检测信号的传输与采集

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1、第2章检测信号的传输与采集2.1检测信号的传输2.2检测信号的数据采集思考与练习题2.1检测信号的传输2.1.1模拟信号的传输方法模拟信号的传输方法分为模拟信号模拟传输和模拟信号数字传输。模拟信号模拟传输传输的信号是模拟信号。在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，往往还有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，也就是调制。到达接收方后，接收方再通过解调方法还原出传送的模拟信号（不一定需要恢复原信号，只要能将它所反映的量值提取出来即可）。检测信号可以采用电流形式，也可以采用电压形式传输。在机柜或控制室内，一

2、般信号传输的距离不长，环境也较好，信号传输多采用电压形式。在较远距离传输时，考虑到传送线的电阻在一定的范围内变化对信号电流值的影响较小，并且信号电流流过电阻很容易转换成相应的信号电压，因而一般采用电流形式传送信号。模拟信号数字传输传输的信号是数字信号。传感器输出的信号一般为模拟信号，在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中，必须将传感器输出的模拟信号通过编码器对其进行采样、量化和编码，将其转换成数字信号，再放在数字信道上传输，为此要使用模／数转换器。经计算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构如执行电动机等，需再经解码器解码还原成模拟信号，因此还需要数／模转换器将数字量转换成

3、相应的模拟信号。2.1.2U／I变换器集成器件1.引脚功能XTR110的引脚排列如图2-1所示。图2-1XTR110的引脚图2.性能参数XTR110的主要性能特点如下：采用标准４～20mA电流传输；输入／输出范围可选择；最大非线性误差为0.005％；带有精确的＋10V参考电压输出；采用独立电源工作模式，且电压范围很宽（13.5～40V）；引脚可编程。3.输入/输出范围与引脚连接XTR110内部结构主要由输入放大器、U／I转换器和+10V基准电压电路等组成。对于不同的输入电压和输出电流，只要对某些引脚进行适当连接就可实现。不同的输入／输出范围时引脚的连接关系如表2-

4、1所示。表2-1不同的输入／输出范围时引脚的连接关系2.1.3U／I变换器的应用XTR110输入0～10Ｖ、输出4～20mＡ时的电路如图2-2所示。其中RP1为调零电位器，RP2为调量程电位器。对于其他输入电压与输出电流范围，使用时可根据具体情况改变管脚3、4、5、9、10的连接方式。ＸTR110的输出电流可用下式表示：(2-1)图2-2XTR110基本应用电路RSPAN实际上就是内部50Ω电阻Ｒ9。为了获得不同的输出电流范围，也可连接相应的外部RSPAN。而外部晶体管则用于传导输出信号电流。推荐使用Ｐ沟道MOS晶体管。它的电压标称值必须大于或等于最大电源电压，如果电源电压＋Ｖc

5、c超过了它的栅极击穿电压，晶体管的漏极将被击穿而失去作用。参考电压在管脚12处应精确校准。为保持精度，包括管脚３在内的任何负载都应与此点相连。2.1.4数据通信基础1.数据通信系统的相关概念1）误码率误码率的定义是二进制码元(每个数字就是一个码元)被错传的概率。这是衡量一个通信系统传输可靠性的指标。当所传输的数字序列趋于无限长时，误码率等于被传错的二进制码元数与所传码元总数之比，即2）传输速率传输速率包括数据传输速率和调制速率两种，分别用比特率和波特率来表示。(1)数据传输速率。数据传输速率是指单位时间内传送二进制代码的位数。其单位是比特/秒或位/秒，用比特率表示，记为b

6、it/s或b/s。计算公式为式中S——数据传输速率；T——电脉冲信号(码元)的宽度或周期；N——电脉冲信号所有可能的状态数，是2的整幂数。lbN是每个电脉冲信号所表示的二进制数据的位数。若电信号所有可能的状态数N=2，即只有“0”和“1”两种状态，则每个电信号只传送1位二进制数据，那么S=1／T。(2)调制速率。调制速率又称码元速率，是信号经调制后的传输速率，表示单位时间内传输的码元个数，用波特率表示，以波特(Baud)为单位。数据传输速率与调制速率的关系是：S=BlbN。从上述介绍可知，只有当N=2即二进制调制时，数据传输速率和调制速率才是相等的。在多元调制时，两者是不相等的。

7、信道是通信中传输信息的通道，它由相应的发送信息与接收信息的设备以及与之相连接的传输介质组成，其连接方式有点对点（点—点）连接和多点连接两种。①点—点连接方式，又称两点直通方式，如图2-3(a)所示。这种方式是将终端和计算机系统之间用固定的专用线路相连接，平时并不拆除，适用于通信量较大的情况。②多点连接方式，如图2-3(b)所示。各终端共用一条主线路，这种方式节省线路，但要解决各终端同时访问主机而竞争线路的问题。图2-3数据通信系统连接方式2.数据传输方式1）单工、