第六章试验数据采集数据采集是将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应该尽可能采用高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。6.1测试信号的采样传感器所输出的信号，大多数是模拟量，为了能送到计算机中进行处理，需将其转换成数字量，将连续的模拟信号转换成数字量的过程称为采样。A/D转换器是采样的常用工具。为了使经采样后的数字量能反映原模拟信号的全部信息，需对采样的时间间隔或称采样周期做出规定，即香农(Shannon)采样定律。一、采样定律设传感器输出的连续信号为，如果对大于某一频率fc的所有频率，函数x(t)的傅立叶变换均为零，那么，当采样时间间隔△t满足时，连续时间函数x(t)可以由下式唯一确定。式中：n=0，±1，±2，···；为第n点即t=nt△的函数值xn采样定律表明，x(t)只要满足时有X(f)=0，则以采得的离散序列{xn}能完全表征连续函数x(t)。因此，采样定律提供了选择采样间隔的准则。若以fs表示采样频率，则。cft21tnttntttnxttxn)(sin)()()(tnxtntcff＞cft21csftf21二、采样方式基本采样方式可分为两大类：实时采样(Real-Timesampling)和等效时间采样(Equivalent-TimeSampling)。对于实时采样，当数字化一开始，信号波形的第一个采样点就被采样并数字化。然后，经过一个采样间隔，再采入第二个子样，这样一直将整个信号波形数字化后存入波形存储器。实时采样的优点在于信号波形一到就采入，因此适应于任何形式的信号波形，重复的或不重复的，单次的或连续的。又由于所有采样点是以时间为顺序，因而易于实现波形显示功能。实时采样的主要缺点是时间分辨率较差，每个采样点的采入、量化、存储等必须在小于采样间隔的时间内完成。若对信号的时间分辨率要求很高。那么实现起来就比较困难。等效时间采样技术可以实现很高的数字化转换速率，但这种采样方式的应用前提是信号波形是可以重复产生的。由于波形可以重复取得，故采样可以用较慢的速度进行。采样的样本可以是时序的（步进、步退、差额），也可以是随机的。这样就可以把许多采集的样本合成一个采样密度较高的波形。一般也常将“等效时间采样”称为“变换采样”。6.2计算机数据采集系统计算机数据采集系统主要由多路模拟开关(MUX)、采样保持器（SHA)、模数转换器(A/D)等组成，如图6-1所示。图6-1微型计算机化的数据采集系统一、多路模拟开关(MUX)在工程测试中，经常会遇到多路数据采集的问题，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、采样/保持和A/D等环节，不仅成本会成倍增加，还会导致系统体积庞大以至于从结构上无法实现,如128路信号的采集。因此，除少数特殊情况外，常采用公共的采样保持及A/D转换电路，而要实现这种设计，就需采用多路模拟开关。多路模拟开关的主要作用是把多个模拟量参数分时地接通送到A/D转换器，即完成多到一的转换。随着大规模集成电路的发展，各厂家巳推出各种各样的多路模拟开关。多路模拟开关的通道数有4路、8路和36路等。由于组成多路开关的电路不同，多路模拟开关又分为TTL、CMOS和HMOS等多种不同的结构形式。多路模拟开关的选用应考如下一些因素：1）对于信号电平较低场合，可选用低压型多路模拟开关，但需有严格的抗干扰措施。2）在切换速度要求高、路数多的情况下，应尽可能选用单片即能完成的模拟开关，因为这样可使每路特性参数基本一致；在使用多片组合时，也宜选用同一型号的芯片以尽可能使每个通道的特性一致。3）在选择多路模拟开关的速度时，要考虑到与后级设备速度的匹配，通常多路模拟开关的速度应略高于采样保持放大器和A/D的速度。4）在使用高精度采样保持放大器和A/D进行精密据采集时，应充分考虑模拟开关的传输精度。多路模拟开关在数据采集系统中，主要用作通道选择。二、采样保持器(SHA)如果直接用A/D对模拟量进行转换，则应考虑到任何一种A/D都需要有一定的时间来完成量化及编码的操作。在...
