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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高速數(shù)據(jù)采集卡選項(xiàng)

大多數(shù)線路頻率測(cè)量是由基本的從50-400HZ頻率組成，因而一個(gè)高速數(shù)據(jù)采集卡的帶寬要求并不是很高。如果有興趣做傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量，那么容納達(dá)到功率基波的第40個(gè)諧波而沒(méi)有明顯失真的能力是非常有用的。這個(gè)對(duì)帶寬的要求將在20KHZ或者更高。

高速數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)該有足夠充分的振幅分辨率來(lái)補(bǔ)償電源線的高階諧波，12到16bit能夠滿足。

通道數(shù)量取決于要做單端還是差分測(cè)量。差分測(cè)量進(jìn)行每一次測(cè)量會(huì)結(jié)合兩個(gè)通道。對(duì)于一個(gè)單相，線路測(cè)量，四個(gè)通道能夠產(chǎn)生出兩個(gè)差分通道。對(duì)于每種相位做三個(gè)相位測(cè)量則需要6個(gè)或者更多的通道。假設(shè)三個(gè)差分電壓通道和一個(gè)單端電流通道，那么則需要9個(gè)通道。由于大多數(shù)高速數(shù)據(jù)采集卡提供1到16中的二進(jìn)制級(jí)數(shù)（1/2/4/8/16）個(gè)通道，你可以選擇接下來(lái)更高一級(jí)數(shù)量的通道來(lái)完成測(cè)量工作。

高速數(shù)據(jù)采集卡軟件設(shè)計(jì)，一般具備如下架構(gòu)：

1、硬件層

PCIe高速數(shù)據(jù)采集卡。

2、系統(tǒng)層

高速數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序，處于操作系統(tǒng)層。運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核模式。我們?yōu)榭蛻?hù)提供有SYS驅(qū)動(dòng)文件，及INF驅(qū)動(dòng)程序安裝文件。

驅(qū)動(dòng)程序主要功能是，定義了中斷模式，寄存器訪問(wèn)控制等基本功能。

3、應(yīng)用層

應(yīng)用層分為API接口和應(yīng)用程序。API接口包括：驅(qū)動(dòng)API、圖形API、算法API。隨著行業(yè)深入，API庫(kù)會(huì)更加豐富，更加專(zhuān)業(yè)化。

驅(qū)動(dòng)API接口以動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫(kù)DLL形式提供，DLL運(yùn)行在用戶(hù)模式的應(yīng)用層，API為用戶(hù)提供定義明晰的接口函數(shù)，便于理解，能夠充分發(fā)揮出用戶(hù)的主觀能動(dòng)性，便于用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建屬于自己更的更專(zhuān)業(yè)化的應(yīng)用軟件。

圖形API，封裝了曲線圖控件。便于用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)分析的曲線表示。

算法API，封裝了數(shù)據(jù)分析中常用算法，便于用戶(hù)數(shù)據(jù)分析。