信号处理与数据采集系统(1)

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1、www.Microcontrol.cn微控设计网信号处理与数据采集系统前言在所有提供测试及监视的产业中皆为其特定的量测需求提供许多特殊设计的转换器。本书旨意在于为读者引介一般常用的转换器界面以及提供最常碰到的转换器及相关信号的实际情形。转换器是用来量测许多物理量，如温度、压力、应变、振动、音响、湿度、流体、液位、速度、电荷量、酸碱值、化学组成及其它各类等等。一般来说，转换器制造者会对其转换器的使用及操作的原理，提供应用上的注意事项。在选择一个转换器时最主要考虑的问题点在于:·转换器的输出，电气特性为何(振幅大小，频率，信号

2、源阻抗值)·需要什么样的电源或是什么样的激发需求?·转换器的精确度规格为何?·若要准确量测时需涵盖多大的电压范围及频率?·转换器是如何校正的?·转换器的精确度及校正值要如何证明?·转换器使用环境的考虑(温度、湿度、振动、压力为何)?把转换器当成黑盒子一般在接受输入时就会按照规格来输出信号的想法是不对的。要得到可信赖的测量必须要了解转换器是如何动作的。第一章介绍本书是要将未使用过的新手带进数据撷取及信号处理的观念，强调对于所选用的转换器需慎选与其搭配的模拟数字转换器及信号处理器。更详细的信号处理器内容及架构请参考IOTECH

3、的应用事项及产品规格表。另外，在第九章有IOTECH产品数据及产品引导。大部份的量测是从一个转换器开始，一种可将测量得到的如温度、应变、加速度的物理量转换为电子信号的装置。感应器有许多各式各样不同的量测范围及外形规格。本书是做为转换器，经由讯号处理器与计算机连结来量测的一个初级读本。基于模拟前端信号处理与控制技术的专业论坛、网站.www.Microcontrol.cn微控设计网讯号处理器在将转换器的信号转换之后，模拟数字转换器(ADC)才能测量此信号。讯号处理器包含放大、滤波、差动应用、绝缘、同步取样、电流转换电压、电压转

4、换频率、线性化项目等等…。讯号处理器也提供某些转换器所需的激励及偏压需求。图1.01一般讯号处理器的流程简图图1.01描述一般数据量测讯号处理轮廓。转换器连接在讯号处理器的电子信号输入端，讯号处理器的输出连接在模拟数字转换(ADC)的输入端，ADC转换模拟电压为数字讯号，送进计算机作进一步处理，或绘图及储存。模拟转数字转换器：第2章包含了4种基本模拟数字转换器的讨论诸如精确度、噪声抑制、离散取样的考虑。而输入端及信号源阻抗、差动电压量测、同步取样、可调输入范围、多任务器及绝缘性亦在讨论之列，离散取样考虑的章节亦包含了混淆现

5、象(alias),窗口(windowing),快速傅立叶转换(FFT)，标准傅立叶转换及数字滤波。多任务：第三章讨论多任务作业，电流量测及相关之同步取样，输入缓冲器及调整范围及增益的方法。各章节之讯号处理器：第四章到第八章讨论应用在包含温度、应变、力、扭力、压力、加速度等各式各样转换器型式的讯号处理器。第四章的温度量测章节叙述了操作、讯号处理、线性化方式原理及热电隅、感热电阻、感热IC的精确度。第五章的应变规部份讨论惠斯顿电桥，以及四分之一桥、半桥、全桥式应变规的使用。荷重元内应变规的使用同样亦包含了对于激励及讯号处理的需

6、求。第五章的压电转换器章节部份(PZTs)，叙述有关此类装置之电压及电荷放大器以及高阻抗基于模拟前端信号处理与控制技术的专业论坛、网站.www.Microcontrol.cn微控设计网与低阻抗的转换器。压力转换器章节包含了用于量测静态类的应变膜片转换器及用于动态量测以PZT为基础的压力转换器这二种。第六章开头先对一般放大器作主要回顾，然后说明数据撷取的前段部份，如信号源阻抗及多任务器、滤波器、对地及差动方式量测，同样亦讨论了高电压及DC、AC等电流的量测。第七章讨论噪声抑制及绝缘，包含绝缘的具体方法，诸如:磁性法、光学法、

7、电容式的作法。这本书在第八章说明数字式的信号处理，包含速率及正时的观点。同样本章亦包含了频率量测，脉冲计算、脉冲正时等。频率的信号可用二种方法量测:转换成电压再由ADC读入或利用闸式的频率计数器。这两种方法与计数器在正时的应用上，同样的也在讨论之外。第九章:Iotech的产品选用导引，特载PC为基础的数据收集系统、信号处理器的选项、以及温度量测的仪器。第二章模拟转数字之转换本章列举了模拟对数字转换(ADC)量测的一般考虑。讨论了4种基本的ADC类型，并比较它们的速率及分辨率。对于影响ADC的精度而言，同样讨论会对ADC精确

8、度造成影响的校正、线性度、缺码及噪声。本章亦包含了同步取样(SSH)及可调输入范围的一些信息，最后，有一段讨论离散式取样，其中有傅立叶理论、混淆现象、窗口型式(Windowing)、快速傅立叶转换式(FFTs)、标准傅立叶转换式及数字式滤波。ADC类型一个ADC可将模拟电压转换为数字式数字，此数字表示在