北京魯科數(shù)據(jù)科技有限公司主營(yíng)：高速數(shù)據(jù)采集

高速數(shù)據(jù)采集時(shí)，遇到“混疊”和“幅度分辨率不足”怎么辦？

在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，重要的是要注意一些常見(jiàn)的設(shè)置問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費(fèi)時(shí)間。本文將對(duì)“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個(gè)問(wèn)題提供深入解答。

混疊，采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問(wèn)題。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來(lái)，由于輸入信號(hào)采樣不足而引起的混疊問(wèn)題就一直存在。采用較的數(shù)據(jù)儀器，如數(shù)字化儀和數(shù)字示波器，根據(jù)采樣定理，要求模擬信號(hào)的采樣頻率大于輸入端存在的較高頻率分量的兩倍。如果不滿(mǎn)足這個(gè)條件，就會(huì)產(chǎn)生混疊。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通常包含大大超過(guò)模擬帶寬的較大采樣率。通過(guò)將其與長(zhǎng)采集存儲(chǔ)器相結(jié)合，這些數(shù)字化器較小化了這個(gè)經(jīng)典問(wèn)題。 但是，用戶(hù)應(yīng)該注意混疊，尤其是在將采樣率編程為較低速度時(shí)。

采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿(mǎn)足或超過(guò)采樣定理的規(guī)則，則可以重建信號(hào)而不丟失任何信息。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其較大頻率的兩倍，則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會(huì)產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形。

幅度分辨率不足

數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號(hào)的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC的分辨率是用于數(shù)字化輸入樣本的比特?cái)?shù)。對(duì)于一個(gè)n位ADC，可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此，一個(gè)12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級(jí)。較小有效位(lsb)表示可以檢測(cè)到的較小間隔，對(duì)于12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器，較小有效位為1/4096或2.4 x 10-4。為了將lsb轉(zhuǎn)換成電壓，我們?nèi)?shù)字化儀的輸入范圍除以2，提高到數(shù)字化儀的分辨率。

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數(shù)據(jù)采集模塊跟數(shù)據(jù)采集卡有什么區(qū)別？

在產(chǎn)品概述方面。

（1）起源。為了滿(mǎn)足IBM-PC機(jī)及其兼容機(jī)用于數(shù)據(jù)采集與控制的需要，國(guó)內(nèi)外許多廠(chǎng)商生產(chǎn)了各種各樣的數(shù)據(jù)采集板卡（或I/O板卡）。這類(lèi)板卡均參照IBM-PC機(jī)的總線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，用戶(hù)只要把這類(lèi)板卡插入IBM-PC機(jī)主板上相應(yīng)的I/O擴(kuò)展槽中，就可以迅速方便地構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，從而大大節(jié)省了硬件的研制時(shí)間和投資，又可以充分利用IBM-PC機(jī)的軟硬件資源，還可以使用戶(hù)集中精力對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理中的理論和方法進(jìn)行研究、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及程序的編制等。

（2）分類(lèi)。

基于PC總線(xiàn)的板卡種類(lèi)很多，其分類(lèi)方法也有很多種。按照板卡處理信號(hào)的不同可以分為模擬量輸入板卡(A/D卡)、模擬量輸出板卡(D/A卡)、開(kāi)關(guān)量輸入板卡、開(kāi)關(guān)量輸出板卡、脈沖量輸入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多個(gè)功能，如數(shù)字量輸入/輸出板卡將模擬量輸入和數(shù)字量輸入/輸出集成在同一張卡上。根據(jù)總線(xiàn)的不同，可分為PXI/CPCI板卡和PCI板卡。

還有其它一些I/O板卡，如智能接口卡、虛擬存儲(chǔ)板（電子盤(pán)）、信號(hào)調(diào)理板、（接線(xiàn)）端子板等，這些種類(lèi)齊全、性能良好的I/O板卡與IPC配合使用，使系統(tǒng)的構(gòu)成十分容易。

（3）主要類(lèi)型。

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類(lèi)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€(xiàn)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)較高的精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)（如485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線(xiàn)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。

數(shù)據(jù)采集卡功能

許多場(chǎng)合都要用到計(jì)數(shù)器，如定時(shí)、產(chǎn)生方波等。計(jì)數(shù)器包括三個(gè)重要信號(hào)：門(mén)限信號(hào)、計(jì)數(shù)信號(hào)、輸出。門(mén)限信號(hào)實(shí)際上是觸發(fā)信號(hào)使計(jì)數(shù)器工作或不工作；計(jì)數(shù)信號(hào)也即信號(hào)源，它提供了計(jì)數(shù)器操作的時(shí)間基準(zhǔn)；輸出是在輸出線(xiàn)上產(chǎn)生脈沖或方波。計(jì)數(shù)器很重要的參數(shù)是分辨率和時(shí)鐘頻率，高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)更多的數(shù)；時(shí)鐘頻率決定了計(jì)數(shù)的快慢，頻率越高，計(jì)數(shù)速度就越快。

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