基于labview的溫度采集系統(tǒng)報告畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-15 14:27 本頁面
【文章內容簡介】 [2]，x[3]，…，x[N－l]}這個數(shù)列被稱為信號x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。這個數(shù)列中僅僅用下標變量編制索引，而不含有任何關于采樣率(或△t)的信息。所以如果只知道該信號的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時間尺度，也不可能知道信號x(t)的頻率。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。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。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。圖5和圖6顯示了一個信號分別用合適的采樣率和過低的采樣率進行采樣的結果。圖5 合適采樣率采樣波形圖6 采樣率過低采樣波形采樣率過低的結果是還原的信號的頻率看上去與原始信號不同。這種信號畸變叫做混疊。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對值。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號被采集(A/D)之前，經(jīng)過一個低通濾波器，將信號中高于奈奎斯特頻率的信號成分濾去。理論上設置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的2倍就夠了，但實際上工程中選用510倍，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。 采集系統(tǒng)的一般組成 傳感器傳感器部分是跟外界溝通的門戶，負責把外界的各種物理信息，如光、壓力、溫度、聲音等物理信號變成電信號。因為被測試對象的信號來源已經(jīng)是變換好了的電信號，所以傳感器部分在設計中沒有得到具體體現(xiàn)，但是這部分是設計過程中必需要考慮的。 信號調理從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過調理才能進入數(shù)據(jù)采集設備，信號調理功能包括放大、隔離、濾波、激勵、線性化等。由于不同傳感器有不同的特性，除了這些通用功能外，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設計特殊的信號調理功能。信號調理的通用功能如下：1）放大 微弱信號都要進行放大以提高分辨率和降低噪聲，使調理后信號的電壓范圍和A/D的電壓范圍相匹配。信號調理模塊應盡可能靠近信號源或傳感器，使得信號在受到傳輸信號的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。2）隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免直接的電連接。使用隔離的原因：是從安全的角度考慮；二是隔離可使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。如果數(shù)據(jù)采集卡的地與信號地之間有電位差，而又不進行隔離，那么就有可能形成接地回路，引起誤差。3）濾波 濾波的目的是從所測量的信號中除去不需要的成分。大多數(shù)信號調理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號。另外，某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡自身帶有抗混疊濾波器。4）激勵 信號調理也能夠為某些傳感器提供所需的激勵信號，比如應變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電源或電流激勵信號。很多信號調理模塊都提供電流源和電壓源以便給傳感器提供激勵。5）線性化 許多傳感器對被測量的響應是非線性的，因而需要對其輸出信號進行線性化，以補償傳感器帶來的誤差。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以利用軟件來解決這一問題。6）數(shù)字信號調理 即使傳感器直接輸出數(shù)字信號，有時也有必要進行調理，其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號進行必要的整形或電平調整。大多數(shù)數(shù)字信號調理模塊還提供其他一些電路模塊，使得用戶可以通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字I/O比直接控制電磁閥、電燈、電動機等外部設備。如下是穩(wěn)壓模塊設計，通過輸出+12V驅動信號調理電路進行信號采集。圖8 +12V穩(wěn)壓電源如下是信號調理電路。利用1mA恒定電流通過pt100熱電阻產(chǎn)生相應的電壓再通過低通濾波器濾掉100hz以上的信號。然后輸出到數(shù)據(jù)采集卡進行信號采集。圖9 熱電阻調理電路 輸入信號的類型在進行數(shù)據(jù)采集前，必須對要采集的信號有所了解，因為不同信號的測量方式和對采集系統(tǒng)的要求是不同的，只有了解被測信號，才能選擇合適的測量方式和采集系統(tǒng)。任意一個信號是隨時間而改變的物理量。一般情況下，信號所運載信息是很廣泛的，比如：狀態(tài)(State)、速率(Rate)、電平(Level)、形狀(Shape)、頻率成分(Frequency Content)。根據(jù)信號運載信息方式的不同，可以將信號分為模擬或數(shù)字信號。數(shù)字信號又可分為開關信號和脈沖信號。模擬信號則可分為直流、時域、頻域信號。1）數(shù)字信號(Digital)第一類數(shù)字信號是開關信號(OnOff)，如圖10所示。一個開關信號運載的信息與信號的瞬間狀態(tài)有關。TTL信號就是一個開關信號，就定義它為邏輯高電平，就定義為邏輯低電平。圖10 開關信號第二類數(shù)字信號是脈沖信號(Pulse Train)，如圖11所示。這種信號包括一系列的狀態(tài)轉換，信息就包含在狀態(tài)轉化發(fā)生的數(shù)目、轉換速率、一個轉換間隔或多個轉換間隔的時間里。圖 11 脈沖信號2）模擬信號(Analog)模擬直流信號(DC)是靜止的或變化非常緩慢的模擬信號，如圖12所示。圖 12模擬直流信號直流信號最重要的信息是它在給定區(qū)間內運載的信息的幅度。常見的直流信號有溫度、流速、壓力、應變等。采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號時，需要有足夠的精度以正確測量信號電平。模擬時域信號(Time Domain)運載的信息不僅有信號的電平，還有電平隨時間的變化，如圖13所示。在測量一個時域信號或者說是波形時，需要關注波形形狀的特性，如斜度、峰值等。為了測量一個時域信號，必須有一個精確的時間序列，間隔也要合適，以保證信號的有用部分被采集到。現(xiàn)實中存在許多不同的時域信號，比如心臟跳動信號、視頻信號等，測量它們通常是因為對波形的某些方面的特性感興趣。圖 13 模擬時域信號模擬頻域信號(Frequency Domain)與時域信號類似，但從頻域信號中提取的信息是信號的頻域內容，而不是波形的形狀，也不是隨時間變化的特性，如圖14所示。用于測量一個頻域信號的系統(tǒng)必須有必要的分析功能，用于從信號中提取頻域信息。為了實現(xiàn)這樣的數(shù)字信號處理，可以使用應用軟件或特殊的DSP硬件來迅速而有效地分析信號。模擬頻域信號也很多，比如聲音信號、地球物理信號、傳輸信號等。圖 14 模擬頻域信號現(xiàn)實中的信號并不是互相排斥的，一個信號可能運載有不只一種信息，可以用幾種方式來定義信號并測量它，用不同類型的系統(tǒng)來測量同一個信號，從信號中取出需要的各種信息。 輸入信號的連接方式一個電壓信號可以分為接地和浮動兩種類型。測量
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