学习笔记 | 数据采集系统基本结构及参数

数据采集系统基本结构及参数

引言

最近意识到关于数据采集相关的参数还没有一个比较明确的意识，所以对其进行学习，记下了一部分笔记，以供日后参考。

数据采集系统结构框图

首先我们来看一下一个典型的数据采集系统的结构框图，如下图所示：

有了数据采集系统的结构框图，我们就来看一下在数据采集系统中一些常见的参数的意义和作用。

1.通讯接口

通讯接口指采集设备与电脑的连接方式，常用的有如下几种：

① PCI\PCI-E: 采集板卡直接插入电脑的PCI\PCI-E插槽。
② LAN\WLAN: 通过有线或无线网络通讯。

2.输入类型

1）接口类型

① BNC:

BNC接头是监控工程中用于摄像设备输出时导线和摄像机的连接头。
有别于普通15针D-SUB标准接头的特殊显示器接口。
由RGB三原色信号及行同步、场同步五个独立信号接头组成。

② Micro-BNC:

③ LEMO:

④ 并口:

并行接口，指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。
数据的宽度可以从1～128位或者更宽，最常用的是8位，可通过接口一次传送8个数据位。
在计算机领域最常用的并行接口是通常所说的LPT接口。

2）输入信号

指输入通道接口支持的输入信号类型或传感器类型：

① 电压: 数据采集系统通常采集的是电压信号，并将电压信号做数字采样。
② 电荷: 采集电路内部内置电荷放大器，可直接接电荷信号。

3）其他

① IEPE\ICP:

指自带电荷\电压放大器的加速度传感器，因放大和调理电路靠近传感器，所以有更好的抗噪声性能。
使用时需要采集设备供电，要确认采集设备的供电电流和传感器的要求是否匹配。
ICP是注册商标，特指由PCB生产的IEPE传感器。

② TEDS:

具有TEDS芯片的传感器，其内部存储了传感器厂家、型号和灵敏度等常用信息，可简化参数配置过程

3.模拟电路

1）输入阻抗

输入端阻抗，因为数采模拟电路采集的通常是电压信号，因此输入阻抗越大，对输入信号的要求就越低、采集效果越好。

2）单端与差分

单端与差分指信号的传输方式：

①单端

②差分

差分是将单端信号变为两个信号，其中一个与原信号相同，另一个与其相反，最终结果为两者之差，这样得到的信号可以有效抑制共模干扰，更适合长距离传输。

3）抗混叠滤波

滤除高于采样频率一半的信号的模拟滤波器。

4）高通滤波

接入的信号通常带有一定的偏置，内置高通滤波，可以方便的去除这部分低频信号。但是也需要结合实际的测试需求选择是否使用高通滤波功能。

4.数字电路

1）量程

信号的测量范围

2）ADC位数

模数转换ADC芯片的位数，位数越高采集到的信号的分辨率越高。

3）最大采样率

指ADC芯片的支持的最高采样率

4）动态范围

采集到信号的最大值与最小值之比，ADC的动态范围通常由芯片的位数决定，即20*log10(2^N)，其中N为芯片的位数。例：通常24位芯片为144dB，32位芯片为192dB。

5.电源

电源指设备的供电方式。

①交流供电：大型的采集设备通常为交流直接供电
②直流供电：一些便携式的采集设备，因为没有内置电源转换设备，需要使用直流供电，但此类设备一般会提供与笔记本电源类似的转换器。
③POE（有源以太网）供电：通过网线由POE电源供电。

参考文档

1.中谱科技-数采系统常用技术参数说明
链接: https://www.zptest.com/2020/03/18/technical_parameter/
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