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　　·信号调理

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　　个人电脑 (PC)

　　数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的速度，而当今的技术已可以使用 Pentium 和 PowerPC 级的处理器，它们能结合更高性能的 PCI 、 PXI/CompactPCI 和 IEEE1394 （火线）总线以及传统的 ISA 总线和 USB 总线。 PCI 总线和 USB 接口是目前绝大多数台式计算机的标准设备，而 ISA 总线已不再经常使用。随着 PCMCIA 、 USB 和 IEEE 1394 的出现，为基于桌面 PC 的数据采集系统提供了一种更为灵活的总线替代选择。对于使用 RS-232 或 RS-485 串口通信的远程数据采集应用，串口通信的速率常常会使数据吞吐量受到限制。在选择数据采集设备和总线方式时，请记住您所选择的设备和总线所能支持的数据传输方式。

　　计算机的数据传送能力会极大地影响数据采集系统的性能。所有 PC 都具有可编程 I/O 和中断传送方式。目前绝大多数个人电脑可以使用直接内存访问（ Direct memory access ， DMA ）传送方式，它使用专门的硬件把数据直接传送到计算机内存，从而提高了系统的数据吞吐量。采用这种方式后，处理器不需要控制数据的传送，因此它就可以用来处理更复杂的工作。为了利用 DMA 或中断传送方式，您的数据采集设备必须能支持这些传送类型。例如， PCI 、 ISA 和 IEEE1394 设备可以支持 DMA 和中断传送方式，而 PCMCIA 和 USB 设备只能使用中断传送方式。所选用的数据传送方式会影响您数据采集设备的数据吞吐量。

　　限制采集大量数据的因素常常是硬盘，磁盘的访问时间和硬盘的分区会极大地降低数据采集和存储到硬盘的速率。对于要求采集高频信号的系统，就需要为您的 PC 选择高速硬盘，从而保证有连续（非分区）的硬盘空间来保存数据。此外，要用专门的硬盘进行采集并且在把数据存储到磁盘时使用另一个独立的磁盘运行操作系统。

　　对于要实时处理高频信号的应用，需要用到 32 位的高速处理器以及相应的协处理器或专用的插入式处理器，如数字信号处理（ SP ）板卡。然而，对于在一秒内只需采集或换算一两次数据的应用系统而言，使用低端的 PC 就可以满足要求。

　　在满足您短期目标的同时，要根据投资所能产生的长期回报的值来确定选用何种操作系统和计算机平台。影响您选择的因素可能包括开发人员和最终用户的经验和要求、 PC 的其它用途（现在和将来）、成本的限制以及在您实现系统期间内可使用的各种计算机平台。传统平台包括具有简单的图形化用户界面的 Mac OS ，以及 Windows 9x 。此外， Windows NT 4.0 和 Windows 2000 能提供更为稳定的 32 位 OS ，并且使用起来和 Windows 9x 类似。 Windows 2000 是新一代的 Windows NT OS ，它结合了 Windows NT 和 Windows 9x 的优势，这些优势包括固有的即插即用和电源管理功能。

　　传感器感应物理现象并生成数据采集系统可测量的电信号。例如，热电偶、电阻式测温计（RTD）、热敏电阻器和 IC 传感器可以把温度转变为模拟数字转化器（analog-to-digital，ADC）可测量的模拟信号。其它例子包括应力计、流速传感器、压力传感器，它们可以相应地测量应力、流速和压力。在所有这些情况下，传感器可以生成和它们所检测的物理量呈比例的电信号。为了适合数据采集设备的输入范围，由传感器生成的电信号必须经过处理。为了更精确地测量信号，信号调理配件能放大低电压信号，并对信号进行隔离和滤波。此外，某些传感器需要有电压或电流激励源来生成电压输出。

　　放大功能 —— 放大是最为普遍的信号调理功能。例如，需要对热电偶的信号进行放大以提高分辨率和降低噪声。为了得到的分辨率，要对信号放大以使调理后信号的电压范围和 ADC 的输入范围相等。又例如， SCXI 有多种信号调理模块可以放大输入信号。在临近传感器的 SCXI 机箱内对低电压信号进行放大，然后把放大后的高电压信号传送到 PC ，从而限度地降低噪声对读数的影响。

　　隔离功能 —— 另一种常见的信号调理应用是为了安全目的把传感器的信号和计算机相隔离。被监测的系统可能产生瞬态的高压，如果不使用信号调理， 这种高压会对计算机造成损害。 使用隔离的另一原因是为了确保插入式数据采集设备的读数不会受到接地电势差或共模电压的影响。当数据采集设备输入和所采集的信号使用不同的参考 “ 地线 ” ，而一旦这两个参考地线有电势差，就会带来麻烦。这种电势差会产生所谓的接地回路，这样就将使所采集信号的读数不准确；或者如果电势差太大，它也会对测量系统造成损害。使用隔离式信号调理能消除接地回路并确保信号可以被准确地采集。例如， SCXI-1120 和 SCXI-1121 模块能提供高达 250 Vrms 的共模电压隔离， SCXI-1122 能提供高达 450 Vrms 电压隔离。

　　多路复用功能 —— 多路复用是使用单个测量设备来测量多个信号的常用技术。模拟信号的信号调理硬件常对如温度这样缓慢变化的信号使用多路复用方式。 ADC 采集一个通道后，转换到另一个通道并进行采集，然后再转换到下一个通道，如此往复。由于同一个 ADC 可以采集多个通道而不是一个通道，每个通道的有效采样速率和所采样的通道数呈反比。例如， 1MS/s 的 PCI-MIO-16E-1 采样通道为 10 个，那么每个通道的有效采集速率大约为：

　　由于模拟信号的模拟 SCXI 模块采用多路复用技术，一个数据采集设备可以测量多达 3,072 个信号。使用 AMUX-64T 模拟多路复用器，您可以使用一个设备来测量 256 个信号。所有内置有多路复用器的数据采集设备也具备这一特性。