电气测量-6 第六章 数据采集技术.pptVIP

第六章 数据采集技术 本章主要介绍在数据采集技术中应用的模拟多路开关、测量放大器、采样保持电路以及单片数据采集系统的相关知识。 参考资料 申忠如等，《电气测量技术》，科学出版社 主要内容 第一节 多路数据采集技术概述 第二节 模拟多路开关 第三节 测量放大器 第四节 采样保持电路 第五节 单片数据采集系统 第六节 数据采集系统的结构 第一节 多路数据采集技术概述 主要内容： 一、数据采集技术的概念 二、数据采集技术的应用 三、数据采集技术的特点 四、数据采集系统的构成 一、数据采集技术的概念 1、数据采集技术 对多路模拟信号进行分时的数字化测量，从而获得大量数据的技术。 2、主要技术： (1)多通道切换——多路开关 (2)分时功能——多路开关 (3)数字化测量——采样/保持，A/D转换 (4)大量数据的处理技术——计算机技术 二、数据采集技术的应用 1、自动化生产过程 大量反映工艺流程的模拟信号需要实时测量、实时控制。如化工、冶金、电力。 2、科学装置或实验装置 对某一科学装置或实验装置往往需要几乎在同一时间内测量若干参数的变化，从而确定参数间的函数关系，或整体评价装置的各种性能指标。如发动机、飞行器。 3、其它 医疗、环保、农业技术、武器控制系统、音响系统。 三、数据采集系统的特点 1、数字化测量的扩展 (1)空间扩展： ①对许多模拟信号逐一进行测量； ②应用多路切换开关实现多通道测量； ③众多不同大小的信号需要进行归一化和线性化处理。 (2)时间扩展： ①对被测量进行长时间测量，以一定的时间间隔测定各时刻的瞬时值； ②应用采样保持电路以及数字存储装置实现； 2、应用数字化技术 (1)干扰：信号传输过程中，模拟信号比数字信号更易于受到干扰； (2)衰减：信号传输过程中，模拟信号存在衰减，数字信号并不衰减其信息； (3)误差：利用模拟电路对模拟信号信息进行处理（滤波、存储、运算等）时产生较大误差。 四、数据采集系统的构成 实际使用的微型计算机数据采集系统由四部分组成: 1、数据采集器： 包括多路开关MUX、测量放大器IA、取样保持放大器SHA、模数转换器ADC等环节。 被测信号由输入通道多路开关以一定次序接入，经过放大、采样，再量化成为数字信号。 2、微机接口电路： 用来传送数据采集系统运转所需的数据、状态信息以及控制信号。 3、数模转换器： 将微机输出数字信号再转换为模拟信号，以实现系统要求的显示、记录、控制任务。 4、应用软件。 第二节 模拟多路开关 主要内容： 一、概述 二、机械触点式开关 三、固体式模拟开关 四、单端多路转换器和分组转换 五、集成多路模拟开关 六、模拟开关的应用 一、概述 1、作用 多路模拟开关用于轮流切换各被测（或控制）回路与模数（或数模）转换电路间的通路，从而达到几路甚至几十路信号分时共用公共模数、数模转换电路的目的。 2、理想模拟多路开关特性 (1)开关接通时导通电阻等于零，无附加残余电动势，能不失真地传输模拟信号； (2)开关断开时，电阻等于无穷大，无泄漏电流，使各路信号源相互之间以及与数据采集装置之间完全隔离。 3、选择和设计实际模拟开关的影响因素 (1)通道数目：通道数目增加，开关的寄生电容和泄漏电流的影响也增大，从而降低传输精度和切换速度，增加通道之间的相互影响。 (2)信号源的源阻抗：在保证一定传输精度的情况下，源阻抗越大，泄漏电流应越小。 (3)模拟信号源的输入方式：如果输入信号源本身具有较大共模电压，要对共模信号进行抑制，或使用差分输入方式。 (4)输入信号的极性和数值：合理设计多路模拟开关驱动电路的形式和参数。 (5)通道串扰：电子模拟开关的极间电容和寄生电容是造成对输出信号串扰的原因，串扰电压正比于加在“断开”通道上信号的频率和幅度，以及“导通”通道的信号源的源阻抗。 (6)切换速度：决定被传输信号的变化速度。被传输模拟信号的频带越宽，要求切换频率越高，A/D转换速度也应提高。 二、机械触点式开关 1、特点 (1)包括干簧继电器、水银继电器、机械振子式继电器等。 (2)具有理想的静特性。 (3)驱动部分和开关触点是隔开的，具有很高的电压隔离作用。 (4)动态特性差（速度慢）。 (5)动作时产生弹跳。 (6)寿命短。 2、干簧继电器 (1)结构 ①在玻璃密封外壳内有一对由金、铑或银等贵重全属构成的扁平触点。 ②玻璃壳内充惰性气体。 ③触点是常开的，当线圈内通过电流时，簧片被磁化而使触点吸合。 (2) 驱动电路 Vc为线圈的激励电源，Vd为开关吸合与断开的控制电压，二极管D用于短路掉开关断开时线圈内产生的反冲电动势。 (3)简单模型 ①当开关闭合时，导通电阻Ron可小于0.1Ω； ②当开关打开时，断开电阻Roff接近1GΩ； ③继电器触点之间以及触点和驱动线圈间的击