1、基于 LabVIEW 的先进仪器系统 4.6 通用信号调理功能 无论所使用的传感器或换能器 是什么 类型，适当的信号调节设备可以提高该系统的质量和性能。信号调理功能对所有类型的信号都非常有用，包括放大，滤波和隔离信号。 4.6.1 扩增 不必要的噪音对基于 PC 的数据采集系统的测量精度是一场浩劫。信号调理放大电路，它适用于电脑机箱外，并靠近信号源 的 增益，可以提高测量的分辨率和有效地减少噪声的影响。一个放大器，不论位置是直接 接 在 DAQ 板卡或者是基于外部信号条件，都可以在 ADC 信号转换为数字值之前获得增益小信号。升压输入信号尽可能多的利用 ADC 的输入范围。然而，许多传感器产生
2、的电压输出信号是毫伏甚至微伏的量级。这些低级的模拟信号可以直接在 DAQ 板卡放大，也可以从信号导线或电脑机箱内放大任何选择的噪音信号。当输入信号小到微伏，这个噪声会淹没了信号本身， 就会 导致无意义的数据。 为减少对信号系统噪声影响的简单方法是对尽可能靠近源的信号进行放大，在可能会损坏信号 的 噪音进入导线或电脑机箱之前，提高模拟信号的电压高于噪音信号。例如，一个 J 型热电偶输出一个级别非常低的以 50 V/改变电压值的信号。 4.6.2 过滤和平均 过滤器是用来屏蔽 在一定频率范围内不必要的噪音。许多系统将展出来自源60Hz 的周期性噪声等组件作为电源或 动作 。低通滤波器信号调理电路可
3、以消除不需要的高频分量。但是，一定要慎重选择滤波器的带宽，这样信号的响应时间 可以不受影响。尽管许多信号调节器包括低通噪声滤波器 可 以消除不必要的噪音， 但还要采取 另外的预防措施 ，即 使用软件平均法去除额外的噪声。 软件平均法是数字滤波获取读数简单而有效的方法；对于所需的每个数据点，数据采集系统采集和平均多个电压读数。例如，一个常见的方法是获取 100点，为每个需要的测量量取平均值。 4.6.3 隔离 数据采集系统的接地不当是测量问题和损坏 DAQ 板卡最常见的原因。隔离信号调节器可以通过将信号从源到测量设备 通过 没有电或物理连接来防止这些大部分问题。隔离中断接地环路，屏蔽高共模电压，
4、并保护昂贵的数据采集仪器。对于电路隔离的常用方法包括使用光学，磁或容性隔离器。磁性和电容隔离调制信号将电压转换成频率。 频率没有直接的物理连接传输，在不被转换为电压值之前，可以跨越一个变压器或电容器。该电压被称为普通电压。如果使用一个单端测量系统，如图 4.27所示，测得的电压包括从所需信号， VS，以及来自额外的接地电流系统中 的 共模电压 VG。 如果一个数据采集板 卡在 具有差动输入的情况下，可屏蔽一些典型地高达12V 的 共模电压。然而，更大的地电位差，或接地回路，会损害未受保护的数据采集设备。 4.6.4 复用 信号调理器配备信号多路复用器 ， 可以有效地扩大输入 /输出（ I/ O
5、）的插入式DAQ 板卡的能力。典型的插入式 DAQ 板卡有 8-16 个模拟输入和 8-24 的数字 I / O线。外部多路复用器可以增加插件板上的 I / O 容量为数百甚至上千个频道。 模拟输入多路复用器采用固态继电器或开关顺序切换，或扫描 。 多路模拟输入信号 送 到数据采集板 卡 的通道。 4.6.5 数字信号调理 数字信号需要信号调理的外围设备直接与 DAQ 板卡连接信号。但在研究和工业环境中直接连接不是一个很好的做法，因为大的电压尖峰或大共模电压 存在的 可能性， DAQ 板卡没有某种类型的隔离数字信号。有些信号调理模块和电路板光学隔离数字量 I/ O 信号，以消除这些问题。数字
6、I/ O 信号可以控制机电或固态继电器切换负载，如螺线管，照明灯，电动机，等等。固态继电器也可以用来检测高电压场信号，并将其转换成数字信号。 4.6.6 脉冲操作 单个脉冲可以被用于样品的可变电容器，例如在微型计算机等读出脉冲，或可 以用于脉冲串。这种方法可以用于更简单的电子设备，但将有较高的噪音。 4.6.7 基于 PC 数据采集系统的信号调理系统 在本节讨论的信号调理功能是在产品中实现不同类型信号 的 调理。这些产品涵盖了非常广泛的价值和能力。例如，美国国家仪器公司的 SC-207X 系列终端板使用了热电偶温度传感器与易于除去电流测量电阻的丝印组件位置的实验布线区，简单的电阻 - 电容（
7、RC）滤波器和其它的信号调理电路。 信号调理的 5B 系列 I / O 模块针对特定类型的传感器或信号。多达 16 个 I/ O 模块可以安装在背板，并直接将模块连接到插入式 DAQ 板卡。对于外部信号复用， AMUX-64T 模拟多路复用器板扩展 I / O 多功能板卡的模拟输入功能多达 256个通道。 AMUX-64T 还包括一个温度传感器和 com-分量的位置。 SCXI 产品线结合复用模块的信号调节的灵活性，可扩展性，构成是一个信号调节系统。 4.6.8 SCXI 信号调理 在 LabVIEW 中，信号调理扩展仪器（ SCXI）是一个信号调理和前端插入式 DAQ板卡仪器。 SCXI 系统包含的 SCXI 机箱容纳一个或复用多个信号调理模块，放大，隔离 ， 条件模拟和数字信号。该 SCXI 系统将调理后的信号通过一个单一的插 入式 DAQ 板直接采集到 PC。各种 SCXI 模块有不同的信号调理功能。 例如， SCXI-1120 模块是一个 8 通道隔离放大器模块。每个输入通道包括隔离放大器，最高可达 2,000 的 增益和低通滤波器可配置为 4 赫兹或 10kHz 时的增益。 SCXI-1121 模块是一个四通道隔离放大器模块，也有四个通道激励。用户可以为电压或电流设定每个激励通道。该模块还包括完成应变计测量半桥电路。对
