1、第四章第四章 数据采集系统数据采集系统第四章第四章 数据采集系统数据采集系统一、数据采集的定义和工作过程一、数据采集的定义和工作过程二、数据采集系统的基本功能二、数据采集系统的基本功能三、数据采集系统的结构形式三、数据采集系统的结构形式硬件结构、软件结构硬件结构、软件结构四、模拟信号调理四、模拟信号调理传感器的选用传感器的选用、信号调理通道中的常用放大器、信号调理通道中的常用放大器 信号调理中的抗混叠滤波器信号调理中的抗混叠滤波器4.1 4.1 数据采集系统的组成数据采集系统的组成 数据采集是指将温度、压力、流量、位移数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，等
2、模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。印的过程。相应的系统即为数据采集系统相应的系统即为数据采集系统（Data Acquisition System,Data Acquisition System,简称简称DASDAS）一、数据采集的定义和工作过程一、数据采集的定义和工作过程数据采集的定义：数据采集的定义：二、数据采集系统的基本功能二、数据采集系统的基本功能 时钟功能。时钟功能。确定数据采样周期，同时也能为系统确定数据采样周期，同时也能为系统提供时间基淮。提供时间基淮。数据采集。数据采集。将现场检测传感器送来的模拟
3、电信号将现场检测传感器送来的模拟电信号按一定的次序巡回的采样、进行按一定的次序巡回的采样、进行A AD D转换并存储转换并存储数据，即完成数据的采集。数据，即完成数据的采集。信号处理。信号处理。模拟信号处理、数字信号处理、开关信号处理模拟信号处理、数字信号处理、开关信号处理 数据存储。数据存储。显示和打印输出。显示和打印输出。三、数据采集系统的结构形式三、数据采集系统的结构形式 数据采集系统的结构要从数据采集系统的结构要从硬件和软件硬件和软件两方面考虑。两方面考虑。1 1、数据采集系统的软件、数据采集系统的软件信号采集与处理程序；信号采集与处理程序；运行参数设置程序（采样通道号，采样点数，采运
4、行参数设置程序（采样通道号，采样点数，采样周期，信号量程范围，放大器增益系数等）；样周期，信号量程范围，放大器增益系数等）；系统管理程序（主控程序）；系统管理程序（主控程序）；通信程序。通信程序。2 2、数据采集系统的硬件、数据采集系统的硬件1）输入通道的结构形式）输入通道的结构形式（1）、单通道数据采集系统）、单通道数据采集系统 工作过程：工作过程：各路被测参数共用一个采样各路被测参数共用一个采样/保持器和保持器和A/DA/D转换转换器。在某一时刻，多路开关只能选择其中某一路，把它接器。在某一时刻，多路开关只能选择其中某一路，把它接入到采样入到采样/保持器的输入端。当采样保持器的输入端。当采
5、样/保持器的输出已充分保持器的输出已充分逼近输入信号时，在控制命令的作用下，采样保持器由采逼近输入信号时，在控制命令的作用下，采样保持器由采样状态进入保持状态，样状态进入保持状态，A/DA/D转换器开始进行转换，转换完转换器开始进行转换，转换完毕后输出数字信号。在转换期间，多路开关可以将下一路毕后输出数字信号。在转换期间，多路开关可以将下一路接通到采样保持器的输入端。系统不断重复上述操作，实接通到采样保持器的输入端。系统不断重复上述操作，实现对多通道模拟信号的数据采集。现对多通道模拟信号的数据采集。特点：特点：结构形式简单，所用芯片数量少，它适用于信号变结构形式简单，所用芯片数量少，它适用于信
6、号变化速率不高，对采样信号不要求同步的场合。如果信号变化速率不高，对采样信号不要求同步的场合。如果信号变化速率慢，也可以不用采样保持器。如果信号比较弱，混化速率慢，也可以不用采样保持器。如果信号比较弱，混入的干扰信号比较大，还需要使用数据放大器和滤波器。入的干扰信号比较大，还需要使用数据放大器和滤波器。(a)(a)分布式单机数据采集结构分布式单机数据采集结构(b)(b)网络式数据采集结构网络式数据采集结构 (一一)对传感器的主要技术要求对传感器的主要技术要求1.1.具有将被测量转换为后续电路可用电量的功具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围相一致。能，转换范围与
7、被测量实际变化范围相一致。2.2.转换精度符合整个测试系统根据总精度要求转换精度符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整机要求。机要求。3.3.能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。4.4.能满足用户对可靠性和可维护性的要求。能满足用户对可靠性和可维护性的要求。(二二)可供选用的传感器类型可供选用的传感器类型 对于一种被测量，
8、常常有多种传感器可以测对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量，例如测量温度的传感器就有：热电偶、热量，例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体电阻、热敏电阻、半导体PNPN结、结、ICIC温度传感温度传感器、光纤温度传感器等好多种。在都能满足测器、光纤温度传感器等好多种。在都能满足测量范围、精度、速度、使用条件等情况下，应量范围、精度、速度、使用条件等情况下，应侧重考虑成本低、相配电路是否简单等因素进侧重考虑成本低、相配电路是否简单等因素进行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。2）.数字式传感器：数字式传感器：数字式传感器一般数字式
9、传感器一般是采用频率敏感效应器件构成，也可以是采用频率敏感效应器件构成，也可以是由敏感参数是由敏感参数R、L、C构成的振荡器，构成的振荡器，或模拟电压输入经或模拟电压输入经 V/F转换等，因此，数转换等，因此，数字量传感器一般都是输出频率参量，具字量传感器一般都是输出频率参量，具有测量精度高、抗干扰能力强、便于远有测量精度高、抗干扰能力强、便于远距离传送等优点。距离传送等优点。3 3）.集成传感器：集成传感器：集成传感器是将传集成传感器是将传感器与信号调理电路做成一体。例如，感器与信号调理电路做成一体。例如，将应变片、应变电桥、线性化处理、电将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体，
10、构成集成压力传感桥放大等做成一体，构成集成压力传感器。采用集成传感器可以减轻输人通道器。采用集成传感器可以减轻输人通道的信号调理任务，简化通道结构。的信号调理任务，简化通道结构。4 4）.光纤传感器：光纤传感器：这种传感器其信号拾这种传感器其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，避免了电路系统的电磁干扰。在信的，避免了电路系统的电磁干扰。在信号输入通道中采用光纤传感器可以从根号输入通道中采用光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。本上解决由现场通过传感器引入的干扰。2、前置放大器、前置放大器 多数传感器输出信号都比较小，必须多数传感器输出信
11、号都比较小，必须选用前置放大器进行放大。选用前置放大器进行放大。放大器要放大器要“前置前置”,放大器设置在滤波放大器设置在滤波器前面有利于减少电路的等效输入噪声。器前面有利于减少电路的等效输入噪声。即即 提高了电路接收弱信号的能力。提高了电路接收弱信号的能力。3、信号调理通道中的常用放大器、信号调理通道中的常用放大器（1 1）、仪用放大器）、仪用放大器（2 2）、程控放大器）、程控放大器（3 3）、隔离放大器）、隔离放大器（1 1）、仪用放大器）、仪用放大器（2 2）、程控放大器）、程控放大器（3）、隔离放大器）、隔离放大器 隔离放大器主要用于要求共模抑制比隔离放大器主要用于要求共模抑制比高的
12、模拟信号的传输过程中，高的模拟信号的传输过程中，例如输入数例如输入数据采集系统的信号是微弱的模拟信号，而据采集系统的信号是微弱的模拟信号，而测试现场的干扰比较大对信号的传递精度测试现场的干扰比较大对信号的传递精度要求又高，这时可以考虑在模拟信号进入要求又高，这时可以考虑在模拟信号进入系统之前用隔离放大器进行隔离，以保证系统之前用隔离放大器进行隔离，以保证系统的可靠性。系统的可靠性。隔离放大器是三端口隔离，即输入、输出、电隔离放大器是三端口隔离，即输入、输出、电源的三个源的三个“地地”是相互隔离的。采用了浮离式设是相互隔离的。采用了浮离式设计，消除了输入、输出端之间的耦合，具有高共计，消除了输入、输出端之间的耦合，具有高共模抑制比、高精度等特点。广泛用于数据采集系模抑制比、高精度等特点。广泛用于数据采集系统、生物医疗仪器。统、生物医疗仪器。GF289集成隔离放大器GF289典型接法典型接法 4 4、信号调理中的抗混叠滤波器、信号调理中的抗混叠滤波器抗混叠滤波器：。
