測試技術第三章

1、2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法13-1 測試系統(tǒng)的一般構成測試系統(tǒng)的一般構成將待測的將待測的非電量非電量轉轉換為換為電量電量配合特定傳感原理配合特定傳感原理將將電量電量轉換為轉換為電壓電壓或或電流電流信號信號弱弱電壓電壓或或電流電流信號放大為較信號放大為較強強電壓信號電壓信號低通濾波低通濾波消除消除可引起混疊的可引起混疊的高頻部分高頻部分計算機數(shù)據(jù)采集設備：計算機數(shù)據(jù)采集設備：PCIe插卡、插卡、USB外接等多種形式外接等多種形式采集系統(tǒng)中各采集系統(tǒng)中各功能模塊的順功能模塊的順序位置不同，序位置不同，性能指標和價性能指標和價格也不同。格也不同。第三章第三章 數(shù)據(jù)采集與存儲

2、管理數(shù)據(jù)采集與存儲管理2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法23-2 傳感信號的放大電路傳感信號的放大電路從傳感器或傳感電路獲得的信號往往非常微弱，需從傳感器或傳感電路獲得的信號往往非常微弱，需要放大之后才能進行顯示、紀錄或采集。要放大之后才能進行顯示、紀錄或采集。3-2-1. 信號放大器的性能指標信號放大器的性能指標u 增益：增益：輸出信號增量與輸入信號增量之比，通常輸出信號增量與輸入信號增量之比，通常用分貝表示：用分貝表示：20lg20lgindbaoutUKKU共模信號：共模信號：同時作用于輸入同時作用于輸入正、負端正、負端的對地相等的對地相等的電壓，圖示的電壓，圖示Uci

3、n。例如，應變電橋的輸出信號。例如，應變電橋的輸出信號。u 共模抑制比共模抑制比 (CMRRcommon-mode rejection ratio)：輸入共模電壓輸入共模電壓Ucin與其引起的輸與其引起的輸出電壓增量出電壓增量 Uout之比，分貝表示：之比，分貝表示：20lgcinCMRRcoutUKUu 輸入阻抗：輸入阻抗：輸出信號電壓增量與輸入電流增量之比：輸出信號電壓增量與輸入電流增量之比：inininUrI2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法3u 通帶平坦性：通帶平坦性：系統(tǒng)系統(tǒng)幅頻特性曲線幅頻特性曲線上，通頻帶內上，通頻帶內的最大波動幅度相對于其均值的百分數(shù)或分貝值的

4、最大波動幅度相對于其均值的百分數(shù)或分貝值表示。對于直流放大器，常用最大波動幅度相對表示。對于直流放大器，常用最大波動幅度相對于其直流增益的百分數(shù)或分貝值表示。反映了放于其直流增益的百分數(shù)或分貝值表示。反映了放大器對大器對不同頻率信號的增益不均勻性不同頻率信號的增益不均勻性。u 溫度漂移：溫度漂移：放大器工作溫度改變放大器工作溫度改變1C引起輸出電壓的變化量，常用引起輸出電壓的變化量，常用mV/C表示；表示；u 失調電壓：失調電壓：輸入接地（輸入為輸入接地（輸入為 0）時輸出電壓不會絕對）時輸出電壓不會絕對為零。假設此時的輸出電壓為為零。假設此時的輸出電壓為 Us ，則失調電壓定義為：，則失調電

5、壓定義為：ssaUvK式中式中 Ka 為放大器的電壓增益。為放大器的電壓增益。vs 是折算到輸入端的失調電壓。是折算到輸入端的失調電壓。u 時間漂移：時間漂移：放大器工作狀態(tài)和環(huán)境不變的情況下，輸出電壓隨時間改變的變化放大器工作狀態(tài)和環(huán)境不變的情況下，輸出電壓隨時間改變的變化量。通常用量。通常用“mV/天天”或或“mV/年年”表示；表示；u 輸出噪聲：輸出噪聲：用輸入為用輸入為0時，通帶內的輸出噪聲均方值表示：時，通帶內的輸出噪聲均方值表示：21NsnnRvv式中式中 vn 為信號電壓的采樣值，為信號電壓的采樣值，11NnnvvN為其均值。為其均值。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域

6、處理方法4集成運算放大器集成運算放大器 (Integrated Operational Amplifier) 是構成傳感信號放大器的基礎。特點：是構成傳感信號放大器的基礎。特點：u高增益：高增益：高開環(huán)增益高開環(huán)增益 60180dB；u高輸入阻抗：高輸入阻抗：幾十幾十KW W 幾百幾百MW W；u低輸出阻抗：低輸出阻抗：通常幾十通常幾十 W W；u高共模抑制比高共模抑制比;u低失調；低失調；3-2-2 集成運算放大器集成運算放大器例：例：OP07，開環(huán)參數(shù)，開環(huán)參數(shù)低溫度漂移：低溫度漂移：1.3mV/C低噪聲：低噪聲：0.6mV，峰，峰-峰值峰值低時間漂移：低時間漂移：1.5mV/30天天輸入

7、阻抗：輸入阻抗：15MW W（典型（典型 30MW W）直流增益：直流增益：110dB共模抑制：共模抑制：120dB(20Hz)u低漂移；低漂移；u閉環(huán)放大器的增益：閉環(huán)放大器的增益：反相放大器增益：反相放大器增益：1faRKR 同相放大器增益：同相放大器增益：11faRKR閉環(huán)增益與帶寬的關系閉環(huán)增益與帶寬的關系2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法53-3 程控增益放大器程控增益放大器程控增益：程控增益：1fnamRKR 1,2,1,2,nNmMNM 個增益?zhèn)€增益：建立時間：建立時間：輸入或增益切換后，輸出達輸入或增益切換后，輸出達到給定精到給定精 度度 d da 所所 需時

8、間：需時間：%outaoutuudu可變增益：可變增益：使信號動態(tài)范圍接近使信號動態(tài)范圍接近A/D轉換的量程范圍，充分利用其分辨率。轉換的量程范圍，充分利用其分辨率。線性度：線性度：%ufullueu 通帶平坦性；通帶平坦性； 增益誤差增益誤差； 溫度漂移和時間漂移溫度漂移和時間漂移。u 以下技術指標常與其它環(huán)節(jié)的誤差一起以數(shù)以下技術指標常與其它環(huán)節(jié)的誤差一起以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差的形式給出：據(jù)采集系統(tǒng)誤差的形式給出：u常用技術指標常用技術指標：2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法63-3 多路復用多路復用u 模擬開關，產品實例：模擬開關，產品實例： AD1611/1612，4獨立

9、單獨立單刀單擲刀單擲(SPST)開關；開關； 導通電阻導通電阻1W W； 導通電阻平坦度導通電阻平坦度 0.2W W； 導通滯后時間導通滯后時間 253ns； 關斷滯后時間關斷滯后時間 150ns； 關斷泄漏電流關斷泄漏電流 0.1nA； 通道間串擾通道間串擾 110dB； HC4051，單刀，單刀8擲模擬開關；擲模擬開關； 導通電阻導通電阻 130W W； 導通電阻平坦度導通電阻平坦度 5W W； 導通滯后時間導通滯后時間 40ns； 關斷滯后時間關斷滯后時間 40ns； 關斷泄漏電流關斷泄漏電流 1000nA；2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法73-4 模擬濾波模擬濾波1

10、、低通濾波器及其常用參數(shù)：、低通濾波器及其常用參數(shù)：抑制高頻噪聲。抑制高頻噪聲。2、一階、一階RC濾波器：濾波器：outoutinduR Cuudt相頻特性：相頻特性： 2farctgRCf幅頻特性：幅頻特性： 2112HfRCf截止頻率：截止頻率：12cfRC通帶：通帶：信號可通過的頻帶，信號可通過的頻帶，常以截止頻率常以截止頻率 fc 為界為界；阻帶：阻帶：對信號衰減很大對信號衰減很大的頻帶，以的頻帶，以 2fc 或或10fc為界；為界；過渡帶：過渡帶：通帶與阻帶之間的過渡區(qū)；通帶與阻帶之間的過渡區(qū)；截止頻率：截止頻率：增益下降至增益下降至0Hz增益的增益的12倍的頻點；倍的頻點；幅頻特性

11、：幅頻特性：信號幅度增益隨頻率的變化規(guī)律；信號幅度增益隨頻率的變化規(guī)律；相頻特性：相頻特性：信號相位隨頻率的變化規(guī)律；信號相位隨頻率的變化規(guī)律；紋波幅度：紋波幅度：通帶增益衰減前的波動幅度；通帶增益衰減前的波動幅度；倍頻程衰減率：倍頻程衰減率：2fc與與 fc的增益的增益(分貝分貝)之差。例如：之差。例如：120lg3158dbDdb2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法85、高通和帶通濾波器濾波器的幅頻特性、高通和帶通濾波器濾波器的幅頻特性u高通濾波器：高通濾波器：只允許高于截止頻率信號通過的濾波器；只允許高于截止頻率信號通過的濾波器；4、高階濾波器：、高階濾波器：可由多個二階

12、濾波器串聯(lián)構成，其性能可由多個二階濾波器串聯(lián)構成，其性能是過渡帶變窄而選擇性更好、阻帶衰減更大。是過渡帶變窄而選擇性更好、阻帶衰減更大。3、二階有源濾波器：、二階有源濾波器：幅頻特性：幅頻特性：222211agggKHfffQ0Hz(直流直流)增益：增益：11faRKR 截止頻率：截止頻率：12cfRC品質因數(shù)：品質因數(shù)：13aQK相頻特性：相頻特性：21gggffarctgQf歸一化頻率歸一化頻率 ：gcfff2222311outaoutoutaind uK duuKudtRCdtRCRCu帶通濾波器：帶通濾波器：有兩個截止頻率，下截止頻率有兩個截止頻率，下截止頻率 fc1 和上截和上截止頻

13、率止頻率 fc2 ，兩截止頻率之間為通帶。，兩截止頻率之間為通帶。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法9可以證明，若原信可以證明，若原信號的頻譜為：號的頻譜為：3-5 A/D轉換和采樣定理轉換和采樣定理uA/D轉換的功能：轉換的功能：將將連續(xù)變化的模擬電壓連續(xù)變化的模擬電壓量轉換為離散的數(shù)字量轉換為離散的數(shù)字序列。序列。3-5-1 A/D轉換的數(shù)學原理和采樣定理轉換的數(shù)學原理和采樣定理 Xx tF Fu復習沖激函數(shù)：復習沖激函數(shù)：用于描述用于描述效果不可忽略效果不可忽略而而時間可以忽略時間可以忽略的物理現(xiàn)象。的物理現(xiàn)象。 000 x tttx tttdd 00 x tttdtx

14、 td重要性質：重要性質：篩選特性篩選特性 0001tttt dtdd定義：定義：短促而不可忽略短促而不可忽略uA/D轉換的數(shù)學原理：轉換的數(shù)學原理： 1snxtx ttn td 1nx n ttn td 則采樣信號的頻譜為：則采樣信號的頻譜為： SsXxtF F1snsXnT頻譜周期化頻譜周期化2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法10最高頻率最高頻率18Hz18Hz18Hz82Hz32Hz18Hz2Hz5Hz12Hz95Hz88Hz45Hz38Hz15Hz8Hz5Hz12Hz100Hz采樣采樣50Hz采樣采樣20Hz采樣采樣采樣定理（采樣定理（ Nyquist 定理）：定理）

15、：A/D轉換的采樣頻率必須轉換的采樣頻率必須大于信號最高頻率的大于信號最高頻率的2倍倍?；殳B現(xiàn)象混疊現(xiàn)象2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法11u分辨率：分辨率：輸出數(shù)據(jù)的二進制數(shù)字長度。例如，輸出數(shù)據(jù)的二進制數(shù)字長度。例如，16位精度位精度A/D的分辨率為的分辨率為 1/65536。 如果輸入量程是如果輸入量程是5V，則，則5V對應于數(shù)字對應于數(shù)字32768、+5V對應于數(shù)字對應于數(shù)字32767，最高分辨率為，最高分辨率為 0.0001526V；u輸入量程：輸入量程：例如，例如，2.5V、5V、10V等，由參考電壓決定。等，由參考電壓決定。u采樣率，或，轉換時間：采樣率，或，

16、轉換時間：每秒鐘采樣次數(shù)，或，完成一次轉換所需時間。通每秒鐘采樣次數(shù)，或，完成一次轉換所需時間。通常用每秒鐘的轉換次數(shù)表示，如常用每秒鐘的轉換次數(shù)表示，如AD676的轉換速度為的轉換速度為100kSPS(SPSSamples Per Second)；u精度：精度：輸出數(shù)據(jù)與輸入電壓之間誤差，常用二輸出數(shù)據(jù)與輸入電壓之間誤差，常用二進制位數(shù)表示。例如，進制位數(shù)表示。例如，AD676的精度為的精度為1LSB。該該A/D器件的分辨率為器件的分辨率為16bit，所以，其最大誤差，所以，其最大誤差為為 0.0001526V 。u線性度：線性度：輸出數(shù)據(jù)與輸入電壓之間的線性關系輸出數(shù)據(jù)與輸入電壓之間的線性

17、關系，通常也用二進位數(shù)表示。，通常也用二進位數(shù)表示。3-5-2 常用技術指標常用技術指標2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法123-6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構原理與選用原則數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構原理與選用原則3-6-1 非同步多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理非同步多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理u特點：特點：同樣精度和采樣率情況下，價格較低；同樣精度和采樣率情況下，價格較低；不能同步采集，多通道信號輸入時只能逐個通道巡回采樣；不能同步采集，多通道信號輸入時只能逐個通道巡回采樣；通道增益不同時，必須考慮程控增益的建立時間；通道增益不同時，必須考慮程控增益的建立時間；通道濾波帶寬不同時，必須考慮濾

18、波參數(shù)選擇后的濾波器建立時間；通道濾波帶寬不同時，必須考慮濾波參數(shù)選擇后的濾波器建立時間；當各個通道程控增益和濾波帶寬均不同時，實際可用的采樣率將遠低于通常當各個通道程控增益和濾波帶寬均不同時，實際可用的采樣率將遠低于通常作為標稱參數(shù)給出的單通道輸入且增益、濾波帶寬都不變情況下的采樣率。作為標稱參數(shù)給出的單通道輸入且增益、濾波帶寬都不變情況下的采樣率。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法133-6-2 多采樣保持同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理多采樣保持同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理低速、同步采樣時，采樣保持電路的泄漏將造成采樣電壓衰減誤差。低速、同步采樣時，采樣保持電路的泄漏將造成采樣

19、電壓衰減誤差。完全同步采樣；完全同步采樣；各通道增益、濾波帶寬獨立設置；各通道增益、濾波帶寬獨立設置；2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法143-6-3 各通道獨立采樣的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理各通道獨立采樣的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理成本高。成本高。完全同步采樣；完全同步采樣；各通道增益、濾波帶寬獨立設置；各通道增益、濾波帶寬獨立設置；2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法153-6-4 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入方式多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入方式u單端輸入：單端輸入：每個獨立的信號源占用一個輸入端子，每個獨立的信號源占用一個輸入端子，但所有信號源但所

20、有信號源共享同一個公共端，即，所有信號源共共享同一個公共端，即，所有信號源共享一個參考端。在接入傳感電路時，所有電路的公共享一個參考端。在接入傳感電路時，所有電路的公共端被連接在了一起，對于公共端不能互聯(lián)的多個傳感端被連接在了一起，對于公共端不能互聯(lián)的多個傳感電路，不能采用這種輸入方式。例如，多各電橋電路電路，不能采用這種輸入方式。例如，多各電橋電路就不能用單端輸入接入采集系統(tǒng)。就不能用單端輸入接入采集系統(tǒng)。u雙端輸入：雙端輸入：每兩個單端輸入合并為一個輸入端，兩每兩個單端輸入合并為一個輸入端，兩輸入端之間的電位差構成輸入信號。在接入傳感電路輸入端之間的電位差構成輸入信號。在接入傳感電路時，可

21、保持電路之間相互獨立。但，每個傳感電路的時，可保持電路之間相互獨立。但，每個傳感電路的參考參考“地地”，即，儀表外殼或專門設計的接地端需要，即，儀表外殼或專門設計的接地端需要連接在一起并共享采集系統(tǒng)的接連接在一起并共享采集系統(tǒng)的接“地地”端。端。雙端輸入時各個信號源共享接地端，并不影響每個傳感電路的獨立性，雙端輸入時各個信號源共享接地端，并不影響每個傳感電路的獨立性，“公共公共地地”只是為各個傳感電路的共模信號建立了統(tǒng)一的參考點。只是為各個傳感電路的共模信號建立了統(tǒng)一的參考點。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法163-6-5 數(shù)據(jù)采集產品的常見形式數(shù)據(jù)采集產品的常見形式靈活方

22、便，非常適合移動場合或實驗室靈活方便，非常適合移動場合或實驗室環(huán)境使用。環(huán)境使用。u臺式電腦插卡式臺式電腦插卡式A/D采樣板卡采樣板卡uUSB接口數(shù)據(jù)采集模塊接口數(shù)據(jù)采集模塊模擬輸入：單端模擬輸入：單端16、差分、差分8通道；通道；例：例：NI PCIe-6251采樣率：采樣率：1.25MSPS；分辨率：分辨率：16位位A/D；最大量程：最大量程：10V；最小量程：最小量程：0.1V，增益：，增益：1, 2, 5, 10, 20, 50, 100模擬輸出：模擬輸出：2通道通道16位分辨率；位分辨率；分辨率：分辨率：16位；位；輸出范圍：輸出范圍：10V和和5V；采樣率：采樣率：2.86MSPS

23、；2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法17u直接傳感器輸入模塊：直接傳感器輸入模塊：特定傳感器信號調理電路和數(shù)據(jù)采集電路集成在一起特定傳感器信號調理電路和數(shù)據(jù)采集電路集成在一起，形成直接數(shù)字化的傳感器信號處理模塊。包括專用總線電腦插卡形式、專用，形成直接數(shù)字化的傳感器信號處理模塊。包括專用總線電腦插卡形式、專用總線形式和總線形式和USB形式等。形式等。例：例：NI cDAQ模塊化數(shù)據(jù)采集平臺模塊化數(shù)據(jù)采集平臺u 專用總線機箱系統(tǒng)：專用總線機箱系統(tǒng)：以專用總線為基礎構成計算機系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集以及信號以專用總線為基礎構成計算機系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集以及信號調理等電路模塊化，形成輸入模塊可

24、選的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的精調理等電路模塊化，形成輸入模塊可選的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的精度、速度、電磁兼容性、度、速度、電磁兼容性、信噪比、同步性、可擴信噪比、同步性、可擴展性均很強，適合工業(yè)展性均很強，適合工業(yè)控制場合和長期惡劣環(huán)控制場合和長期惡劣環(huán)境使用。缺點是成本較高。境使用。缺點是成本較高。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法18u采樣速率：采樣速率：采樣率必須滿足采樣率必須滿足 Nyquist 采樣定律，工程上通常取采樣率采樣定律，工程上通常取采樣率4倍于信號中倍于信號中最高分量的頻率，并且選擇適當?shù)目够鞛V波器以防止混疊。最高分量的頻率，并且選擇適當?shù)?/p>

25、抗混濾波器以防止混疊。3-6-6 數(shù)據(jù)采集產品的選擇數(shù)據(jù)采集產品的選擇u分辨率：分辨率：常用有常用有12bit、16bit、24bit等，其最高分辨率為：等，其最高分辨率為：maxmin2BVVdu信號的動態(tài)范圍與精度要求：信號的動態(tài)范圍與精度要求：滿足精度要求的前提下，可測的最小幅度到最大幅滿足精度要求的前提下，可測的最小幅度到最大幅度的范圍稱為度的范圍稱為“動態(tài)范圍動態(tài)范圍”。例如：。例如：16位位精度的精度的A/D轉換器，若要求測量精度優(yōu)于轉換器，若要求測量精度優(yōu)于1/1000，則滿足精度要求的最小信號幅度相當于二進制則滿足精度要求的最小信號幅度相當于二進制10位位(1024) 。所以，

26、滿足精。所以，滿足精度要求的度要求的最大最大/最小信號最小信號相差二進制相差二進制6位位。若。若滿量程輸入滿量程輸入為為10V，則，可保證精度的，則，可保證精度的最小信號幅度為最小信號幅度為0.15625V。u輸入量程：輸入量程：即，對應于數(shù)據(jù)采集卡最大輸出數(shù)字范圍的模擬電壓輸入范圍，常見即，對應于數(shù)據(jù)采集卡最大輸出數(shù)字范圍的模擬電壓輸入范圍，常見有有5V、10V等。有程控放大器的數(shù)據(jù)采集卡可有多個可供選擇的輸入量程。例等。有程控放大器的數(shù)據(jù)采集卡可有多個可供選擇的輸入量程。例如，滿量程如，滿量程10V，程控放大的增益為：程控放大的增益為：1、2、10、50倍倍，則可選擇的輸入量程為，則可選擇

27、的輸入量程為：10V、5V、1V、0.2V。選擇輸入量程時，應使信號最大幅度大于或等于。選擇輸入量程時，應使信號最大幅度大于或等于量程的量程的1/2，但必須保證信號不被，但必須保證信號不被“削頂削頂” 。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法19u輸入端口形式：輸入端口形式：單端或差分輸入。通常數(shù)據(jù)采集卡或模塊每兩個單端輸入可單端或差分輸入。通常數(shù)據(jù)采集卡或模塊每兩個單端輸入可合成一個差分輸入。合成一個差分輸入。u同步性：同步性：即，多通道采集時各個通道之間的時序關系。最經濟的方式是利用即，多通道采集時各個通道之間的時序關系。最經濟的方式是利用模擬開關復用一個數(shù)據(jù)采集電路，多個通

28、道的輸入信號被輪流采集，通道數(shù)據(jù)模擬開關復用一個數(shù)據(jù)采集電路，多個通道的輸入信號被輪流采集，通道數(shù)據(jù)之間存在一定的時差。多采保和多通道獨立數(shù)據(jù)采集卡或模塊，可實現(xiàn)多通道之間存在一定的時差。多采保和多通道獨立數(shù)據(jù)采集卡或模塊，可實現(xiàn)多通道之間無時差采樣。主要根據(jù)數(shù)據(jù)分析的需要進行選擇。之間無時差采樣。主要根據(jù)數(shù)據(jù)分析的需要進行選擇。uD/A及數(shù)字量輸入輸出功能：及數(shù)字量輸入輸出功能：大多數(shù)據(jù)采集卡或模塊都包含有一定數(shù)量的大多數(shù)據(jù)采集卡或模塊都包含有一定數(shù)量的D/A 輸出和數(shù)字量輸入輸出通道?？捎糜谳敵瞿M信號電壓、輸入輸出輸出和數(shù)字量輸入輸出通道?？捎糜谳敵瞿M信號電壓、輸入輸出TTL電平電平的

29、開關量，用于組成自動測試和自動控制系統(tǒng)。的開關量，用于組成自動測試和自動控制系統(tǒng)。u總線形式：總線形式：常見總線形式包括：常見總線形式包括：PCI、PCIe形式形式，主要用于臺式計算機插卡方，主要用于臺式計算機插卡方式；式；USB總線形式總線形式，既可用于臺式機也可以用于筆記本電腦，靈活方便，但受到，既可用于臺式機也可以用于筆記本電腦，靈活方便，但受到USB總線傳輸能力的限制，不能構建大規(guī)模采集系統(tǒng)；總線傳輸能力的限制，不能構建大規(guī)模采集系統(tǒng)；專用總線專用總線，例如，例如PXI總線總線形式，專用于形式，專用于PXI總線工業(yè)控制計算機系統(tǒng)?？偩€工業(yè)控制計算機系統(tǒng)。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采

30、集及常用頻域處理方法203-7 虛擬儀器簡介虛擬儀器簡介3-7-1 幾種常見的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件機構幾種常見的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件機構u 模擬電壓信號數(shù)據(jù)采集架構模擬電壓信號數(shù)據(jù)采集架構特點：方便、可靠、高精度，價格適中，常用于實驗室等接近室內環(huán)境的條件下。特點：方便、可靠、高精度，價格適中，常用于實驗室等接近室內環(huán)境的條件下。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法21u 專業(yè)總線型信號調理及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構專業(yè)總線型信號調理及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構特點：特點：高可靠性、高精度、低噪聲、大規(guī)模，信號調理與模擬電壓電壓輸入兼而有高可靠性、高精度、低噪聲、大規(guī)模，信號調理與模擬電壓電

31、壓輸入兼而有之；價格較高，適合電磁兼容性要求高、測量精度、穩(wěn)定性、同步性等技術指標均之；價格較高，適合電磁兼容性要求高、測量精度、穩(wěn)定性、同步性等技術指標均要求嚴格的場合。支持各種網(wǎng)絡架構，容易實現(xiàn)網(wǎng)絡化分布式測試。要求嚴格的場合。支持各種網(wǎng)絡架構，容易實現(xiàn)網(wǎng)絡化分布式測試。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法22u USB總線、有線和無線網(wǎng)絡型信號調理及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構總線、有線和無線網(wǎng)絡型信號調理及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構特點：特點：方便靈活、低價格，支持有線和無線網(wǎng)絡，可構建網(wǎng)絡化分布式大規(guī)模方便靈活、低價格，支持有線和無線網(wǎng)絡，可構建網(wǎng)絡化分布式大規(guī)模信號調理系統(tǒng)。信號調理系統(tǒng)

32、。2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法233-7-2 虛擬儀器開發(fā)平臺虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW 語言簡介語言簡介u 圖形化編程，直觀、形象；圖形化編程，直觀、形象；u 軟件中直接驅動硬件，對使用者的硬件知識要求低；軟件中直接驅動硬件，對使用者的硬件知識要求低；u 豐富的信號處理和數(shù)據(jù)處理資源；豐富的信號處理和數(shù)據(jù)處理資源；u 多種多樣的輸入、輸出模式，可以構建各種自動檢測和自動控制系統(tǒng)；多種多樣的輸入、輸出模式，可以構建各種自動檢測和自動控制系統(tǒng)；u 兼容各種工業(yè)規(guī)范，適合制造業(yè)現(xiàn)場應用；兼容各種工業(yè)規(guī)范，適合制造業(yè)現(xiàn)場應用；u軟件化的柔性儀器系統(tǒng)，更新?lián)Q代、升級改造容易

33、，可根據(jù)現(xiàn)場要求定制各軟件化的柔性儀器系統(tǒng)，更新?lián)Q代、升級改造容易，可根據(jù)現(xiàn)場要求定制各式各樣的應用系統(tǒng)。式各樣的應用系統(tǒng)。u虛擬儀器編程演示：虛擬儀器編程演示：前面板前面板輸入、輸出界面；輸入、輸出界面；程序框圖程序框圖圖形化編程工具；圖形化編程工具；多種函數(shù)多種函數(shù)硬件驅動和各種運算；硬件驅動和各種運算；2022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法243-8 采樣數(shù)據(jù)的及其在數(shù)據(jù)處理軟件中的表達方式采樣數(shù)據(jù)的及其在數(shù)據(jù)處理軟件中的表達方式u采樣數(shù)據(jù)：采樣數(shù)據(jù)：連續(xù)變連續(xù)變化的電壓信號，通過化的電壓信號，通過數(shù)據(jù)采集卡進入計算數(shù)據(jù)采集卡進入計算機后成為相應的數(shù)字機后成為相應的數(shù)字序列

34、。序列。表格形式表格形式，常用于，常用于Excel等處理軟件。等處理軟件。u采樣數(shù)據(jù)在處理軟件中的存在形式：采樣數(shù)據(jù)在處理軟件中的存在形式：0.410.280.160.090.0.190.490.610.710.211.30.270.300.170.230.62041.4.4451.460.410.520.430.094.5146矩陣或數(shù)組形式矩陣或數(shù)組形式，常用于，常用于Matlab、LabVIEW、C語言等編程語言或數(shù)據(jù)處理軟件。多通道數(shù)據(jù)以二語言等編程語言或數(shù)據(jù)處理軟件。多通道數(shù)據(jù)以二維矩陣，即，二維數(shù)組的形式表示，每一行或一列維矩陣，即，二維數(shù)組的形式表示，每一行或一列代表一個輸入通道

35、。例如：代表一個輸入通道。例如：1,2,1,2,3nNX n mm通道通道1通道通道2通道通道3-0.41-0.27-0.19-0.28-0.30-0.49-0.16-0.17-0.610.090.23-0.710.210.62-0.462022-6-18第三章 數(shù)據(jù)采集及常用頻域處理方法25u數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式：從從A/D轉換電路讀回計算機的數(shù)據(jù)是多字節(jié)整型數(shù)，可以是無符號轉換電路讀回計算機的數(shù)據(jù)是多字節(jié)整型數(shù)，可以是無符號整型數(shù)，也可以是有符號整型數(shù)整型數(shù)，也可以是有符號整型數(shù)。例如：利用例如：利用16bit A/D轉換卡得到的轉換結果是兩字節(jié)整型數(shù)，有符號的范圍為轉換卡得到的轉換結果是兩

36、字節(jié)整型數(shù)，有符號的范圍為：3276832767，如果輸入量程為，如果輸入量程為5V，則，則32768對應于對應于5V、32767對應于對應于5V；無符號的數(shù)值范圍為：；無符號的數(shù)值范圍為：065535，如果輸入量程為，如果輸入量程為010V，則采樣值，則采樣值0對應于對應于0V，采樣值，采樣值65535對應于對應于10V。采樣值與電壓之間的對應關。采樣值與電壓之間的對應關系可由量程范圍計算得到。系可由量程范圍計算得到。u浮點數(shù)據(jù)格式：浮點數(shù)據(jù)格式：有些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以根據(jù)量程范圍將從有些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以根據(jù)量程范圍將從A/D讀回的數(shù)據(jù)直接讀回的數(shù)據(jù)直接轉換成與信號電壓，甚至被測量量綱的浮點數(shù)。轉換成與信號電壓，甚至被測量量綱的浮點數(shù)。計算機中的浮點數(shù)由二進制指數(shù)和尾數(shù)組成，不同軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式可能不計算機中的浮點數(shù)由二進制指數(shù)和尾數(shù)組成，不同軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式可能不同，軟件之間數(shù)據(jù)共享時可能需要進行數(shù)據(jù)格式轉換，需要視情況處理。同，軟件之間數(shù)據(jù)共享時可能需要進行數(shù)據(jù)格式轉換，需要視情況處理。u存盤數(shù)據(jù)