NI信号调理基础教程.pdfVIP

利用信号调理将您的测量精度提高10 倍 对于许多真实世界的应用来说，您必须利用传感器测量环境或结构参数，例如温度或振动。反过 来，这些传感器需要在数据采集设备有效且精确地测量信号之前进行信号调理。信号调理提供了 不同于孤立数据采集设备的独特特性，因为它提高了数据采集系统的性能和测量精度。 目录： • 数据采集系统 • 我如何才能提高数据采集系统的精度？ • 我应该如何选择正确的数据采集系统？ • SCXI – 高性能信号调理 • SCC – 低价位单通道信号调理 • SC 系列 – 集成信号调理功能的数据采集设备 • FieldPoint/Compact FieldPoint – 集成信号调理功能的分布式数据采集设备 数据采集系统 随着现代数据采集设备的速度和精度要求越来越高，因而很容易就忽视了对信号调理的需要。虽 然插入式DAQ 设备专门精确地测量电压信号，但是电压仅仅是许多现代测量和自动化应用所要 的众多I/O 类型中的一种。许多现有的数据采集系统也必须从那些检测物理、化学、或机械现象 的传感器中测量信号。虽然其中一些此类的传感器，例如RTD 和应变计，必须具有信号调理来 返回任何测量，但是它们都需要调理才能返回精确的测量值。 虽然数据采集设备日益变得越来越复杂，但是数据采集的基本原理仍然相同——您必须连接到信 号，应用必需的信号调理，对信号数字化，和显示数据。了解了这些，那么所有数据采集系统的 三个重要的组件就是： • 信号调理 （调理信号/传感器） • 数据采集设备 （将调理的信号数字化） • 软件（用来分析，记录，和显示所得到的信号数据） 图1、数据采集系统构成 021• 800-820-3622 • @ • /china National Instruments 最容易被忽视，但却是根本上最重要的组件就是信号调理。世界上绝大部分可测量信号必须使用 传感器进行检测，而大部分传感器需要数据采集设备具备一些信号调理功能来精确地读取信号。 因而，一个数据采集系统不仅要结合数字化仪和应用软件，还要包含紧密集成的信号调理硬件。 我如何才能提高数据采集系统的精度？ 各种各样的应用都使用数据采集设备。在实验室，在现场服务，以及在生产车间，这些设备用作 通用的测量工具，且很好地适用于测量电压信号。然而，对于许多真实世界的应用，您必须利用 传感器测量环境或结构参数，例如温度或振动。这些传感器反过来需要在数据采集设备有效且精 确地测量信号之前进行信号调理。信号调理提供了不同于孤立数据采集设备的独特特性，因为它 提高了数据采集系统的性能和测量质量。 为了说明信号调理的必要性，考虑一个热电偶的例子。为了精确地测量热电偶信号，您必须提供 放大、滤波、和冷端补偿。放大是必需的因为信号的幅度较小，并且您必须将它放置在与热电偶 尽可能近的地方，从而提高信噪比。虽然放大有助于减少信号上的噪声影响，您也必须提供滤波 来去除来自于电线和其他电子设备的环境噪声。冷端补偿也是十分必要的，用来补偿那些存在于 热电偶测量端和数据采集设备端之间的任何温度差。信号调理的实效就是极大地提高精度，如图 2 所示。图表比较了25 °C 时的热电偶测量结果，一个是使用NI SCXI-1112 热电偶信号调理模 块，另一个是使用具有一个用于冷端补偿的温度传感器的旋钮终端连接头模块——SCB-68。 SCXI-1112 模块达到0.3 °C 的精度，而SCB-68 的精度只有5.0°C。所以，SCXI-1112 信号调 理模块使得热电偶测量精度比相应的终端模块提高了10 多倍，这正是源于预放大，低通滤波， 和更为精确的温度传感器。 图2、SCB-68 旋钮终端连接模块 图3、SCXI-1112 热电偶信号调理仪 021• 800-820-3622 • @ • /china National Instruments 图4、这一精度的比较表明SCXI-1112 信号调理模块提供±0.3 °C 的精度，而使用经校准输入的 SCB-68 终端模块提供±5.0 °C 的精度。 许多关键的信号调理技术用于提高数据采集系统的精确度和性能： • 放大－放大器通过提高输入信号的幅度来更好的匹配数字化仪的输入电压范围，从而提 高了小信号测量的精度和灵敏度，进而提高了测量的分辨率和灵敏度。虽然因为这个原