机械工程测试技术 作者 谢里阳 7计算机数据采集与分析系统.pptVIP

学习导航 7.1 数据采集与分析系统的构成 (1) 信号调理 (2) 模数 (A/D) 转换 7.2.1 采样(1) 采样和迭混现象 (3)采样定理 7.2.2 量化 2 窗函数的评价 (1) 频域采样原理 7.3 快速傅里叶变换原理7.3.1 离散的傅里叶变换 7.3.2 傅里叶变换的快速算法（FFT） 快速傅里叶变换的矩阵形式 2．FFT的时间抽取算法 设m = 3，数据长度 8点FFT时间抽取算法的信号流图 3．FFT的频域抽取算法 7.3.3 FFT的逆变换（IFFT） 1) 取X(k)的共轭，得出 ； 2) 做 的FFT，得 ； 3) 取 的共轭并乘因子 。 7.4数据采集元件 7.4.1 多路转换器 从不同的通道中每次选一个读取信息。本质上是一个电子开关 。 7.4.2 数模（D/A）转换器 D/A 转换器产生正比于输入的并行数字信号(例如，8位二进制信号b7 b6 …b1 b0)的输出电压。 7.4.3 模数（A/D）转换器 主要的性能指标是分辨率、转换时间和输入范围 。 3．并行ADC 最快的A/D转换器类型 。 主要用于需要非常高速转换的地方，例如视频、雷达及数字示波器等。 7.4.4 同步采样-保持子系统 某些误差取决于缝隙时间和输入信号的变化速度。 7.4.5 数据采集卡 可直接插在 IBM PC系列微机的任一总线扩展槽上 。 多路模拟转换器 (AMUX)、模数转换器 (ADC) 、采样保持 (S/H) 电路和数模转换器 (DAC) 。 并行输入输出接口 8255 。 可编程定时/计数器 8253 。 7.4.6 数据采集卡的接口编程 1. 数据采集的触发方式 2. 数据采集卡的数据传送方式 3. 编写A/D和D/A转换程序 7.5 虚拟仪器 以计算机为基础的软硬件测试平台，是在计算机显示屏显示的虚拟面板上，用软件实现测试分析功能的计算机数据采集与分析系统。 可以代替传统的测量仪器，实现数据的采集、分析和工业过程的控制。 可以充分利用计算机强大的的图形显示功能、数据存储、数据处理和传输功能，实现测试的自动化、智能化，并且灵活方便地实现过程自动控制。 虚拟仪器与传统仪器的比较 7.5.1 虚拟仪器的组成 7.5.2 虚拟仪器分类与应用 1.虚拟仪器分类 PC总线——插卡型虚拟仪器 并行口式虚拟仪器 GPIB总线方式的虚拟仪器 VXI总线方式虚拟仪器 PXI总线方式虚拟仪器 2．虚拟仪器的设计与实现 1) 确定虚拟仪器的接口形式 2）确定所选择的接口卡是否具有设备驱动程序 3）确定应用程序的编程语言 4）编写用户的应用程序 5）调试运行应用程序 7.6基于计算机的数据采集系统设计 7.6.1 基本原则 1.硬件设计的基本原则 （1）经济合理 （2）安全可靠 （3）有足够的抗干扰能力 2.软件设计基本原则 （1）结构合理（2）操作性好（3）具有一定的保护措施 （4）提高程序的执行速度 （5）给出必要程序说明 7.6.2系统设计的一般步骤 1．分析问题和确定任务 2．确定采样周期Ts 3．系统总体设计 (1) 进行硬件和软件的功能分配 (2) 系统A／D通道方案的确定 (3) 确定微型计算机的配置方案 (4) 操作面板的设计 (5) 系统抗干扰设计 时域采样结果为信号，采样函数和窗函数的积，在频域对应三者频域函数的卷积，即 x(t)g(t)w(t) X(f)*G(f)*W(f) 频域采样是在频域乘以采样函数 频域的一个周期fs=1/Ts有N个数据点，所以频率序列的间隔Δf= fs /N= 1/(Ts N)=1/T，是时间窗宽度的倒数。 关于频域采样的傅里叶变换对为： [x(t)g(t)w(t)]*d(t) [X(f)*G(f)*W(f)]D(f) 7.2 信号数字化处理中的主要问题 经频域采样后的频谱仅在各采样点上存在，而非采样点的频谱则被“挡住”无法显示（视为0），这种现象称为栅栏效应。 在时域，只要满足采样定理，栅栏效应不会丢失信号信息，但在频域，则有可能丢失的重要的或具有特征的频率成分。 (2) 栅栏效应 7.2 信号数字化处理中的主要问题 ① 提高频率分辨力 频率采样间隔越小，被挡住的频率成分越少。 因为频率间隔Δf= fs /N，所以降低fs或提高N可以提高分辨力。但前者受采样定理的限制，后者会增加计算量。在满足采样定理的条件下，可以采用频率细化技术。 ② 整周期截断 对于频率为f0，周期为T0的简谐信号，只有当 f0 /Δf=整数，即T/T0=整数时，谱线才可能落在f0，显示准确的频谱。 (3) 减小栅栏效应的措施 7.2 信号数字化处理中的主要问题 离散的谱线对应于时域的周