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数据采集(DAQ)基础知识

作者:NI公司时间:2010-04-13来源:电子产品世界收藏

  为了适合设备的输入范围,由传感器生成的电信号必须经过处理。为了更精确地测量信号,信号调理配件能放大低电压信号,并对信号进行隔离和滤波。此外,某些传感器需要有电压或电流激励源来生成电压输出。图2显示了带有 SCXI信号调理配件的典型系统。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/107904.htm

  图2 用于插入式设备的SCXI信号调理的前端系统

  信号调理配件可用于各种重要的应用

  放大功能——放大是最为普遍的信号调理功能。例如,需要对热电偶的信号进行放大以提高分辨率和降低噪声。为了得到最高的分辨率,要对 信号放大以使调理后信号的最大电压范围和ADC的最大输入范围相等。又例如,SCXI有多种信号调理模块可以放大输入信号。在临近传感器的SCXI机箱内 对低电压信号进行放大,然后把放大后的高电压信号传送到PC,从而最大限度地降低噪声对读数的影响。

  隔离功能——另一种常见的信号调理应用是为了安全目的把传感器的信号和计算机相隔离。被监测的系统可能产生瞬态的高压,如果不使用信 号调理, 这种高压会对计算机造成损害。 使用隔离的另一原因是为了确保插入式数据采集设备的读数不会受到接地电势差或共模电压的影响。当数据采集设备输入和所采集的信号使用不同的参考“地线”, 而一旦这两个参考地线有电势差,就会带来麻烦。这种电势差会产生所谓的接地回路,这样就将使所采集信号的读数不准确;或者如果电势差太大,它也会对测量系 统造成损害。使用隔离式信号调理能消除接地回路并确保信号可以被准确地采集。例如,SCXI-1120和SCXI-1121模块能提供高达250 Vrms的共模电压隔离,SCXI-1122能提供高达450 Vrms电压隔离。

  多路复用功能——多路复用是使用单个测量设备来测量多个信号的常用技术。模拟信号的信号调理硬件常对如温度这样缓慢变化的信号使用多 路复用方式。ADC采集一个通道后,转换到另一个通道并进行采集,然后再转换到下一个通道,如此往复。由于同一个ADC可以采集多个通道而不是一个通道, 每个通道的有效采样速率和所采样的通道数呈反比。例如,1MS/s的PCI-MIO-16E-1采样通道为10个,那么每个通道的有效采集速率大约为:

  由于模拟信号的模拟SCXI模块采用多路复用技术,一个数据采集设备可以测量多达3,072个信号。

  使用AMUX-64T模拟多路复用器,您可以使用一个设备来测量256个信号。所有内置有多路复用器的数据采集设备也具备这一特性。

  滤波功能——滤波器的功能是指在您所测量的信号中滤除不需要的信号。噪声滤波器用于如温度这样直流信号,它可以衰减那些降低测量精度的高频信号。例如,许多SCXI模块在使用数据采集设备对信号数字化前使用4 Hz和10 kHz的低通滤波器来滤除噪声。

  如振动这样的交流信号常常需要另一种被称为抗混叠的滤波器。像噪声滤波器一样,抗混频滤波器也是低通滤波器;然而,它需要有非常陡的截止速率,从而 可以滤除信号中所有高于设备输入波段的频率。如果这些频率没有被滤除,它们将会作为信号错误地出现在设备输入带宽中。专为测量交流信号而设计的设备—— 455x、 445x和NI 447x动态信号采集(DSA)设备,NI6115同步采样多功能I/O设备,SCXI-1141模块都有内置的抗混频滤波器。

  激励功能——对于某些传感器信号调理也能提供激励源。例如,应力计、热敏电阻器和RTD需要有外部电压或电流激励信号。用于这些传感 器的信号调理模块常用来提供激励信号。RTD测量常使用电流源来把电阻上的变化量转化为可测量电压。应力计是阻值非常低的电阻设备,常用于配有电压激励源 的惠斯通电桥。SCXI-1121和SCXI-1122有板载的激励源,可配置为电流或电压激励,从而可用于压力计、热敏电阻器或RTD。

  线性化功能——另一种常见的信号调理功能是线性化功能。许多传感器,如热电偶,对被测量的物理量的响应是非线性的。NI的NI-、LabVIEW、Measurement Studio和VirtualBench等应用软件包包含了应用于热电偶、压力计和RTD的线性化功能。

  您需要了解您的信号的特性,用于测量信号的配置以及系统周围环境的影响。根据这些信息,您才可以确定您的系统是否需要使用信号调理。

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关键词: NI 数据采集 DAQ

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