第三章 数据采集与处理技术精要.ppt

高压脉冲测试 大多数的电网都通过塔架上的电缆来传送电能. 其暴露在野外，经常遭受雷击，进而可能损坏变电站的设备. 元器件的损坏将导致部分电力分配能力的损失，并耗费高昂的修理费用. 变压器，电涌放电器，绝缘体和开关设备的测试 对于质量校准过程和保证元件的承受力是非常重要的. 电力开关设备测试 开关设备测试 是一个巨大的挑战, 要求特殊的 硬件和软件 才能产生精确可靠的测试结果. 硬件的挑战包括绝缘，放大器漂移，噪声和抗电磁干扰和需要电池操作等。软件挑战包括数据完整，重复性和可靠性等。例如核电备用柴油机的测试。 零区测试 零区 (CZ) 指的是在高功率断路器上的中断现象. 现在不可能通过中断高压电路来进行，而是通过其他方式，如电弧. 所有的电路中断器都通过移除相互之间的接触来完成，这样接触之间产生电弧. 零区现象 是压力，温度，离子密度，等离子流等的指标. 零区测试 用来了解电弧现象以及确定成功的电流中断的主要参数。 爆炸和火工品测试： 航天器上使用了大量的火工装置来完成特定的功能,它们在动作时会引起强烈的高频冲击环境,对航天器上的仪???器设备产生不利的影响。火工品，爆炸和冲击波测试中，由于其在非常短的时间内压力等测量值会产生极大地变化，因此需要极高的采样率。很多测试中需要采用20-100MS/s的采样速率。 * 第三章信号采集与信号调理技术 3.5 数据采集系统的设计 数据采集系统概述 信号调理 传感器 / 信号 数据采集硬件 I/O 数据采集软件 总线 典型的数据采集系统硬件架构 数据采集硬件可以将PC变为一个自动化系统 部分常用的数据采集设备类型 实验室、工业环境使用 基于PCI/PXI接口 往往需要外接端子和线缆 便携式/远距离 USB，Ethernet接口 教学实验与学生练习 如ELVIS 、myDAQ 除了数据采集硬件电路之外还集成了其他一些功能，如数字万用表、可编程电源等 举例: 基于PXI平台的数据采集 PXI控制器及机箱 (可大致理解为PC) 接线端（前面凸出部分） 信号调理与数据采集（接线端后面） 举例: 用于教学实验的NI ELVIS 一种集成了12种仪器的教学实验设备 安装NI-ELVIS驱动后可通过ELVIS软面板实现这些功能 同时也可看做是一种基于USB总线的多功能数据采集设备 用于学习虚拟仪器（尤其是数据采集）的相关编程技术 USB总线 （注意: 不是前面所说的传输电缆） 接线端+传输线缆+ 数据采集设备 PC 数据采集系统基本组成 数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。 图1.1 数据采集系统硬件基本组成 3.5.1 数据采集系统结构形式的确定 常见的数据采集形式有以下几种： 单通道数据采集系统 多通道并行数据采集系统 多通道同步型数据采样系统 多通道共享采样/保持器与A/D转换器 多通道数据采集系统的几种结构形式 每个通道都有各自独自的采样保持器与A/D转换器，这种结构形式可以对各通道输入信号进行同步、高速数据采集。 多通道A/D转换 各通道有各自独立的采样保持器，但公用一个A/D转换器。通过多路开关分，对各路信号分时进行A/D转换。能够实现多路信号的同步采集，但采集速度稍慢。 单通道共享A/D转换器 多通道数据采集系统的几种结构形式 各通道公用一个采样保持器和A/D转换器。工作时，通过多路开关将各路信号分时切换，输入到公用的采样保持器中，实现多路信号的分时采集，而非同步采集。并且采集速度最慢。优点是节省硬件成本，适于对采集速度要求不高的应用场合。 多通道共享采样保持器与A/D转换器 3.5.2 系统参数设计和器件选择 数据采集系统的主要技术指标： 被采集信号的特点 系统响应时间 系统分辨率 系统的精度 数据采集系统的主要技术指标 1.系统分辨率：数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。通常用最低有效位值（LSB）占系统满刻度信号的百分比表示，或用系统可分辨的实际电压数值来表示。有时也用信号满刻度值可以划分的级数来表示。 位数 级数 1 LSB（满度值的百分数） 1 LSB（10V满度） 8 256 0.391% 39.1mV 12 4096 0.0244% 2.44 mV 16 65536 0.0015% 0.15 mV 20 1048576 0.000095% 9.53 uV 240.0000060% 0.60 uV 表1.1 系统的分辨率（满度值为10 V） 数据采集系统的主要技术指标 2.系统精度：当系统工作在额定采集速率下，每个离散子样的转换精度。 模数转换器的精度是系统精度的极限值。 系统精度是系统的实际输出值与理论输出值之差，它是系统各种误差的总和。通常表示为满度值的百分数。 3.采集速