基于labview的远程数据采集系统设计 毕业论文 - 图文(6)

Ratet图 3.6 脉冲信号

2）模拟信号(Analog)

模拟直流信号(DC)是静止的或变化非常缓慢的模拟信号，如图3.7所示。

Levelt图 3.7 模拟直流信号

直流信号最重要的信息是它在给定区间内运载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、流速、压力、应变等。采集系统在采集模拟直流信号时，需要有足够的精度以正确测量信号电平。

模拟时域信号(Time Domain)运载的信息不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化，如图3.8所示。在测量一个时域信号或者说是波形时，需要关注波形形状的特性，如斜度、峰值等。为了测量一个时域信号，必须有一个精确的时间序列，间隔也要合适，以保证信号的有用部分被采集到。现实中存在许多不同的时域信号，比如心脏跳动信号、视频信号等，测量它们通常是因为对波形的某些方面的特性感兴趣。

图 3.8 模拟时域信号

模拟频域信号(Frequency Domain)与时域信号类似，但从频域信号中提取的信息是信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间变化的特性，如图3.9所示。用于测量一个频域信号的系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。模拟频域信号也

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很多，比如声音信号、地球物理信号、传输信号等。

图 3.9 模拟频域信号

现实中的信号并不是互相排斥的，一个信号可能运载有不只一种信息，可以用几种方式来定义信号并测量它，用不同类型的系统来测量同一个信号，从信号中取出需要的各种信息。 3.2.6输入信号的连接方式

一个电压信号可以分为接地和浮动两种类型。测量系统可以分为差分(Differential)、参考地单端(RSE)、无参考地单端(NRSE)三种类型。

1）接地信号

接地信号，就是将信号的一端与系统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共地的。接地最常见的例子是通过墙上的接地引出线，如信号发生器和电源。

2）浮动信号

一个不与任何地(如大地或建筑物的地)连接的电压信号称为浮动信号，浮动信号的每个端口都与系统地独立。一些常见的浮动信号的例子有电池、热电偶、变压器和隔离放大器。 3.2.2测量系统分类

1）差分测量系统(DEF) 差分测量系统中，信号输入端与一个模拟入通道相连接。具有放大器的数据采集卡可配置成差分测量系统。图3.10描述了一个8通道的差分测量系统，用一个放大器通过模拟多路转换器进行通道间的转换。标有AIGND(模拟输入地)的管脚就是测量系统的地。

一个理想的差分测量系统仅能测出(+)和(-)输入端口之间的电位差，完全不会测量到共模电压。然而，实际应用的板卡却限制了差分测量系统抵抗共模电压的能力，数据采集卡的共模电压的范围限制了相对与测量系统地的输入电压的波动范围。共模电压的范围关系到一个数据采集卡的性能，可以用不同的方式来消除共模电压的影响。如果系统共模电压超过允许范围，需要限制信号地与数据采集卡的地之间的浮地电压，以避免测量数据错误。

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MUXCH0+CH1+CH2+CH7+Amplifier+MUXCH0+CH1+CH2+-VmCH7+AIGND

图 3.10 八通道差分测量系统

2）参考地单端测量系统(RSE)

一个RSE测量系统，也叫做接地测量系统，被测信号的一端接模拟输入通道，另一端连接系统地AIGND。图3.11表示了一个16通道的RSE测量系统。

MUXCH0+CH1+CH2+Amplifier+-VmCH15+AIGND

图 3.11 十六通道RSE测量系统

3）无参考地单端测量系统(NRSE)

在NRSE测量系统中，信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。图3.12说明了一个NRSE测量系统，其中AISENSE是测量的公共参考端，AIGND是系统的地。

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MUXCH0+CH1+CH2+Amplifier+-VmCH15+AISENSEAIGND图 3.12 十六通道NRSE测量系统

3.2.8选择合适的测量系统

两种信号源和三种测量系统一共可以组成如表3.1的六种连接方式：

表3.1 测量系统连接方式

DEF RSE NRSE 接地信号 浮动信号 ☆ ☆ ☆ ☆☆ ☆ 其中，推荐使用带☆号的方式。从上表可以看出，浮动信号和差分连接方式的系统较好。但实际测量时还要看情况而定。

1）测量接地信号

测量接地信号最好采用差分或NRSE测量系统。如果采用RSE测量系统时，将会给测量结果带来较大的误差。图3.13体现了一个用RSE测量系统去测量一个接地信号源的弊端。在本例中，测量电压Vm是测量信号电压Vs和电位差DVg之和，其中DVg是信号地和测量地之间的电位差，这个电位差来自于接地回路电阻，可能会造成数据错误。一个接地回路通常会在测量数据中引入频率为电源频率的交流和偏置直流干扰。一种避免接地回路形成的办法就是在测量信号前使用隔离方法，测量隔离之后的信号。

如果信号电压很高并且信号源和数据采集卡之间的连接阻抗很小，就可以采用RSE系统，因为此时接地回路电压相对于信号电压来说很小，信号源电压的测量值受到接地回路的影响可以忽略。

＋＋Vs－＋－DVg=＋Vs－＋DVg－－Vm=Vs+DVg信号地测量系统参考地

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图3.13 RSE测量系统测量浮动信号

2）测量浮动信号

测量浮动信号可以采用DEF、RSE、NRSE方式测量浮动信号。在差分测量系统中，应首先保证相对于测量地的信号的共模电压在测量系统设备允许的范围之内。如果采用差分或NRSE测量系统，放大器输入偏置电流会导致浮动信号电压偏离数据采集卡的有效范围。为了稳住信号电压，需要在每个测量端与测量地之间连接偏置电阻，如图3.14所示。这样就为放大器输入到放大器的地提供了一个直流通路。这些偏置电阻的阻值应该足够大，这样使得信号源可以相对于测量地浮动。对低阻抗信号源来说，10kΩ到100kΩ的电阻比较合适。

如果输入信号是直流，就只需要用一个电阻将(-)端与测量系统的地连接起来。然而如果信号源的阻抗相对较高，从免除干扰的角度而言，这种连接方式会导致系统不平衡。在信号源的阻抗足够高的时候，应该选取两个等值电阻，一个连接信号高电平(+)到地，一个连接信号低电平(-)到地。如果输入信号是交流，就需要两个偏置电阻，以达到放大器的直流偏置通路的要求。

＋＋－－信号地图3.14 测量浮动信号

测量系统参考地

总的来说，不论测量接地还是浮动信号，差分测量系统是很好的选择，因为它不但避免了接地回路干扰，还避免了环境干扰。相反，RSE系统却允许两种干扰的存在，在所有输入信号都满足以下指标时，可以采用RSE测量方式：输入信号是高电平(一般要超过1V)；连线比较短(一般小于5米)并且环境干扰很小或屏蔽良好；所有输入信号都与信号源共地。当有一项不满足要求时，就要考虑使用差分测量方式。

值得注意的一点是信号源的阻抗大小。电池、RTD、应变片、热电偶等信号源的阻抗很小，可以将这些信号源直接连接到数据采集卡上或信号调理硬件上。直接将高阻抗的信号源接到插入式板卡上会导致出错。为了更好的测量，输入信号源的阻抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配。

3.3数据采集卡的选择

数据采集板卡的性能与众多因素相关，要根据具体情况来具体分析。所以在选择数据采集卡构成系统时，首先必须对数据采集卡的性能指标有所了解。 3.3.1数据采集卡的主要性能指标

1）采样频率 采样频率的高低，决定了在一定时间内获取原始信号信息的多少，为了能够较好的再现

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