《虚拟仪器设计教学课件》第四章 数据采集基础.pptVIP

数据采集（Data Acquisition）的完成需要数据采集（DAQ）卡（硬件）和程序（软件）的支持。 DAQ系统的基本任务是物理信号的产生或测量。但是要使计算机系统能够测量物理信号，必须要使用传感器把物理信号转换成电信号（电压或者电流信号）。有时不能把被测信号直接连接到DAQ卡，而必须使用信号调理辅助电路，先将信号进行滤波、放大、衰减等处理。总之，数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统 – 包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。 4.1.1数据采集系统的基本结构 4.1.2 采样定理 4.2.1 信号类型：接地信号和浮地信号 4.2.2 输入模式： 差分测量与单端测量 典型的信号调理设备 例：一个12位的DAQ卡，输入范围为0到10伏，增益倍数为1，则可检测到2.4mV的电压变化。而当输入范围为-10到10伏（20伏），可检测的电压变化量则为4.8mV。式中Vu 、Vd模拟变化量测量上下限，G为增益，n 是分辨率数字位数。 广西大学电气工程学院 广西大学电气工程学院 制作 虚拟仪器原理与设计 广西大学电气工程学院 第四章 数据采集基础 第四章 数据采集基础 本章学习要求： 1. 掌握数据采集（DAQ）系统的结构组成 2. 理解数据采集的基本原理—采样原理 3. 了解信号的类型和模拟信号的连接方式 4. 了解放大、滤波、隔离、线性化等信号调理功能 5. 了解常用数据采集卡的主要性能指标 数据采集（Data Acquisition）就是将电压、电流等电信号或将温度、压力等非电量经过传感器变成电信号，再经过A/D变换，读到计算机中的过程。 4.1 数据采集的基本概念和结构 第四章 数据采集基础 4.1 数据采集的基本概念和结构  典型的DAQ虚拟仪器由四部分构成： PCI PXI USB PCMAIC/（笔记本电脑） 4.1.1 数据采集的基本结构 4.1 数据采集的基本概念和结构 被测物理量大多是在时间、幅值上均连续的模拟信号，要利用计算机对它们进行分析和处理，首先要利用模数转换器(ADC，包含在DAQ板卡中）将它们转换为数字信号，这个过程称为“采样”。 对连续时间信号f(t)采样的工作原理如图所示。抽样器相当于一个定时开关，它每隔一个周期Ts闭合一次，每次闭合时间为?，从而得到样值信号fs(t)。 信号的抽样 4.1 数据采集的基本概念和结构 4.1.2 采样定理 采样原理可理解为将模拟信号f(t)与采样脉冲序列pTS(t)相乘，然后对得到的离散脉冲序列fs(t)进行编码。 理想抽样的过程及其有关波形 4.1.2 采样定理 抽样信号及其频谱 4.1.2 采样定理 f(t)的恢复原理 4.1.2 采样定理 由上图可以看出，若 ， 则采样信号fs(t)的频谱F(ω)就是周期性的重复着f (t)的频谱FS(ω)，而不会发生如下图所示的重叠现象，我们将TS称为奈奎斯特间隔。，则通过低通滤波器后可从脉冲序列信号fs(t)中完全恢复出模拟信号f (t) 抽样信号频谱的混叠现象 4.1.2 采样定理 由上述分析我们可以总结出时域采样定理： （1）若连续时间信号f(t)是一个带限信号，即在|ω|ωm时，其 频谱F (ω)=0，则f(t)可以用均 匀等间隔的抽样信号fs(t) = f (nTs)即抽样值来唯一表示。 奈奎斯特频率： 奈奎斯特抽样率： 采样定理的总结： 4.1.2 采样定理 （2）实际中遇到的连续时间信号f(t)通常都不是有限带宽的信号，这要求采样频率无穷大（采样周期接近0）时才能避免混频现象，是不可能实现的。因此，对此类信号要使其先通过模拟低通滤波器滤除高频成分成为带限信号，称为抗混频滤波处理。 （3）实际的模拟低通滤波器滤也不可能有理想的截止特性，因此采样频率通常选为f(t)包含的最高频率分量fh的（3~4）倍甚至更高。常用的物理量的采样周期选取如教材的表4-1所示。 4.2 有关数据采集的几个基本术语 第四章 数据采集基础 接地信号（GS)是以系统地（大地或建筑物的地）为参考点的信号，如信号发生器和电源都是接地信号。 浮地信号（FS)是不与任何参考点连接的信号，如电池、热电偶、变压器等都是浮地信号。 接地信号 浮地信号 4.2有关数据采集的几个基本术语 1、差分输入 在差分测量系统中，利用2个输入通道来传递1个差分信号，信号的正极和负极分别与一个