數(shù)據(jù)采集復(fù)習

1、第一章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1. 硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理流程。數(shù)據(jù)的采集傳輸處理執(zhí)行第二章 傳感器1. 一階傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性靜態(tài)特性：被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出與輸入的關(guān)系（1）線性度：最大偏離誤差與輸出滿度值之比（2）靈敏度：傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化對輸出變化的比值（一階求導）（3）遲滯：傳感器在正反行程期間輸出與輸入特性曲線不重合的程度（4）重復(fù)性：傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次標定時所得特性曲線不一致性的程度（5）靜態(tài)誤差：傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論值的偏離程度，是評價傳感器靜態(tài)特性的綜合指標用線性度e1，遲滯e2和重復(fù)性誤差e3表示為：動態(tài)特性：輸出對隨時間變化

2、的輸入量的響應(yīng)特性2. 不同傳感器的基本原理(1)電阻式傳感器：把被測參量轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器（應(yīng)用最廣，最成熟最重要的傳感器）(2)電容式傳感器：把非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化(3)電感式傳感器：利用電磁感應(yīng)的原理將被測非電量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)或者互感系數(shù)變化(4)壓電式傳感器：利用材料壓電效應(yīng)將這種元件作為轉(zhuǎn)換元件(5)磁電式傳感器：利用電磁感應(yīng)原理將被測量轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器(6)熱電式傳感器：將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置(7)光電式傳感器：把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光敏器件(8)霍爾傳感器：由霍爾元件及有關(guān)電路組成的傳感器（霍爾元件：基于霍爾效應(yīng)的一種磁敏式傳感器）(9)光纖傳感器

3、（FOS）：是基于光導纖維的新型傳感器（包括光源，光纖，傳感頭，光探測器和信號處理電路5個部分）(10)超聲波傳感器：實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的裝置(11)微波傳感器：利用微波特性來檢測某些物理量的器件或裝置(12)化學傳感器：(13)MEMS傳感器：通常稱微機電系統(tǒng)傳聲器和圖像傳感器1. 不同類型傳聲器的主要區(qū)別：包括動圈式（電動式傳聲器）、電容式(靜電式傳聲器)、駐極體電容傳聲器ECM（靜電式傳聲器）動圈式傳聲器：是速度型傳聲器，不需供電，價格便宜。但是靈敏度低，頻響不夠?qū)掚娙菔絺髀暺鳎红`敏度高，頻率響應(yīng)好，音色優(yōu)美，性能優(yōu)良，但是價格高，需要幻相電源駐極體傳聲器（ECM）：又叫駐極體電容傳聲器，工作

4、原理和電容式傳聲器基本相同，突出特點是不需要極化電壓靈敏度方面：靈敏度級方面：頻率響應(yīng)方面：2. 傳聲器的性能指標（1）靈敏度：是表征傳聲器聲電轉(zhuǎn)換能力的一個指標靈敏度參數(shù)一般用靈敏度級來表示，單位為分貝（2）頻率響應(yīng)（3）等效噪聲級：信噪比公式：（4）指向性：傳聲器的靈敏度隨聲波入射的方向而變化的特性。（5）動態(tài)范圍：傳聲器動態(tài)范圍最大聲壓級等效噪聲級 一般為100110dB它反映傳聲器所能接收聲音的范圍，上限受諧波失真限制，下限受固有噪聲限制（6）最高聲壓級：傳聲器的諧波失真大到一定允許值時的聲壓級，即為傳聲器的最大聲壓級，反映了傳聲器工作的上限 最大聲壓級為126dB，諧波失真在0.5以

5、內(nèi)的電容傳聲器，就是較專業(yè)的傳聲器。（7）輸出阻抗：一般傳聲器均為低阻:傳輸距離遠 負載阻抗5倍輸出阻抗3. CCD和CMOS的區(qū)別第三章 模擬信號調(diào)理1. 模擬多路開關(guān)的概念多路開關(guān)：在多路被測信號共用一路A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用來將多路被測信號分別傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，以便計算機能對多路被測信號進行處理。分類：雙極型晶體管開關(guān) 場效應(yīng)晶體管開關(guān) 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān)的工作原理：計算機發(fā)送一個4位二進制碼的計數(shù)脈沖到計數(shù)器，計數(shù)器收到脈沖變成0001，經(jīng)過四-16譯碼器之后第一根線輸出高電平，開關(guān)T1導通，UO= Ui1。若要打開T1到T3，則繼續(xù)輸入脈沖，每加入一次脈沖，

6、使計數(shù)器加1，分別成為0001,0010，0011，由此T1，T2，T3全部打開。2. 模擬多路開關(guān)的電路特性（1）漏電流：通過斷開的模擬開關(guān)的電流，用Is表示輸出端的誤差電壓 n：并聯(lián)的模擬開關(guān)數(shù)； IS：單個開關(guān)斷開時漏電流改進方法：采用分級結(jié)合電路，如可以把3n個通道分成3組，然后用3個第二級開關(guān)接到輸出端，由此使漏電流從（3n-1）Is變成（n-1）Is（2）動態(tài)響應(yīng)等效電容CT：表示所有開關(guān)輸出電容COT與負載電容CL之和時間常數(shù)Tc=（Rs+Ron）×CT開關(guān)切換時間tS=Tc*ln（100/誤差） 誤差：以百分數(shù)表示的誤差數(shù)值中百分號前的數(shù)字等效電路的帶寬：（3）源負載

7、效應(yīng)誤差：信號源電阻Rs和開關(guān)導通電阻Ron與多路開關(guān)所接器件的等效電阻RL分壓引起的誤差解決方法：提高負載內(nèi)阻使RL >> RS+RON（4）串擾：斷開通道的信號電壓耦合到接收通道引起的干擾消除抖動的方法：硬件方法：用硬件電路來實現(xiàn)，即用RC濾波器消除抖動軟件方法：用軟件延時的方法解決（較有優(yōu)勢）3. 測量放大器、程控放大器的基本概念運用前置放大器的依據(jù)：調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器前有利于減少電路的等效輸入噪聲程控放大器（PGA）：智能儀器含有微處理器，用儀器內(nèi)置的程序控制放大器的增益。測量放大器功能：放大傳感器輸出的微弱電壓或電流信號抗干擾能力：對直流共模信號的抑制比為無窮大

8、；對交流共模信號會出現(xiàn)對輸入的干擾，通過在輸入端接輸入保護電路并將信號屏蔽來抑制交流共模信號的干擾技術(shù)指標：（1）非線性度：放大器實際輸入輸出關(guān)系曲線與理想直線的偏差（與增益有關(guān)）（2）溫漂：測量放大器輸出電壓隨溫度變化的程度（3）建立時間：從階躍信號給出瞬間到放大器輸出電壓達到并保持在給定誤差范圍所需的時間（4）恢復(fù)時間：指放大器撤除驅(qū)動信號瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所需的時間（5）電源引起的失調(diào)：電源電壓每變化1%引起放大器的漂移電壓值（6）共模抑制比：4. 開關(guān)電容濾波器基本原理基本原理：采用開關(guān)和電容來取代傳統(tǒng)RC有源濾波器的電阻，而等效電阻的阻值由開關(guān)頻率決定。特點：（1）時

9、鐘頻率一定時，開關(guān)電容濾波器的特性僅取決于電容的比值（2）電路結(jié)構(gòu)確定時，開關(guān)電容濾波器的特性僅取決于時鐘頻率，改變時鐘頻率即可改變?yōu)V波器特性（3）開關(guān)電容濾波器可直接處理模擬信號，而不用像數(shù)字濾波器那樣需要A/D,D/A變換，簡化了電路特性，提高系統(tǒng)的可靠性（4）發(fā)展迅速第四章 模擬信號數(shù)字化1. 舍入法和截斷法兩種量化方式的性能量化的概念：將幅度連續(xù)變化的信號變成幅度值為有限序列的量化信號量化誤差：量化器輸入輸出之間的差值（對于舍入法和截斷法，變換位數(shù)越大，量化誤差越?。?. 采樣保持器概念（在固定時間點上取出被處理信號的值，并把這個信號值放大后存儲起來，保持一段時間，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，

10、直到下一個采樣時間再取出一個模擬信號值來代替原來的值。）采樣模式：輸出跟隨輸入信號的變化，在該模式結(jié)束瞬間輸入信號被采樣保持模式：將采樣信號保持一段恒定的時間以供后續(xù)電路使用作用：采樣/保持器的作用是保證A/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓的穩(wěn)定，從而提高A/D轉(zhuǎn)換精度；不是所有的模擬量輸入通道都需要采樣保持器，當模擬信號的變化幅度小于A/D轉(zhuǎn)換器的1/2LSB時，就不需要采樣保持器。3. 采樣保持器的性能指標（1）孔徑時間tAP：保持指令給出瞬間到電路接收到命令并進入保持模式所經(jīng)歷的時間引起后果：孔徑誤差采樣保持器實際保持的輸出值與希望輸出值之差（2）孔徑抖動rtAP：孔徑時間的變化范圍（3）建立時間

11、tST：從采樣保持電路進入保持模式開始到輸出電壓穩(wěn)定到一定精度所需時間。影響：ADC最大采樣速度（4）捕捉時間tAC：采樣保持器從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)到采樣狀態(tài)時，輸出跟蹤輸入信號的變化，當輸出與輸入之間的差值小于某個誤差指標時所花費的時間包括：控制信號傳輸時延；開關(guān)動作時間；保持電容的充電時間影響：電路達到的最大采樣速度（5）保持電壓的下降：采樣保持器處于保持狀態(tài)時，由于漏電流使保持電壓值下降，下降值隨時間增加增大保持電壓的下降率：I為保持電容的漏電流4. 采樣保持器保持電容的重要性保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信

12、號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，電荷轉(zhuǎn)移誤差小，保持性能好，保持電壓的變化率小，但跟隨特性差。5. ADC的性能指標靜態(tài)指標：（1）分辨率：AD轉(zhuǎn)換器所能分辨模擬輸入信號的最小變化量，對于n位的AD轉(zhuǎn)換器，（2）轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時間：俺早規(guī)定的精度將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出所需時間轉(zhuǎn)換速率：AD轉(zhuǎn)換器每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)（3）失調(diào)誤差：轉(zhuǎn)換器輸入信號為零時仍然存在非零的輸出電壓或電流（4）增益誤差：滿量程輸出數(shù)碼時，實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差（5）線性誤差：沒有增益誤差、偏移誤差和量化誤差的情況下，實際傳輸

13、特性曲線與理想特性曲線之差（該誤差無法補償）動態(tài)指標：通常的測試方法：輸入端加正弦信號，對數(shù)字輸出進行FFT變換，分析頻譜信息得到（1）無雜散動態(tài)范圍SFDR：ADC輸出基頻信號能量與奈奎斯特頻帶內(nèi)最大的雜散能量之比是表征ADC線性度的主要參數(shù)（2）信噪比SNR：ADC輸出端信號能量與所有噪聲能量的比值（3）總諧波失真THD：ADC輸出端總的諧波能量與信號能量的比值（4）信號噪聲諧波比SNDR：輸入信號對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器輸出能量與噪聲及全部諧波能量之和的比值（5）有效位數(shù)：在噪聲和失真存在的情況下ADC世紀可以達到的位數(shù)1.76表示理想ADC中量化誤差對應(yīng)的因子6. 不同類型ADC的基本原理(1)逐

14、次逼近型ADC(2)快閃（Flash）AD轉(zhuǎn)換器(3)雙斜積分型AD轉(zhuǎn)換器(4)流水線型AD轉(zhuǎn)換器(5)sigma-delta AD轉(zhuǎn)換器：基本思想：通過過采樣技術(shù)和噪聲整形技術(shù)降低信號頻帶內(nèi)的量化噪聲，提高信號頻帶內(nèi)的信噪比7. 不同類型DAC的基本原理（還有個分辨率）DAC：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的器件分類：（1）電阻串分壓型DAC 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 缺點：為達到較高分辨率需要非常多的電阻和開關(guān)數(shù)量（n比特需要2的n次方個）（2）電荷型DAC 優(yōu)點：功耗低 缺點：精度受到限制（通常只能達到10位），對寄生電容敏感，結(jié)構(gòu)復(fù)雜（3）二進制加權(quán)電阻型DAC 優(yōu)點：數(shù)字量位數(shù)足夠多時，輸出的電壓可

15、以達到很高的精度缺點：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)中各個電阻阻值相差過大，在實現(xiàn)時較為困難（4）R-2R梯形DAC（5）電流舵DAC優(yōu)點：輸出的建立速度非常快，可用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)缺點：由于電流源成倍數(shù)關(guān)系，匹配性不好第五章 基于Web的數(shù)據(jù)采集1. 爬蟲、聚焦爬蟲、垂直搜索概念爬蟲：網(wǎng)絡(luò)爬蟲是一個功能很強的自動提取網(wǎng)頁的程序，它為搜索引擎從萬維網(wǎng)上下載網(wǎng)頁，是搜索引擎的重要組成部分。工作原理：-通過網(wǎng)頁鏈接地址尋找網(wǎng)頁-從一個或若干個初始網(wǎng)頁的URL開始（通常是某網(wǎng)頁的首頁）遍歷WEB空間，讀取網(wǎng)頁內(nèi)容，不斷從一個站點移動到另一個站點并自動建立索引-抓取網(wǎng)頁的過程中找到此網(wǎng)頁其他鏈接地址，對html文件進行

16、解析，取出其頁面中的子鏈接并加入網(wǎng)頁數(shù)據(jù)庫中，不斷從當前頁面抓取新的URL放入隊列-一直循環(huán)下去，直到把這個網(wǎng)站所有網(wǎng)頁全部抓取完，滿足系統(tǒng)的一定停止條件聚焦爬蟲：一個自動下載網(wǎng)頁的程序，它根據(jù)既定的抓取目標，有選擇的訪問萬維網(wǎng)上的網(wǎng)頁與相關(guān)的鏈接，獲取所需要的信息。功能：定向抓取相關(guān)網(wǎng)頁資源垂直搜索：從主題相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)，獲取、加工與搜索行為相匹配的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)信息。針對某一特定領(lǐng)域、某一特定人群或某一特定需求提供的有一定價值的信息和相關(guān)服務(wù)特點：專、精、深，且具有行業(yè)色彩2. 發(fā)送表單數(shù)據(jù)方法發(fā)送data表單數(shù)據(jù) 有時需要向服務(wù)器發(fā)送一些注冊信息、登錄信息等數(shù)據(jù)給服務(wù)器，才能獲得相應(yīng)的

17、反饋。 可以采用POST的方法發(fā)送表單數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)需要進行編碼； 在python中，requests是一個擅長處理復(fù)雜的http請求、cookie、header等內(nèi)容的第三方庫。3. BeautifulSoup的功能：提供一些簡單的、python式的函數(shù)用來處理導航、搜索、修改分析樹等功能。自動將輸入文檔轉(zhuǎn)換為Unicode編碼，輸出文檔轉(zhuǎn)換為utf-8編碼。特點：簡單，不需要多少代碼就能寫出一個完整的應(yīng)用程序 用戶不需要考慮編碼方式 通過文檔本身找到編碼類型對象：所有對象可以歸納為四種：Tag , NavigableString , BeautifulSoup , Comment，根據(jù)htm

18、l結(jié)構(gòu)提取對象的屬性得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)BeautifulSoup對象表示一個文檔的全部內(nèi)容，大部分時候可以當作Tag對象（但不是真正的HTML或者XML的tag因而沒有name和attribute屬性），支持遍歷文檔樹和搜索文檔樹描述的大部分方法。BS為 BeautifulSoup 對象定義了一個值為 “document” 的特殊屬性 .name 如： # u'document'4. 正則表達式的元字符第六章 預(yù)處理1. 基于傳感器采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法，包括：標度變換、數(shù)字濾波方法、剔除奇異項標度變換：將無單位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為有單位的物理量數(shù)字濾波：用計算機程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進行計算處理，減少干擾信號在有用信號中所占的比例優(yōu)點：程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件；可靠性高，穩(wěn)定性好；容易更換濾波方法方法：（1）中值濾波法連續(xù)采樣n次，從小到大排序，取中值作為本次采樣值（不適用快速變化的過程參數(shù)）（2）算術(shù)平均值濾波法尋找一個Y作為N次采樣的平均值，使該值與本次各采樣值間誤差的平方和最?。?）加權(quán)平均濾波法（4）一階滯后濾波法（慣性濾波法）（5）防脈沖干擾復(fù)合濾波法剔除奇異項：奇異項采樣數(shù)據(jù)中有明顯錯誤的個別數(shù)據(jù)僅介紹一階差分法2. 基于Web采集的數(shù)據(jù)預(yù)處理主要任務(wù)