数据采集系统的组成
数据采集系统的基本任务是物理信号的产生或测量。但是要使计算机系统能够测量物理信号,必须要使用传感器把物理信号转换成电信号(电压或者电流信号)。有时不能把被测信号直接连接到DAQ卡,而必须使用信号调理辅助电路,先将信号进行一定的处理。总之,数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统 – 包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。
模拟输入:
当采用数据采集卡测量模拟信号时,必须考虑下列因素:输入模式(单端输入或者差分输入)、分辨率、输入范围、采样速率,精度和噪声等。
单端输入以一个共同接地点为参考点。这种方式适用于输入信号为高电平(大于一伏),信号源与采集端之间的距离较短(小于15英尺),并且所有输入信号有一个公共接地端。如果不能满足上述条件,则需要使用差分输入。差分输入方式下,每个输入可以有不同的接地参考点。并且,由于消除了共模噪声的误差,所以差分输入的精度较高。
输入范围是指ADC能够量化处理的最大、最小输入电压值。DAQ卡提供了可选择的输入范围,它与分辨率、增益等配合,以获得最佳的测量精度。
数据采集分辨率是模/数转换所使用的数字位数。分辩率越高,输入信号的细分程度就越高,能够识别的信号变化量就越小。
增益表示输入数据采集信号被处理前放大或缩小的倍数。给信号设置一个增益值,你就可以实际减小信号的输入范围,使模数转换能尽量地细分输入信号。例如,当使用一个3位模数转换,输入信号范围为0到10伏,上面的图显示了给信号设置增益值的效果。当增益=1时,模/数转换只能在5伏范围内细分成4份,而当增益=2时,就可以细分成8份,精度大大地提高了。但是必须注意,此时实际允许的输入信号范围为0到5伏。一但超过5伏,当乘以增益2以后,输入到模/数转换的数值就会大于允许值10伏。
总之,输入范围,分辩率以及增益决定了输入信号可识别的最小模拟变化量。此最小模拟变化量对应于数字量的最位上的0,1变化,通常叫做转换宽度(Code width)。其算式为:输入范围/(增益*2^分辩率)。
数据采集采样率决定了模/数变换的速率。采样率高,则在一定时间内采样点就多,对信号的数字表达就越精确。采样率必须保证一定的数值,如果太低,则精确度就很差。下面的图表示了采样率对精度的影响。
根据耐奎斯特采样理论,你的采样频率必须是信号最高频率的两倍。例如,音频信号的频率一般达到20KHz,因此其采样频率一般需要40KHz。