数据采集的一些基础知识

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—— NI 455x、NI 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-DAQ、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DAQ系统是否需要使用信号调理。

　　数据采集硬件

　　模拟输入

　　模拟输入的基本考虑－在模拟输入的技术说明中将给出关于数据采集产品的精度和功能的信息。基本技术说明适用于大部分数据采集产品，包括通道数目、采样速率、分辨率和输入范围等方面的信息。

　　通道数－对于采用单端和差分两种输入方式的设备，模拟输入通道数可以分为单端输入通道数和差分输入通道数。在单端输入中，输入信号均 以共同的地线为基准。这种输入方法主要应用于输入信号电压较高（高于1 V），信号源到模拟输入硬件的导线较短（低于15 ft），且所有的输入信号共用一个基准地线。如果信号达不到这些标准，此时应该用差分输入。对于差分输入，每一个输入信号都有自有的基准地线；由于共模噪 声可以被导线所消除，从而减小了噪声误差。

　　采样速率－这一参数决定了每秒种进行模数转换的次数。一个高采样速率可以在给定时间下采集更多数据，因此能更好地反映原始信号。