數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成調(diào)理電路采集卡增益

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成調(diào)理電路采集卡增益第1頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六10.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成2.信號(hào)調(diào)理從傳感器得到的信號(hào)可能會(huì)很微弱，或者含有大量噪聲，或者是非線性的等等，這種信號(hào)在進(jìn)入采集卡之前必須經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理。信號(hào)調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)、冷端補(bǔ)償?shù)?/p>

第2頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六虛擬儀器之“虛擬”含義：虛擬儀器面板；軟件實(shí)現(xiàn)儀器功能。如：基于高速數(shù)據(jù)采集硬件，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編程可實(shí)現(xiàn)“虛擬示波器”、“虛擬頻譜儀”、“虛擬交流數(shù)字電壓表”、“虛擬頻率計(jì)”、“虛擬相位計(jì)”等不同儀器。第3頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.2基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理模塊數(shù)據(jù)采集卡計(jì)算機(jī)顯示、輸出、打印基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第4頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)傳感器：它的作用是將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系電信號(hào)。如測(cè)速發(fā)電機(jī)、流量傳感器等。信號(hào)調(diào)理模塊：信號(hào)調(diào)理就是將待測(cè)信號(hào)通過(guò)放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，包括功率放大、電氣隔離等。NI公司的儀器信號(hào)調(diào)理板卡SCXI是LabVIEW軟件直接支持的一個(gè)信號(hào)調(diào)理板卡，LabVIEW環(huán)境中調(diào)用非常方便.第5頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.1模入?yún)?shù)說(shuō)明1

分辨率（Resolution）

分辨率就是用來(lái)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的位數(shù)，A/D的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的最小電壓就越小。分辨率要足夠高，數(shù)字化信號(hào)才能有足夠的電壓分辨能力，才能比較好的恢復(fù)原始信號(hào)。目前分辨率為8的采集卡屬于較低的，12位屬中檔，１６位的卡就比較高了。他們可以分別將模入電壓量化為256、4096、65536份。電壓范圍(Range)

電壓范圍由A/D能數(shù)字化的模擬信號(hào)的最高和最低的電壓決定。一般情況下，采集卡的電壓范圍是可調(diào)的，所以可選擇和信號(hào)電壓變化范圍相匹配的電壓范圍以充分利用分辨率范圍，得到更高的精度。比如，對(duì)于一個(gè)3位的A/D，在選擇0-10V范圍時(shí)，它將10V八等分；如果選擇范圍為-10V到+10V，同一個(gè)A/D就得將20V分為8等分，能分辨的最小電壓就從1.25V上升到2.50V，這樣信號(hào)復(fù)原的效果就更差了。第6頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六A/D基本定義輸入范圍與增益輸入信號(hào)的幅度/輸入信號(hào)的放大倍數(shù)數(shù)據(jù)采集板通常應(yīng)具有程控增益放大電路，這對(duì)于小信號(hào)測(cè)試是必要的?？删幊淘鲆鎸?duì)于大信號(hào)應(yīng)用：普通增益（1,2,4,8）對(duì)于小信號(hào)應(yīng)用：高增益（1,10,100,1000）例如：輸入電壓范圍：+/-10V,普通增益可選擇的輸入電壓范圍：+/-10V,+/-5V,+/-2.5V,+/-1.25V0V-10V+10V+5V第7頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.1模擬參數(shù)說(shuō)明2

增益（Gain）

增益主要用于在信號(hào)數(shù)字化之前對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大。使用增益，可以等效地降低A/D的輸入范圍，使它能盡量將信號(hào)分為更多的等份，基本達(dá)到滿量程，這樣可以更好地復(fù)原信號(hào)。因?yàn)閷?duì)同樣的電壓輸入范圍，大信號(hào)的量化誤差小，而小信號(hào)時(shí)量化誤差大。當(dāng)輸入信號(hào)不接近滿量程時(shí)，量化誤差會(huì)相對(duì)加大。如：輸入只為滿量程的1／10時(shí)，量化誤差相應(yīng)擴(kuò)大10倍。一般使用時(shí)，要通過(guò)選擇合適的增益，使得輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍與A/D的電壓范圍相適應(yīng)。當(dāng)信號(hào)的最大電壓加上增益后超過(guò)了板卡的最大電壓，超出部分將被截?cái)喽x出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。對(duì)于NI公司的采集卡選擇增益是在LabVIEW中通過(guò)設(shè)置信號(hào)輸入限制（inputlimits）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，LabVIEW會(huì)根據(jù)選擇的輸入限制和輸入電壓范圍的大小來(lái)自動(dòng)選擇增益的大小。

一個(gè)采集卡的分辨率、范圍和增益決定了可分辨的最小電壓，它表示為1LSB。例如，某采集卡的分辨率為12位，范圍取0-10V，增益取100，則有1LSB=10V/(100×4096)24μV。這樣，在數(shù)字化過(guò)程中，最小能分辨的電壓就為24μs。

選擇合適的增益和輸入范圍要與實(shí)際被測(cè)信號(hào)匹配。如果輸入信號(hào)的改變量比采集卡的精度低，就可以將信號(hào)放大，提高增益。選擇一個(gè)大的輸入范圍或降低增益可以測(cè)量大范圍的信號(hào)，但這是以精度的降低為代價(jià)的。選擇一個(gè)小的輸入范圍或提高增益可以提高精度，但這可能會(huì)使信號(hào)超出A/D允許的電壓范圍。

第8頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六PCL-812PG

工業(yè)系統(tǒng)模擬量輸入通道的一般組成模擬量傳感器模擬量傳感器模擬量傳感器信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理多路開(kāi)關(guān)MUX可編程放大器接口電路控制電路A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器S/H控制線數(shù)據(jù)總線第9頁(yè)，共10頁(yè)，2023年，2月20日，星期六常見(jiàn)傳感器及信號(hào)調(diào)理低電壓信號(hào)電流輸入/輸出RTDs和熱敏電阻熱電偶應(yīng)變儀隔離