数据采集系统构成,调理电路,采集卡增益.ppt

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1、10.1.1 数据采集系统的构成数据采集系统的构成典型的基于典型的基于PC的数据采集的数据采集(DAQ)系统系统 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，或者含有大量噪声，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，这种信号在或者是非线性的等等，这种信号在进入采集卡之前必须经进入采集卡之前必须经过信号调理。过信号调理。信号调理的方法主要包信号调理的方法主要包括放大、衰减、隔离、多路复用、括放大、衰减、隔离、多路复用、滤波、激励、冷端补偿等滤波、激励、冷端补偿等 虚拟仪器之虚拟仪器之“虚拟虚拟”含义：含义：虚

2、拟仪器面板；虚拟仪器面板；软件实现仪器功能软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示虚拟示波器波器”、“虚拟频谱仪虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字虚拟交流数字电压表电压表”、“虚拟频率计虚拟频率计”、“虚拟相位计虚拟相位计”等不同仪器。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

3、：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软件直接支持的一个软件直接支持的一个信号调理板卡，信号调理板卡，LabVIEW环环境中调用非常方境中调用非常方便便.3.1模入参数说明1 分辨率（分辨率（Resolutio

4、n）分辨率就是用来进行模数转换的位数，A/D的位数越多，分辨率就越高，可区分的最小电压就越小。分辨率要足够高，数字化信号才能有足够的电压分辨能力，才能比较好的恢复原始信号。目前分辨率为8的采集卡属于较低的，12位属中档，位的卡就比较高了。他们可以分别将模入电压量化为256、4096、65536份。电压范围电压范围(Range)电压范围由A/D能数字化的模拟信号的最高和最低的电压决定。一般情况下，采集卡的电压范围是可调的，所以可选择和信号电压变化范围相匹配的电压范围以充分利用分辨率范围，得到更高的精度。比如，对于一个3位的A/D，在选择0-10V范围时，它将10V八等分；如果选择范围为-10V到

5、+10V，同一个A/D就得将20V分为8等分，能分辨的最小电压就从1.25V上升到2.50V，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数据采集板通常应具有程控增益程控增益放大电路，放大电路，这对于小信号测试是必要的。这对于小信号测试是必要的。可编程增益对于大信号应用：普通增益（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,普通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

6、2 2 增益（增益（Gain）增益主要用于在信号数字化之前对衰减的信号进行放大。使用增益，可以等效地降低A/D的输入范围，使它能尽量将信号分为更多的等份，基本达到满量程，这样可以更好地复原信号。因为对同样的电压输入范围，大信号的量化误差小，而小信号时量化误差大。当输入信号不接近满量程时，量化误差会相对加大。如：输入只为满量程的110时，量化误差相应扩大10倍。一般使用时，要通过选择合适的增益，使得输入信号动态范围与A/D的电压范围相适应。当信号的最大电压加上增益后超过了板卡的最大电压，超出部分将被截断而读出错误的数据。对于NI公司的采集卡选择增益是在LabVIEW中通过设置信号输入限制（inp

7、ut limits）来实现的，LabVIEW会根据选择的输入限制和输入电压范围的大小来自动选择增益的大小。一一个个采采集集卡卡的的分分辨辨率率、范范围围和和增增益益决决定定了了可可分分辨辨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分分辨辨率率为为 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，最最小小能能分分辨辨的的电电压压就就为为24s。选择合适的增益和输入范围要与实际被测信号匹配。如果输入信号的改变量比采集卡的精度低，就可以将信号放大，提高增益。选择一个大

8、的输入范围或降低增益可以测量大范围的信号，但这是以精度的降低为代价的。选择一个小的输入范围或提高增益可以提高精度，但这可能会使信号超出A/D允许的电压范围。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控制电路控制电路A/D转换器转换器采样采样/保保持器持器 S/H控制线控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