数据采集(daq)基础知识

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1、数据采集(DAQ)基础知识

2、第1简介现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/pactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的个人电脑（PC）采集数据。许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件和PC分离，通过并行或串行接口和PC相连。从基于PC的数据采集系统中获取适当的结果取决于图示一中的各项组成部分：PC传感器信号调理数据采集硬件软件图1典型的基于PC的DAQ系统1.个人电脑(PC)数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度，而当今

3、的技术已可以使用Pentium和Poemoryaccess，DMA）传送方式，它使用专门的硬件把数据直接传送到计算机内存，从而提高了系统的数据吞吐量。采用这种方式后，处理器不需要控制数据的传送，因此它就可以用来处理更复杂的工作。为了利用DMA或中断传送方式，您的数据采集设备必须能支持这些传送类型。例如，PCI、ISA和IEEE1394设备可以支持DMA和中断传送方式，而PCMCIA和USB设备只能使用中断传送方式。所选用的数据传送方式会影响您数据采集设备的数据吞吐量。限制采集大量数据的因素常常是硬盘，磁盘的访问时间和硬盘的分区会极大地降低数据采集和存储到硬盘的最大速率。对于要求采集高频信号的

4、系统，就需要为您的PC选择高速硬盘，从而保证有连续（非分区）的硬盘空间来保存数据。此外，要用专门的硬盘进行采集并且在把数据存储到磁盘时使用另一个独立的磁盘运行操作系统。对于要实时处理高频信号的应用，需要用到32位的高速处理器以及相应的协处理器或专用的插入式处理器，如数字信号处理（DSP）板卡。然而，对于在一秒内只需采集或换算一两次数据的应用系统而言，使用低端的PC就可以满足要求。在满足您短期目标的同时，要根据投资所能产生的长期回报的最大值来确定选用何种操作系统和计算机平台。影响您选择的因素可能包括开发人员和最终用户的经验和要求、PC的其它用途（现在和将来）、成本的限制以及在您实现系统期间内可

5、使用的各种计算机平台。传统平台包括具有简单的图形化用户界面的MacOS，以及S/s的PCI-MIO-16E-1采样通道为10个，那么每个通道的有效采集速率大约为：由于模拟信号的模拟SCXI模块采用多路复用技术，一个数据采集设备可以测量多达3,072个信号。使用AMUX-64T模拟多路复用器，您可以使用一个设备来测量256个信号。所有内置有多路复用器的数据采集设备也具备这一特性。滤波功能--滤波器的功能是指在您所测量的信号中滤除不需要的信号。噪声滤波器用于如温度这样直流信号，它可以衰减那些降低测量精度的高频信号。例如，许多SCXI模块在使用数据采集设备对信号数字化前使用4Hz和10kHz的低通

6、滤波器来滤除噪声。如振动这样的交流信号常常需要另一种被称为抗混频的滤波器。像噪声滤波器一样，抗混频滤波器也是低通滤波器；然而，它需要有非常陡的截止速率，从而可以滤除信号中所有高于设备输入波段的频率。如果这些频率没有被滤除，它们将会作为信号错误地出现在设备输入带宽中。专为测量交流信号而设计的设备--NI455x、NI445x和NI447x动态信号采集（DSA）设备，NI6115同步采样多功能I/O设备，SCXI-1141模块都有内置的抗混频滤波器。激励功能--对于某些传感器信号调理也能提供激励源。例如，应力计、热敏电阻器和RTD需要有外部电压或电流激励信号。用于这些传感器的信号调理模块常用来提

7、供激励信号。RTD测量常使用电流源来把电阻上的变化量转化为可测量电压。应力计是阻值非常低的电阻设备，常用于配有电压激励源的惠斯通电桥。SCXI-1121和SCXI-1122有板载的激励源，可配置为电流或电压激励，从而可用于压力计、热敏电阻器或RTD。线性化功能--另一种常见的信号调理功能是线性化功能。许多传感器，如热电偶，对被测量的物理量的响应是非线性的。NI的NI-DAQ、LabVIEeasurementStudio和VirtualBench等应用软件包包含了应用于热电偶、压力计和RTD的线性化功能。您需要了解您的信号的特性，用于测量信号的配置以及系统周围环境的影响。根据这些信息，您才可以

8、确定您的DAQ系统是否需要使用信号调理。3.数据采集硬件(1)模拟输入模拟输入的基本考虑－在模拟输入的技术说明中将给出关于数据采集产品的精度和功能的信息。基本技术说明适用于大部分数据采集产品，包括通道数目、采样速率、分辨率和输入范围等方面的信息。通道数－对于采用单端和差分两种输入方式的设备，模拟输入通道数可以分为单端输入通道数和差分输入通道数。在单端输入中，输入信号均以共同的地线为基准。这种输入方法主要应用于