采集数据如何更好地进行数据采集

数据采集的原理

在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。

它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。

各种类型信号采集的难易程度差别很大。

实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。

数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。

假设对一个模拟信号x(t）每隔Δt时间采样一次。

时间间隔Δt被称为采样间隔或者采样周期。

它的倒数1/Δt被称为采样频率，单位是采样数/每秒。

t=0，Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t）的数值就被称为采样值。

所有x(0),xΔt),x（2Δt）都是采样值。

根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。

反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做奈奎斯特频率，它是采样频率的一半。

如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和奈奎斯特频率之间畸变。

采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。

这种信号畸变叫做混叠（alias）。

出现的混频偏差（aliasfrequency）是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。

采样的结果将会是低于奈奎斯特频率(fs/2=50Hz）的信号可以被正确采样。

而频率高于50HZ的信号成分采样时会发生畸变。

分别产生了30、40和10Hz的畸变频率F2、F3和F4。

计算混频偏差的公式是： 混频偏差=ABS(采样频率的整数倍－输入频率） 其中ABS表示“绝对值”， 为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集（A/D）之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。

这个滤波器称为抗混叠滤波器。

采样频率应当怎样设置。

也许可能会首先考虑用采集卡支持的最大频率。

但是，较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。

理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了，实际上工程中选用5～10倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。

通常，信号采集后都要去做适当的信号处理，例如FFT等。

这里对样本数又有一个要求，一般不能只提供一个信号周期的数据样本，希望有5～10个周期，甚至更多的样本。

并且希望所提供的样本总数是整周期个数的。

这里又发生一个困难，并不知道，或不确切知道被采信号的频率，因此不但采样率不一定是信号频率的整倍数，也不能保证提供整周期数的样本。

所有的仅仅是一个时间序列的离散的函数x(n）和采样频率。

这是测量与分析的唯一依据。

数据采集卡，数据采集模块，数据采集仪表等，都是数据采集工具。

如何更好地进行数据采集

工程师经常需要进行数据采集来验证产品的性能和指标，或者对一些特定的应用进行监测和控制，以便确定其物理参数，例如温度、应力、压力和流量。

在设计产品时，工程师需要进行各种测量以确保其产品能够达到预期的技术指标。

例如在电源表征应用中，工程师可能会测量不同负载条件下的电源输出。

在所有负载条件下，电压输出都必须保持稳定，同时产品内部的温度变化也应保持最小。

或者，在一家饮料制造厂中，化学工程师可能需要监测最终产品的液体流量。

在液体流量达到最小或最大极限值时，则需对其进行调整。

在某些情况下，采集此类数据可能非常困难。

有没有更好的办法来采集数据，并保证数据是有效的？本文介绍了几种数据采集应用，并将说明一些不同的工具如何帮助您采集和分析数据。

在本文中，我们将探讨这些应用的具体情况，并向您介绍通过选择适合的数据采集设备，将会为您的数据采集和分析带来哪些帮助。

选择测量设备 在数据采集过程中，许多测量都需要使用传感器将物理现象转换为电压、电阻或频率，再使用适当的测量设备（例如数字万用表）对这些电信号进行测量。

温度测量是数据采集中最常进行的物理测量之一，它可以通过使用热电偶、RTD（电阻式温度探测器）或热敏电阻传感器来实现。

热电偶是一个由两种不同金属构成的接点，而该接点在受热时会产生电压。

将该电压与一个参考接点进行比较，用两者的差值来确定相关的温度。

RTD 和热敏电阻是以电阻为基础制成的传感器。

随温度的变化，传感器的输出电阻将出现相应的改变。

您应当根据测量的类型以及应用所需的精度和线性度选择合适的传感器。

几乎所有的万用表都可以测量传感器产生的电压或电阻，但并非所有的万用表都可以将电压或电阻转换为物理测量值显示。

例如，如果您使用热电偶进行温度测量，就需要一个具有自动转换程序的万用表。

使用这些内置的转换程序，可以将原始的热电偶测量结果从电压值转换为温度值。

因此在进行物理测量时，例如上述的电源表征应用，必须选择一个具有自动转换程序的仪器。

与此同时，如果您希望进一步地简化数据采集和分析过程，请选择具有下列特性的数据采集设备：