数据采集系统构成调理电路采集卡增益优秀PPT.ppt

10.1.1 数据采集系统的构成数据采集系统的构成2.信号调理信号调理从传感器得到的信号可能会很微弱，或者从传感器得到的信号可能会很微弱，或者含有大量噪声，或者是非线性的等等，这含有大量噪声，或者是非线性的等等，这种信号在进入采集卡之前必需经过信号调种信号在进入采集卡之前必需经过信号调理。理。信号调理的方法主要包括放大、衰减、隔信号调理的方法主要包括放大、衰减、隔离、多路复用、滤波、激励、冷端补偿等离、多路复用、滤波、激励、冷端补偿等 虚拟仪器之“虚拟”含义：虚拟仪器面板；软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟沟通数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计”等不同仪器。1.2 基于虚拟仪器的测试系统基于虚拟仪器的测试系统被测对象被测对象传感器传感器信号调理模块信号调理模块数据采集卡数据采集卡计算机计算机显示、输显示、输出、打印出、打印基于虚拟仪器的测试系统结构框图虚拟仪器测试系统的硬件系统传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器等。等。信号调理模块：信号调理模块：信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括功率放大、电气隔离等。功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器信号调公司的仪器信号调理板卡理板卡SCXI是是LabVIEW软件干脆支持的一个软件干脆支持的一个信号调理板卡，信号调理板卡，LabVIEW环境中调用特别便环境中调用特别便利利.3.1模入参数说明1 辨别率（辨别率（Resolution）辨辨别别率率就就是是用用来来进进行行模模数数转转换换的的位位数数，A/D的的位位数数越越多多，辨辨别别率率就就越越高高，可可区区分分的的最最小小电电压压就就越越小小。辨辨别别率率要要足足够够高高，数数字字化化信信号号才才能能有有足足够够的的电电压压辨辨别别实实力力，才才能能比比较较好好的的复复原原原原始始信信号号。目目前前辨辨别别率率为为8的的采采集集卡卡属属于于较较低低的的，12位位属属中中档档，位位的的卡卡就就比比较较高高了了。他他们们可可以以分分别别将将模模入入电电压压量量化化为为256、4096、65536份。份。电压范围电压范围(Range)电电压压范范围围由由A/D能能数数字字化化的的模模拟拟信信号号的的最最高高和和最最低低的的电电压压确确定定。一一般般状状况况下下，采采集集卡卡的的电电压压范范围围是是可可调调的的，所所以以可可选选择择和和信信号号电电压压变变更更范范围围相相匹匹配配的的电电压压范范围围以以充充分分利利用用辨辨别别率率范范围围，得得到到更更高高的的精精度度。比比如如，对对于于一一个个3位位的的A/D，在在选选择择0-10V范范围围时时，它它将将10V八八等等分分；假假如如选选择择范范围围为为-10V到到+10V，同同一一个个A/D就就得得将将20V分分为为8等等分分，能能辨辨别别的的最最小小电电压压就就从从1.25V上上升升到到2.50V，这样信号复原的效果就更差了。，这样信号复原的效果就更差了。A/D基本定义输入范围与增益输入信号的幅度/输入信号的放大倍数数据采集板通常应具有程控增益放大电路，这对于小信号测试是必要的。可编程增益对于大信号应用：一般增益（1,2,4,8）对于小信号应用：高增益（1,10,100,1000）例如：输入电压范围：+/-10V,一般增益可选择的输入电压范围：+/-10V,+/-5V,+/-2.5V,+/-1.25V0V-10V+10V+5V3.13.1模拟参数说明模拟参数说明2 2 增益（增益（Gain）增增益益主主要要用用于于在在信信号号数数字字化化之之前前对对衰衰减减的的信信号号进进行行放放大大。运运用用增增益益，可可以以等等效效地地降降低低A/D的的输输入入范范围围，使使它它能能尽尽量量将将信信号号分分为为更更多多的的等等份份，基基本本达达到到满满量量程程，这这样样可可以以更更好好地地复复原原信信号号。因因为为对对同同样样的的电电压压输输入入范范围围，大大信信号号的的量量化化误误差差小小，而而小小信信号号时时量量化化误误差差大大。当当输输入入信信号号不不接接近近满满量量程程时时，量量化化误误差差会会相相对对加加大大。如如：输输入入只只为为满满量量程程的的110时时，量量化化误误差差相相应应扩扩大大10倍倍。一一般般运运用用时时，要要通通过过选选择择合合适适的的增增益益，使使得得输输入入信信号号动动态态范范围围与与A/D的的电电压压范范围围相相适适应应。当当信信号号的的最最大大电电压压加加上上增增益益后后超超过过了了板板卡卡的的最最大大电电压压，超超出出部部分分将将被被截截断断而而读读出出错错误误的数据。的数据。对对于于NI公公司司的的采采集集卡卡选选择择增增益益是是在在LabVIEW中中通通过过设设置置信信号号输输入入限限制制（input limits）来来实实现现的的，LabVIEW会会依依据据选选择择的的输输入入限限制制和和输输入入电电压压范范围围的的大大小小来来自动选择增益的大小。自动选择增益的大小。一一个个采采集集卡卡的的辨辨别别率率、范范围围和和增增益益确确定定了了可可辨辨别别的的最最小小电电压压，它它表表示示为为1LSB。例例如如，某某采采集集卡卡的的辨辨别别率率为为 12位位，范范围围取取0-10V，增增益益取取100，则则有有1LSB=10V/(1004096)24V。这这样样，在在数数字字化化过过程程中中，最最小小能能辨辨别别的的电电压压就就为为24s。选选择择合合适适的的增增益益和和输输入入范范围围要要与与实实际际被被测测信信号号匹匹配配。假假如如输输入入信信号号的的变变更更量量比比采采集集卡卡的的精精度度低低，就就可可以以将将信信号号放放大大，提提高高增增益益。选选择择一一个个大大的的输输入入范范围围或或降降低低增增益益可可以以测测量量大大范范围围的的信信号号，但但这这是是以以精精度度的的降降低低为为代代价价的的。选选择择一一个个小小的的输输入入范范围围或或提提高高增增益益可可以以提提高高精精度度，但但这这可可能能会会使使信信号号超超出出A/D允允许许的的电电压压范范围。围。PCL-812PG 工业系统工业系统模拟量输入通道的一般组成模拟量输入通道的一般组成 模拟量传感器模拟量传感器模拟量传感器模拟量传感器模拟量传感器模拟量传感器信号调理信号调理信号调理信号调理信号调理信号调理多多路路开开关关MUX可编程可编程放大器放大器接口接口电路电路限制电路限制电路A/D转换器转换器采样采样/保保持器持器 S/H限制线限制线数据总线数据总线常见传感器及信号调理常见传感器及信号调理低电压信号低电压信号电流输入电流输入/输出输出RTDs 和热敏电阻和热敏电阻热电偶热电偶应变仪应变仪隔离隔离放大放大噪声滤波噪声滤波电流与电压的转换电流与电压的转换;隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波冷端补偿冷端补偿激励电源激励电源隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波激励电压激励电压全桥和半桥设置全桥和半桥设置隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波多功能多功能I/O