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正確選擇和使用數(shù)據(jù)采集卡

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          價(jià)格：980~~99800元之間

 目前,，在實(shí)驗(yàn)室研究,、科研教學(xué),、國(guó)防建設(shè)、測(cè)試和測(cè)量以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中,，絕大多數(shù)科研人員和工程師使用配有PCI,、PCIe、PXI/CompactPCI,、PCMCIA,、USB、IEEE1394,、ISA,、并行或串行接口的基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。許多應(yīng)用使用插入式設(shè)備采集數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)直接傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中,，而在一些其它應(yīng)用中數(shù)據(jù)采集硬件與PC分離,，通過并行或串行接口和PC相連。

 數(shù)據(jù)采集又稱數(shù)據(jù)獲取(DAQ),，是使用計(jì)算機(jī)測(cè)量電壓,、電流、溫度,、壓力或聲音等電子,、物理現(xiàn)象的過程,從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的,、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng),。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡,，可以通過USB,、PXI、PCI,、PCI Express,、火線(1394),、PCMCIA、ISA,、Compact Flash,、485、232,、以太網(wǎng),、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。

傳感器是室內(nèi)溫度,、光源強(qiáng)度,、或施于物體的壓力等物理現(xiàn)象都通過傳感器進(jìn)行測(cè)量。傳感器,，也被稱為轉(zhuǎn)換器,，能夠?qū)⒁环N物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電子信號(hào)。根據(jù)傳感器類型的不同,，其輸出的可以是電壓,、電流、電阻,，或是隨著時(shí)間變化的其他電子屬性,。一些傳感器可能需要額外的組件和電路來正確生成可以由DAQ設(shè)備準(zhǔn)確和安全讀取的信號(hào)。

圖1典型的基于PC的數(shù)據(jù)采集(DAQ)系統(tǒng)

傳感器和信號(hào)調(diào)理

傳感器感應(yīng)物理現(xiàn)象并生成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可測(cè)量的電信號(hào),。例如,，熱電偶、電阻式測(cè)溫計(jì)（RTD）,、熱敏電阻器和IC傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)槟M數(shù)字轉(zhuǎn)化器（analog-to-digital ,，ADC）可測(cè)量的模擬信號(hào)。其它例子包括應(yīng)力計(jì),、流速傳感器,、壓力傳感器，它們可以相應(yīng)地測(cè)量應(yīng)力,、流速和壓力,。在所有這些情況下,，傳感器可以生成和它們所檢測(cè)的物理量呈比例的電信號(hào),。
為了適合數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入范圍，由傳感器生成的電信號(hào)必須經(jīng)過處理,。為了更精確地測(cè)量信號(hào),，信號(hào)調(diào)理配件能放大低電壓信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離和濾波,。此外,，某些傳感器需要有電壓或電流激勵(lì)源來生成電壓輸出,。圖2顯示了帶有NI SCXI信號(hào)調(diào)理配件的典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖3 傳感器與信號(hào)調(diào)理與機(jī)算機(jī)的連接

圖2 數(shù)據(jù)采集卡采集過程

一,、數(shù)據(jù)采集卡的定義：數(shù)據(jù)采集卡就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備,，其核心就是A/D芯片。 二,、數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)介：在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天,，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁,。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大,。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩,。數(shù)據(jù)采集時(shí),，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決,。假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔Δt時(shí)間采樣一次,。時(shí)
一、數(shù)據(jù)采集卡的定義：
   數(shù)據(jù)采集卡就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備,，其核心就是A/D芯片,。
二、數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)介：
   在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天,，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的,。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大,。實(shí)際采集時(shí),，噪聲也可能帶來一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí),，有一些基本原理要注意,，還有更多的實(shí)際的問題要解決。
假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔Δt時(shí)間采樣一次,。時(shí)間間隔Δt被稱為采樣間隔或者采樣周期,。它的倒數(shù)1/Δt被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒,。t=0,Δt ,2Δt ,3Δt…… 等等,，x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),x(Δt),x(2Δt )都是采樣值,。這樣信號(hào)x(t)可以用一組分散的采樣值來表示：  下圖顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值,。采樣間隔是Δt，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是分散的,。

圖1模擬信號(hào)和采樣顯示

如果對(duì)信號(hào)x(t)采集N個(gè)采樣點(diǎn),，那么x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： 
這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào)x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引,，而不含有任何關(guān)于采樣率（或Δt）的信息,。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率,，缺少了時(shí)間尺度,，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率。
根據(jù)采樣定理,，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍,。反過來說，如果給定了采樣頻率,，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率,，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分,，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變,。圖２顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過低的采樣率進(jìn)行采樣的結(jié)果。
采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同,。這種信號(hào)畸變叫做混疊（alias）,。出現(xiàn)的混頻偏差（alias frequency）是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。

 
圖2不同采樣率的采樣結(jié)果
圖３給出了一個(gè)例子,。假設(shè)采樣頻率fs是100HZ,,，信號(hào)中含有25、70,、160,、和510 Hz的成分。

 
圖３ 說明混疊的例子
采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率（fs/2=50 Hz）的信號(hào)可以被正確采樣,。而頻率高于50HZ的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變,。分別產(chǎn)生了30、40和10 Hz的畸變頻率F2,、F3和F4,。計(jì)算混頻偏差的公式是：
混頻偏差＝ABS（采樣頻率的最近整數(shù)倍－輸入頻率）
其中ABS表示“絕對(duì)值”，例如：
混頻偏差F2 =|100–70| = 30 Hz
混頻偏差F3 = |(2)100–160| = 40 Hz
混頻偏差F4 = |(5)100–510| = 10 Hz
為了避免這種情況的發(fā)生,，通常在信號(hào)被采集（A/D）之前,，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去,。在圖3的例子中,，這個(gè)濾波器的截止頻率自然是25HZ。這個(gè)濾波器稱為 抗混疊濾波器
采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢,？也許你可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率,。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù) 據(jù)太慢,。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的2倍就夠了,，實(shí)際上工程中選用5～10倍，有時(shí)為了較好地還原波形,，甚至更高一些,。
通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理,，例如FFT等,。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本,，希望有5～10個(gè)周期,，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù) 的,。這里又發(fā)生一個(gè)困難,，有時(shí)我們并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率,，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù),，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。我們所有的僅僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù)x(n)和采樣頻率,。這是我們測(cè)量與分析的唯一依據(jù),。
主要類型：
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類型的傳感器,，如壓力的,、溫度的、流量的,、聲音的,、電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜,，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡（模塊）在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,，然后通過各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)（如485、232,、以太網(wǎng),、各種無線網(wǎng)絡(luò)）把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種,，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng),，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境,。
如果是在比較好的現(xiàn)場(chǎng)或者實(shí)驗(yàn)室，如學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室,，就可以使用USB/PCI這種采集卡,。和常見的內(nèi)置采集卡不同，外置數(shù)據(jù)采集卡一般采用USB接口和1394接口,，因此,，外置數(shù)據(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡。

   
T510-數(shù)據(jù)采集卡
數(shù)據(jù)采集卡,，絕大多數(shù)集中在采集模擬量,、數(shù)字量、熱電阻,、熱電偶,，其中熱電阻可以認(rèn)為是非電量（其實(shí)本質(zhì)上還是要用電流驅(qū)動(dòng)來采集）其中模擬量采集卡和數(shù)字量采集卡用得是最廣泛的。
現(xiàn)在市場(chǎng)上有一種二合一采集卡,，二合一,，指的是數(shù)字模擬采集卡，AV+DV采集卡,，數(shù)字,、模擬二合一，數(shù)字輸入輸出,，模擬接口輸入(DV/AV/S-video),。
最后雖然說是采集卡，但實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要它輸出控制信號(hào),。采集卡廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控,、教育課件錄制、大屏拼接,、多媒體錄播錄像,、會(huì)議錄制、虛擬演播室,、虛擬現(xiàn)實(shí),、安檢X光機(jī)、雷達(dá)圖像信號(hào),、VDR紀(jì)錄儀,、醫(yī)療X光機(jī)、CT機(jī),、胃腸機(jī),、陰道鏡、工業(yè)檢測(cè),、智能交通,、醫(yī)學(xué)影像,、工業(yè)監(jiān)控、儀器儀表,、機(jī)器視覺等領(lǐng)域,。

數(shù)據(jù)采集硬件及軟件：

模擬輸入

模擬輸入的基本考慮－在模擬輸入的技術(shù)說明中將給出關(guān)于數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的精度和功能的信息?；炯夹g(shù)說明適用于大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集產(chǎn)品，包括通道數(shù)目,、采樣速率,、分辨率和輸入范圍等方面的信息。
模擬輸出

經(jīng)常需要模擬輸出電路來為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供激勵(lì)源,。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的一些技術(shù)指標(biāo)決定了所產(chǎn)生輸出信號(hào)的質(zhì)量－穩(wěn)定時(shí)間,、轉(zhuǎn)換速率和輸出分辨率。
觸發(fā)器

許多數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用過程需要基于一個(gè)外部事件來起動(dòng)或停止一個(gè)數(shù)據(jù)采集的工作,。數(shù)字觸發(fā)使用外部數(shù)字脈沖來同步采集與電壓生成,。模擬觸發(fā)主要用于模擬輸入操作，當(dāng)一個(gè)輸入信號(hào)達(dá)到一個(gè)指定模擬電壓值時(shí),，根據(jù)相應(yīng)的變化方向來起動(dòng)或停止數(shù)據(jù)采集的操作,。
RTSI總線

北京迪陽(yáng)公司為數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品開發(fā)了RTSI總線。RTSI總線使用一種定制的門陣列和一條帶形電纜,，能在一塊數(shù)據(jù)采集卡上的多個(gè)功能之間或者兩塊甚至多塊數(shù)據(jù)采集卡之間發(fā)送定時(shí)和觸發(fā)信號(hào),。通過RTSI總線，您可以同步模數(shù)轉(zhuǎn)換,、數(shù)模轉(zhuǎn)換,、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出,、和計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器的操作,。例如，通過RTSI總線,，兩個(gè)輸入板卡可以同時(shí)采集數(shù)據(jù),，同時(shí)第三個(gè)設(shè)備可以與該采樣率同步的產(chǎn)生波形輸出。
數(shù)字I/O(DIO)

DIO接口經(jīng)常在PC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用,，它被用來控制過程,、產(chǎn)生測(cè)試波形、與外圍設(shè)備進(jìn)行通信,。在每一種情況下,，最重要的參數(shù)有可應(yīng)用的數(shù)字線的數(shù)目、在這些通路上能接收和提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的速率,、以及通路的驅(qū)動(dòng)能力,。如果數(shù)字線被用來控制事件,，比如打開或關(guān)掉加熱器、電動(dòng)機(jī)或燈,，由于上述設(shè)備并不能很快地響應(yīng),，因此通常不采用高速輸入輸出。
定時(shí)I/O

計(jì)數(shù)器/定時(shí)器在許多應(yīng)用中具有很重要的作用,，包括對(duì)數(shù)字事件產(chǎn)生次數(shù)的計(jì)數(shù),、數(shù)字脈沖計(jì)時(shí)，以及產(chǎn)生方波和脈沖,。您通過三個(gè)計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)所有上述應(yīng)用——門,、輸入源和輸出。

軟件

軟件使PC和數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集,、分析和顯示系統(tǒng),。沒有軟件，數(shù)據(jù)采集硬件是毫無用處的——或者使用比較差的軟件,，數(shù)據(jù)采集硬件也幾乎無法工作,。大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集應(yīng)用實(shí)例都使用了驅(qū)動(dòng)軟件。軟件層中的驅(qū)動(dòng)軟件可以直接對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件的寄存器編程,，管理數(shù)據(jù)采集硬件的操作并把它和處理器中斷,，DMA和內(nèi)存這樣的計(jì)算機(jī)資源結(jié)合在一起。驅(qū)動(dòng)軟件隱藏了復(fù)雜的硬件底層編程細(xì)節(jié),，為用戶提供容易理解的接口,。

完整的測(cè)量系統(tǒng)的搭建：

測(cè)量方案和分析方法的選擇往往很費(fèi)時(shí)間。一旦您設(shè)定了測(cè)量系統(tǒng)的具體規(guī)格,，那就要決定如何百分之百地去執(zhí)行這個(gè)方案,。為了縮短制定系統(tǒng)規(guī)格的時(shí)間，NI為您提供幾種在線資源,。DAQ Designer(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配置指南)是一個(gè)交互式的配置指南,。您可以用它為您特定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選擇最理想的軟硬件產(chǎn)品。您只需簡(jiǎn)單回答有關(guān)您應(yīng)用系統(tǒng)的一些問題(如信號(hào)類型,、通道數(shù),、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作環(huán)境等),DAQ Designer會(huì)為您推薦最符合您要求的軟硬件部件。

第一步：選擇信號(hào)類型

·                                模擬輸入

·                                模擬輸出

·                                數(shù)字I/O

·                                定時(shí)/計(jì)數(shù)器

第二步：選擇每種信號(hào)的通道數(shù)
假設(shè)您的信號(hào)類型是模擬輸入：如電壓,、電流,、熱電偶、RTD,、LVDT,、壓力、應(yīng)變,、擴(kuò)音器等等輸入信號(hào),；
假設(shè)您的信號(hào)類型是數(shù)字I/O：如靜態(tài)數(shù)字輸入,、靜態(tài)數(shù)字輸出、高速數(shù)字輸入,、高速數(shù)字輸出,；
假設(shè)您的信號(hào)類型是計(jì)數(shù)/定時(shí)器：如頻率、瞬時(shí),、事件計(jì)數(shù),、脈沖序列發(fā)生等；
分別填寫所有涉及到的信號(hào)所用的通道數(shù),，并且定義每個(gè)通道中信號(hào)的詳細(xì)屬性,。

第三步：確定測(cè)量系統(tǒng)的工作環(huán)境：

·                                工作溫度

·                                沖擊與震動(dòng)承受度

·                                每個(gè)機(jī)箱的I/O計(jì)數(shù)

·                                循環(huán)速率

第四步：方案推薦——選擇測(cè)量系統(tǒng)平臺(tái)

·                                PCI

·                                PXI

·                                FieldPoint

• 便攜式測(cè)量系統(tǒng)

第五步：結(jié)論
系統(tǒng)會(huì)根據(jù)您所填寫的這些要求從幾百種高速數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中為您選擇最適合您應(yīng)用的軟硬件產(chǎn)品，并顯示整套系統(tǒng)的價(jià)格,。

北京迪陽(yáng)公司：提供各種超高速數(shù)據(jù)采集卡及超高速數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng),。

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