數據采集技術

數據采集技術（DAQ）

DataAcquisitionTechniques林君jlin@Tel:8502473數據采集功能

ADCDACcntr/timerdigitalDAQBoardAnalogI/ODigitalI/OClockI/OOnOff1-0插入式數據采集卡的優越性靈活費用較低性能選擇范圍大大量的軟件工具可用利用PC技術數字化技術信號分類信號根據其所傳遞的有用信息進行分類信息狀態速率幅值形狀頻率SignalsAnalogDigitalOn-OffTimeDomainPulseTrainFrequencyDomainDConofft1-0-t0.985ttf數字信號開關信號

連續脈沖信號Input:ReadanopticalencoderOutput:Generateasquarewave分辨率時鐘頻率Input:SenseaswitchclosureOutput:Closeavalve驅動程序的功能通道數DAQ卡需要考慮的指標onofft1-0-t數字信號調理Common-ModeVoltagesorHighVoltagesElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysOpticalIsolationLoadsRequiringACSwitchingorLargeCurrentFlowSolenoidsValvesMotorsHeatersLampsPumpsElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysProductionMonitoringorProcessControlProximitySwitchesLimitSwitchesThermostatsManualSwitches數字I/O模擬信號時域信號VibrationSpeechSonar分辨率采樣率AC精度觸發濾波器TemperaturePressureFlowStrainDC精度頻域信號直流信號ECGBloodpressureSingle-shoteventsChromatograph分辨率采樣率AC和DC精度觸發DAQ卡需要考慮的指標參數0.985ttf模擬信號調理低電壓信號電流輸入/輸出RTDs

和熱敏電阻熱電偶應變儀隔離放大噪聲濾波電流與電壓的轉換;隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波冷端補償激勵電源隔離，放大，噪聲濾波激勵電壓全橋和半橋設置隔離，放大，噪聲濾波多功能I/ODemo變送器/傳感器

物理現象 傳感器溫度 熱電偶

RTD IC傳感器 熱敏電阻光 真空管光電傳感器聲 麥克風力和壓力 應變儀 壓電傳感器熱電偶價格較低，堅固可承受高溫可迅速感知溫度的快速變化需要作冷端補償電壓量很小需要放大輸出非線性需要冷端補償RTDs精度比熱電偶高不需要冷端補償比熱電偶昂貴需要電流源非線性輸出，需要線性化2路RTDs接線，簡單，但要考慮接線電阻誤差3路和4路RTD接線，消除了接線電阻誤差熱敏電阻

需要電流源或電壓源激勵非線性化強烈，需要線性化敏感度高電阻高應變片需要電壓源需要橋式電路設置非線性化輸出，需要線性化DAQ卡的前端信號調理模塊

SignalConditioningExtensions

forInstrumentation（SCXI)

SCXI選擇傳感器和信號熱電偶RTDs熱敏電阻應變儀電壓信號

微伏，毫伏，伏電流信號

4—20mA,0—20mA數字信號信號調理多路復用放大隔離濾波傳感器激勵冷端補償SCXI的其它特性可擴展，最多到3,072通道緊湊，在7英寸空間可達384個通道靈活，可以和最新的采集卡，軟件，和計算機配合工作高速，和E系列的采集卡配合掃描速度達33KHz設置方便結構開放DemoA/D分辨率Codewidth=smallestdetectablechangeinvoltage=AD的輸入范圍增益*2nn=#ofADCbits

16-bitADC3-bitADCAmplitudecodewidthTime02010012014040608010.009.757.506.255.003.752.501.250111110100011010001000A/D采樣率Nyquist

原理采樣率>2倍的最高頻率AdequatelysampledAliasedduetoundersampling多通道采集采集模式通道設置掃描順序增益范圍單端/差分輸入單極/雙極連續掃描同步采樣間隔掃描Straingauge1Straingauge2Battery1Battery2TempPressureDemo實時系統集成總線RTSI

Real-TimeSystemsIntegrationBusRTSI在板卡之間連接時鐘和觸發信號完成數據采集的同步操作在DSP卡串行傳輸數據觸發軟件觸發STARTTRIG*InputofMIOBoardEdgeInitiatesAcquisition

TTLSignalLevelandSlopeofAnalogSignalInitiatesAcquisition

LevelandSlopeofAnalogSignalRetrievesAcquisition條件獲取(軟件)由AIBufferRead設定AIRead調用AIBufferRead模擬觸發數字觸發Demo應用軟件接口軟件軟件LabVIEWLabWindows/CVIComponentWorksVisualBasicC/C++...PCI-MIO-16E-1DAQ卡NI-DAQ要求:可以所有采集卡的功能向下兼容通用的API功能齊全的設置工具方便易用DAQ的軟件接口NI-DAQApplicationSoftwareDemo軟件開發平臺選擇VirtualBench

Ready-to-RunVirtualInstrumentsVirtualInstrumentsScopeDynamicsignalanalyzerArbitrarywaveformgeneratorFunctiongeneratorDMMDataloggerDemo軟件開發平臺GraphicalProgrammingVisualC++LabWindows/CVIVisualBasicGraphicalProgramming

LabVIEWEmpoweringtechnologyNaturalflowchartnotationEliminatessyntacticaldetailsReducesdevelopmenttimeRapidprototypingSelf-documentingIntuitiveandeasytolearnIdealforcodereusabilityModularityandhierarchyDemoWhatisMeasurementStudio?MeasurementHardwareWindowsVisualBasic

VisualC++InternetVisualizationAnalysisAcquisitionLabWindows/CVIMeasurementStudioMeasurementComponentsMeasurementStudio

ToolsforVisualC++CompilerintegrationIntellisense

ClassWizardVisaGPIBAnalysisUI

ControlsUtilityClassesApplicationWizardMeasurementclassesAcquisitionAnalysis

UserinterfacethroughActiveXUtilityclassesDataobjectsData

ObjectMeasurementStudio

ToolsforVisualBasicMeasurementandautomationActiveXcontrolsAnalysisUIDAQNetworkGPIBSerialLabWindows/CVIANSICStandardLanguageCompilerEditorDebuggerOpenSystem

Built-in

Instrumentation

LibrariesI/O

(GPIB,VXI,

DAQ,Serial,

IMAQ,etc)Analysis

DataSocket

ActiveX TCPGUI

ProductivityTools

forfasterdevelopmentCodeGenerationToolsInteractiveExecution

StandardANSIC

LanguageOpen,powerfulMultithreadedDemo數據采集的基本原理(3.1)數據采集的基本原理數據采集的基本原理采樣定理的推導采樣定理的推導采樣定理的推導采樣定理的推導采樣率的確定數據采集系統的設計MUX切換PGA切換S/HA/D開始工作A/D轉換完成讀取數據存儲數據循環至結束數據采集系統的設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計浮點放大數據采集系統設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計數據采集系統的設計設計一個四路數據采集系統各路輸入信號性能要求第一路：單次阻尼振蕩波形，持續時間為0.4-1s，阻尼振蕩頻率f0=5