数据采集基础知识 PPT课件

x s (nTs ) x(nTs) (t nTs )
n 0

采样定理：连续信号→离散信号
连续时间信号，可以表示为无限多个谐波的叠加。 信号x(t)和频谱X(f)的关系为：

x(t )

i 2ft x ( t ) e dt

X ( f )ei 2ft df
（2-1）
X( f )
（2-2）

由
X( f )
x(nTs )
恢复出 x(t ) ，频谱
X( f )
和采样间隔 Ts 必须满足：
有截止频率(即最高频率) f c ，即当 f f c 时， X( f ) 0 （2-3） 1 1 Ts 或 f c 2T （2-4） 2f
c
s
采样定理：连续信号→离散信号
x(t)
x(t)
0
t
采样/保持
xs(nTs) xs(nTs)
0
Ts 2Ts 3Ts ...
t
量 化
xq(nTs) 4q 3q 2q q
xq(nTs)
编 码
x(n) x(n)
0
Ts 2Ts 3Ts ...
t
计算机
0
001 011 100 010 010 011
t
模拟信号离散化处理时遵循的原则
(1) 采样点增多，占用计算机的大量内存单元，可能会因内存不 够而无法工作； (2) 采样点太少，各采样点之间相距太远，使原始数据值的失真， 信号复原时不能复现原来连续变化的模拟量，从而造成误差。 对模拟信号离散化时，依据采样定理进行。
数据采集：被测对象的各种参量通过各种传感元件经过适当
转换后，经采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制 器进行数据处理或存储记录的过程。 数据采集系统(DAS,DAQ：Date Acquisition System)
2.1 数据采集系统的概念及其结构
数据采集的概念： 将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成为数字量后， 由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称 为数据采集系统。
对采集卡的要求 驱动能力 通1 时间断续-采集信号 • 采样间隔Δt，采样点在时域上是分散的。
2 数值断续：
量化：把采样信号xs(nTs)以某个最小数量单位的整倍数来度量，
这个过程称为量化，量化后信号变换为xq(nTs)。
编码：把量化信号xq(nTs)经过编码，可转换为离散的数字信号 x(n)。
0
t
• 输入信号与输出信号之间的关系表达式:
x s (nTs ) x(t ) T s (t )
x s (nTs ) x(t ) T s (t nTs)
n
式中 x(t)-----采样开关输入的连续模拟信号；
T s ------采样开关控制信号
T---采样周期；τ----采样时间
在满足这两个条件的情况下，由

x(nTs )
恢复 x(t ) 如下：
X ( f ) Ts
n
x(nT )e
s
s
i 2fnTs
x(t )
n
x(nT )

sin

Ts
1 1 , f , 2 T 2 T s s
（2-6）
(t nTs )
第2章 数据采集基础知识
2.1 数据采集系统的概念及其结构 2.2 输入信号类型及其检测
2.3 模拟信号的数字化
2.4 信号调理 2.5 放大器 2.6 多路模拟开关及采样保持器 2.7 A/D、D/A转换
2.8 数据采集设备
2.9 信号调理设备与数据采集设备的通信 2.9 被测信号与数据采集设备之间的连接
模拟时域信号 雷达回波 血压变化 汽车点火波形 对采集卡的要求
模拟频域信号 振动 语音 声呐
DC精度
分辨率 采样频率 精度 触发
分辨率 采样频率 精度 触发
数字信号
on off
t 10t
开关信号 输入： 检测一个开关的打开/闭合 输出： 打开/关闭一个阀门
脉冲队列 输入： 读光编码器的输出信 号 输出： 产生一个方波
分散采集式
•分布式单机数据采集系统的结构
2.1 数据采集系统的概念及其结构
分散采集式
•网络式数据采集结构
2.2 输入信号的类型与检测
信息
on
开/关信号 数字量 脉冲队列
1-
off
t
状态
速率
t
0-
信号
直流信号
0.985
t
幅值
模拟量
时域信号
t
形状
频域信号
f
频率
模拟信号
0.985
t t f
模拟直流信号 温度 压力 流量 应力
2.1 数据采集的基本概念
在科研、生产和日常生活中，对温度、压力、流量、速度、
位移等模拟量进行测量和控制时，需要通过传感器把上述物
理量转换成能够模拟物理量的电信号(即模拟电信号)，将模拟 电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送入计算 机，称之为数据采集。 它是计算机在监测、管理、和控制一 个系统的过程中，取得原始数据的主要手段。
t
t
采样过程可认为是一个脉冲调制过程，采样开关可看做是一个
调制器。这种脉冲调制过程是将输入的连续模拟信号x（t）的 波形转换为宽度非常窄而幅度由输入信号确定的脉冲序列，如 图2-3所示。
x(t)
δTs(t) 0 δTs(t) t x(t)
xs(nTs)
xs(nTs) 0 τ Ts 2Ts 3Ts ... t
被 测 物 理 量
非电量
传 感 器
电信号
信 号 调 理
模拟 信号
数 据 采 集 设 备
数字 信号
计 算 机
图2.1数据采集系统结构图
微机测控系统
2.1 数据采集系统的概念及其结构
集中采集式
•多路分时采集分时输入结构
2.1 数据采集系统的概念及其结构
集中采集式
•多路同步采集分时输入结构
2.1 数据采集系统的概念及其结构
2.3.2 采样过程及采样定理
采样过程:把时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期
性开闭（周期为Ts，开关闭合时间为τ）的采样开关S之后，在
开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号 ，把这一过程称 为模拟信号的数字化过程，也称为采样过程。
x(t)
δTs(t)
xs(nTs)
x(t) 0
xs(nTs) 0 τ Ts 2Ts 3Ts ...
（2-7）

Ts
(t nTs )
采样定理：连续信号x(t)的频谱为X(f)，以采样间隔Ts采样得 到的离散信号为x(nTs)。如x(t)和X(f)满足条件式(2-3)和式(2-4)，