数据采集基础知识

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1、第2章数据采集基础知识2.1数据采集系统的概念及其结构2.2输入信号类型及其检测2.3模拟信号的数字化2.4信号调理2.5放大器2.6多路模拟开关及采样保持器2.7A/D、D/A转换2.8数据采集设备2.9信号调理设备与数据采集设备的通信2.9被测信号与数据采集设备之间的连接2.1数据采集的基本概念在科研、生产和日常生活中，对温度、压力、流量、速度、位移等模拟量进行测量和控制时，需要通过传感器把上述物理量转换成能够模拟物理量的电信号(即模拟电信号)，将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，

2、送入计算机，称之为数据采集。它是计算机在监测、管理、和控制一个系统的过程中，取得原始数据的主要手段。数据采集：被测对象的各种参量通过各种传感元件经过适当转换后，经采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。数据采集系统(DAS,DAQ：DateAcquisitionSystem)2.1数据采集的基本概念现代数据采集系统主要特点：大规模集成电路及计算机技术的飞速发展，硬件成本降低。一般由计算机控制，采集质量和效率提高。数据采集与处理工作紧密结合，系统工作实现一体化。数据采

3、集系统的“实时”性，能满足实际应用环境的要求。一般都配有A／D、D／A转换器，可处理模拟量和数字量。数据采集系统的体积越来越小，可靠性越来越高。总线技术广泛应用，对采集系统的发展起重要作用。2.1数据采集系统的概念及其结构数据采集的概念：将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成为数字量后，由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统。图2.1数据采集系统结构图微机测控系统2.1数据采集系统的概念及其结构多路分时采集分时输入结构集中采集式2.1数据采集系统的概念及其结构分布式

4、单机数据采集系统的结构分散采集式2.1数据采集系统的概念及其结构网络式数据采集结构分散采集式2.2输入信号的类型与检测信息状态速率幅值形状频率onofft1-0-t0.985ttf信号模拟量数字量开/关信号脉冲队列直流信号时域信号频域信号模拟信号模拟直流信号温度压力流量应力DC精度模拟频域信号振动语音声呐分辨率采样频率精度触发对采集卡的要求模拟时域信号雷达回波血压变化汽车点火波形分辨率采样频率精度触发0.985ttf数字信号onofft1-0-t开关信号输入：检测一个开关的打开/闭合输出：打开/关闭

5、一个阀门驱动能力通道数脉冲队列输入：读光编码器的输出信号输出：产生一个方波时钟频率分辨率对采集卡的要求2.3模拟信号的数字化1时间断续-采集信号采样间隔Δt，采样点在时域上是分散的。2数值断续：量化：把采样信号xs(nTs)以某个最小数量单位的整倍数来度量，这个过程称为量化，量化后信号变换为xq(nTs)。编码：把量化信号xq(nTs)经过编码，可转换为离散的数字信号x(n)。模拟信号离散化处理时遵循的原则(1)采样点增多，占用计算机的大量内存单元，可能会因内存不够而无法工作；(2)采样点太少，各采

6、样点之间相距太远，使原始数据值的失真，信号复原时不能复现原来连续变化的模拟量，从而造成误差。对模拟信号离散化时，依据采样定理进行。2.3.2采样过程及采样定理采样过程:把时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭（周期为Ts，开关闭合时间为τ）的采样开关S之后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号，把这一过程称为模拟信号的数字化过程，也称为采样过程。采样过程可认为是一个脉冲调制过程，采样开关可看做是一个调制器。这种脉冲调制过程是将输入的连续模拟信号x（t）的波形转换为宽度非常窄而幅

7、度由输入信号确定的脉冲序列，如图2-3所示。输入信号与输出信号之间的关系表达式:式中x(t)-----采样开关输入的连续模拟信号；------采样开关控制信号T---采样周期；τ----采样时间采样定理：连续信号→离散信号连续时间信号，可以表示为无限多个谐波的叠加。信号x(t)和频谱X(f)的关系为：（2-1）（2-2）由恢复出，频谱和采样间隔必须满足：有截止频率(即最高频率)，即当时，（2-3）或（2-4）采样定理：连续信号→离散信号如下：在满足这两个条件的情况下，由恢复（2-6）（2-7）采样定

8、理：连续信号x(t)的频谱为X(f)，以采样间隔Ts采样得到的离散信号为x(nTs)。如x(t)和X(f)满足条件式(2-3)和式(2-4)，则由离散信号x(nTs)完全确定频谱X(f)，关系式为(2-6)，并且x(nTs)完全确定连续信号，具体关系式为(2-7)。采样频率：采样周期的倒数；表示采样快慢的物理量；多少时间采一个点/每秒采样多少个点；香农(Shannon)采样定律：fs≥2*fmaxfs：采样频率；fmax：信号最高频率；一般fs≥2.5*fmax；工程