数据采集与处理-01.pptxVIP

数据采集与处理;课程简介（1）;课程简介（2）;参考书;参考书;课程安排;第一章 绪论;第一章 绪论;l 现代数据采集技术和计算机系统是密切相连的。计算机技术、微电子技术的发展对数据采集和处理技术的发展起了巨大的推动作用。;现代测试系统发展特点;现代测试系统发展特点;数据采集系统组成框图;遥测数据采集系统;网络化数据采集系统;l 模拟输入信号(Analog input signal ，即在时间上与幅值上连续变化的信号，首先经过一个预采样滤波器，然后采样器每隔一个采样时间读出一次数据，再由模数转换器ADC量化为二进制数码，成为计算机可以接受的数字信号 (Digital Signal)。;l 模拟输入信号的采样脉冲(Sampling Impulse)应做的很窄，以便在采样脉冲空余时间可以进行多路复用。 l 在计算机内进行数字信号处理(Digital Signal Processing)后，再利用数/模转换器DAC， 将数字信号转换成模拟信号。在这个转换过程中，二进制数码首先转换成为连续的时间脉冲，脉冲之间的空隙再经过“再建平滑滤波器”来填充平滑以恢复为模拟信号(Recovery of Analog Signal)。;12/6/2019; 二进制位数;1.2 采样频率的选取;l 实际上，为保证信号质量，选用的采样频率经常大于采样定理所指出的最小的采样频率，而选用信号最高频率的3倍到4倍。工程上有时取到10倍。例如当模拟信号的最高频率为5kHz，理论上的最小采样频 率应为每秒内取1万个采样值，而实际数据采集系统考虑到硬件的一些限制还要选得更高一些。;通常我们称采样频率的一 半为奈奎斯特频率。实质上，它是信号频带宽度所对应的数字，即由采样所决定的最高频率分量。;fs;l 如果采样频率不够高，将会产生 “混叠”（Alias）现象。例如，如果对包括从直流到5kHz的输入信号按6kHz的采样频率采样，显然采样频率太低，不足以保证信号的恢复。如果试图恢复原来的信号，则原信号5kHz的频率分量将变为1kHz的信号，而成为一个误差信号。;信号频率 5KHz;l “混叠”（Alias）现象一般表现为信号频率和采样频率之间的差频（差拍）所引起的伪信号。;l 一般的说，当按某频率对一个信号（或信号带）进行采样时 ，会在重建的波形中出现“和 频”及“差频”两种??量。“和频”在所关心的频带外，很容易将它滤掉。“差频”也要设法滤掉，即不让它们落在我们所关心的频带之内。;计算混频偏差公式：;l 假设采样频率 fs 是 100Hz, ，信号中含有 25 、 70 、 160 、和 510 Hz 的成分。采样的结果将会是低于奈奎斯特频率（ fs/2=50 Hz ）的信号可以被正确采样。而频率高于 50Hz的信号成分采样时会发生畸变。分别产生了 30 、 40 和 10 Hz 的畸变频率F2 、 F3 和F4 。;l 混频偏差F2 = |100 – 70| = 30 Hz;低通滤波器;12/6/2019;1.3 采样方式的讨论;l 这样一直将整个信号波形数字化后存入波形存贮器。实时采样的主要优点在于信号波形一到就采入，因此适用于任何形式的信号波形，重复的或不重复的。又由于所有采样点是按时间顺序，因而易于实现波形显示功能。;12/6/2019;l “实时采样”的主要缺点是速度分辨率较差。每个采样点的采入、量化、存贮，必须在小于采样间隔的时间内全部完成 。若对信号的时间分辨率要求;l 在数据采集中，“实时采样”除了通常使用的“定时采样”(即“等间隔采样”) 外，还可使用“变步长采样”，即“等点采样”这种采样方法不论被测信号频率为多少，一个信号周期内均匀采样的点数总共为N个。由于采样信号周期随被测信号周期变化，故通常称为“变步长采样”。;l “变步长采样”既能满足仪器精度的要求，又能合理地使用仪器计算机内存单元，还能使增强仪器功能所要求的数据处理软件的设计大为简化。 l “实时采样”的特例为“扫描转换技术”，又称为闪光转换。扫描转换以快速采样的办法采集信号波形，然后用一段时间成批地处理所有样本的转换。显然，这不是一种连续进行的数字化技术。;l “等效时间采样”技术可以实现很高的数字化转换速率。然而，这种技术要求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 （相对于信号）较慢速度进行。采样的样本可以是时序的（步进、步退、差频），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”。;12/6/2019;采样方式的分类;1.4 量化过程与量化噪音;12/6/2019;l 量化电平（Quantized Level）定义为满量程电压（或称满度信号值） FSR（Full Scale Rang