数据采集知识点总结

布满荆棘的人生 2022-06-10 12:39 522阅读 1赞

## 一、采集卡的选择 ##

1、通道数

通道数选择根据需求来选择，看实际应用过程中需要多少AI/AO或者DI/DO的个数来定。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。

2、采样率

采样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。如NI USB4431采集卡每个通道的采样率为102.4kS/s，通俗点讲就是每秒可以采集102.4k个样本点

3、采集卡分辨率

分辨率是指进行模数转换的位数，位数越多，分辨率就越高，可区分的最小电压就越小，数字化信号才能有足够的电压分辨能力，才能比较好的恢复原始信号。

如：采集卡的分辨率为16位，可以将模拟输入电压量化为2^16（65536）份，

4、编码宽度

编码宽度是指数据采集设备上可用的量程、分辨率和增益共同决定的最小可探测的电压变化，通俗点讲就是电压的最小分辨率，此电压变化代表了数字值上的最低有效位1（LSB），也常被称为编码宽度。理想的编码宽度为电压范围除以增益和2的分辨率次幂的乘积。如一采集卡16位分辨率，电压范围-0~10V，增益为100时，其理想编码宽度为1.5uv，也就是说能够识别最小1.5uv电压变化，计算公式如下：

![数据采集卡知识－（1）][1]

我们在选择采集卡时，常常会看到数据采集设备具有16位分辨率的ADC和100 kS/s采样率这样基本指标，但是有可能无法在16个通道上进行全速采样，或者得不到满16位的精度。目前市场上某些带有16位ADC的产品所得到的有效数据要低于12位，所以在确定产品是否能满足需求的情况下，请仔细审查那些超出产品分辨率的技术指标。

## 二、模拟信号测量模式 ##

模拟信号的测量模式跟通道的设置有很大的关联，有以下三种模式：

1）差分（differential）：理想差分测量仅能测出正负输入端口之间的电位差，完全测不会测量到共模电压；

2）RSE：参考地单端（referenced single-ended）；

3）NRSE：无参考地单端；

一般在选型时根据需要来选择，测量浮动信号时，可用DIFF、RSE、NRSE；测量接地信号最好采用DIFF或NRSE，若采用RSE则会引入接地回路电压，可能会造成数据错误。总之不论测量接地信号还是浮动信号，差分测量均是最好的选择。

## 三、触发方式 ##

触发方式可以分为软件触发和硬件触发。硬件触发一般均以外部触发为主。许多数据采集的应用过程需要基于一个外部事件来启动或停止一个数据采集的工作。比如光电开关、接近开关、霍尔开关等传感器，检测零件是否到达预期位置。软件触发主要利用相关算法计算检测被测对象相关的阈值进行判断是否触发。这种方法复杂且不可靠，比硬件触发耗时。

就触发信号类型可以数字信号触发与模拟信号触发。数字触发使用外部数字脉冲来同步采集与电压生成。模拟触发主要用于模拟输入操作，当一个输入信号达到指定模拟电压值时，根据相应变化方向来启动或者停止数据采集操作。

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