.1 数据采集基础 7.2 数据采集卡的选用与配置 7.3 NI-DAQmx简介 7.4 DAQmx应用实例
第7章 数据采集
学习目标
掌握数据采集的基本理论知识
了解数据采集系统的构成、数据采集助手DAQ Assistant的使用
掌握DAQ节点的组织结构与常用参数设置 熟练掌握数据采集任务的建立
脉冲信号由一系列的状态变化组成，包括在其中的信息由状态转换数 目、转换速率一个转换间隔或多个转换间隔的时间来表示。如一个步进电机 需要用一系列的数字脉冲作为输入来控制位置和速度。
2. 模拟直流信号
模拟直流信号是静止的或者随时间变化非常缓慢的模拟信号。常见的 直流信号有温度、流速、压力、应变等。由于模拟直流信号是静止或缓慢变 化的，因此测量时更应注重于测量电平的精确度而并非测量的时间或速率。 采集系统在采集模拟直流信号时，需要有足够的精度以正确测量信号电平。
噪声比较大
CH2-
.
.
任何一个输入信号要求单独的参考点 .
CH7-
AIGND
MUX
仪器放大器
+
-
+
Um
-
MUX
（2）参考地单端测量系统(RSE)
Biblioteka Baidu
CH0+ CH1+
在NRSE测量系统中，信号的一端
CH2+
.
.
接模拟输入通道，另一端接一个公用
.
CH15+
参考端，但这个参考端电压相对于测
量系统的地来说是不断变化的。
信号。一般情况下，在采样时，fs至少为fc的2倍，工程上一般取为6-8倍。
充分采样 欠采样
信号采样点
伪信号
7.1.2 信号类型
直流信号
0.85s
电平
t
模拟信号 时域信号
形状
t
信号
数字信号
频域信号
开
开关信号
脉冲信号 1 0
f 频率 状态
关t
t 速率
1. 数字信号
数字信号分开/关信号和脉冲信号两类，开关信号运载的信息与信息的 即时状态信息有关。开关信号的一个实例就是TTL信号的输出。一个TTL信号 在2.0～2.5V之间，定义为逻辑高电平；在0～0.8V之间，定义为逻辑低电平。
4. 模拟频域信号
模拟频域信号与时域信号类似，该信号也随时间变化。然而，从频域信 号中提取的信息是基于信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间 变化的特性。
用于测量一个频域信号的系统必须有包括A/D转换器、采样时钟和用于 精确捕捉波形的触发器。另外，系统必须有必要的分析功能，用于从信号中 提取领域信息。为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的 DSP硬件来实现。
数据采集卡
传感器
信号调理
软件
PC机
传感器：感应被测对象的状态变化，并将其转化成可测量的电信号。 信号调理：联系传感器与数据采集设备的桥梁，主要包括放大、、滤波、隔离、
激励、线性化等。 数据采集卡：实现数据采集功能的计算机扩展卡。一个典型的数据采集卡的功能
有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等。通常来说数据采集卡都有 自己的驱动程序。 软件：使PC机和数据采集卡形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统。
未接地信号源的信号（如电压）没有相应的诸如大地或建筑物这样的绝 对参考点。一些常见的未接地信号的实例包括电池组、电池供电源、热电偶、 变压器、隔离放大器和那些输出信号明显不接地的各种仪器。
2．测量系统 根据信号接入方式的不同，测量系统可以分为差分测量系统（DEF）、参 考地单端测量系统（RSE）、无参考地单端测量系统（NRSE）3种类型。