1动态信号采集振动测试实验第四讲2力传感器加速度传感器 适调器适调器？01100111f动态信号采集a将模拟信号转变为便于存储、传输和分析处理的数字信号3采样x(t)为模拟量，s(t)为采样函数。采样就是将采样函数s(t)乘上模拟信号x(t)得到图c的过程 采样得到一个幅值连续的离散序列 每两个离散点之间的时间间隔 称为采样间隔，它的倒数称为采样频率x(t)s(t)x(t)ttt(a)(b)(c)ttFs = /14采样定理离散序列 能否代表采样前的模拟信号 ?受到采样频率的限制只有满足采样定理的情况下，它们才能等效采样定理连续物理信号 ，如果它的频谱分布在有限频率区域内（=sF)(nx )(txtNTtFs = ,1TN5频率混叠采样信号的频谱包含原信号的频谱和无限个经过平移的原信号频谱，平移量为采样频率Fs 若原信号中含有大于采样频率1/2的频率成分，将叠加到采样频率1/2以内，并与该频率内的数据发生混叠 直观物理解释：在一个信号周期内采集的数据点不超过2个，所得到的离散序列不足以表现信号的周期性Fs Fs|X( f )|6 模拟信号中含有频率为900Hz，400Hz及100Hz的成分 以Fs = 500Hz进行采样 100Hz的信号，采样后能真实反映原信号 400Hz和900Hz的信号，采样后完全失真了*tttx ( )tx ( )tx ( )tf 3 900Hz=1 100Hzf =2 400Hzf =1100 s=0.01sf = 500HzS500Hzf =S500Hzf ST s0.002s7解决频率混叠的方法1）提高采样频率2）在信号采样之前用模拟低通滤波器（抗混滤波器）理想的低通滤波器在通带内传递特性为1，而在高于截止频率的阻带内传递特性为0 理想滤波器在物理上是无法实现，实际低通滤波器通常是分别对阻带、通带及过渡带传递特性提出一定要求8 量化的概念将模拟量幅值变换成数字量的过程（例1、2）。b位A/D变换器的量化精度为 当模拟量不等于量化单位q的整数倍时产生量化误差，相当于在x(n)上叠加一个随机噪声 若A/D变换器的总位数为b，则A/D变换器的理论动态范围为)(62lg201lg20 dBbbq =bq 21=量化王彤： 振动测试实验第四讲 1/3，2011-12-294位A/D变换示意图102位A/D变换示意图11 前述动态范围以信号满量程定义，测量信号愈小（相对于满量程），则动态范围愈小例如：12位A/D变换器，满量程为5V满量程时的动态范围为72dB若信号只有50mV，则动态范围仅为32dB 解决措施将信号放大到接近满量程，以充分利用量化动态范围在采样和量化前増加一个可编程的程控放大器量化12程控放大器 放在采样和量化之前，属于信号适调器 目的：将信号放大到接近满量程，减小量化误差，充分利用A/D变换器的动态范围 实质上是放大倍数（增益）可编程控制的测量放大器，主体部分是运算放大器ifi RRUUK = 0改变Ri或Rf均可改变放大器增益13程控放大器ADC小信号大信号14 程控放大器由运算放大器和分压电阻网络组成，分压电阻由逻辑电路通过电子模拟开关控制 现代先进数据采集系统的程控放大器具有自动增益（Auto Range）功能 根据输入信号的特点，程控放大器的输入一般有两种耦合方式，即直流耦合和交流耦合RVi Vo分压电阻网络数字控制输入15采样/保持器（S/H）对连续信号的采样通过周期脉冲序列来完成。实际的脉冲有一定宽度t0，但远小于采样间隔t。在t0时间内实现量化很困难，一般采用保持器来记忆采样得到的时间离散信号，在信号保持期间进行模数转换。x(t)s(t)x(t)ttt(a)(b)(c)16模/数转换器（A/D） 模拟量到数字量的量化过程由A/D转换器实现 通常A/D转换器的输入模拟量为直流信号，连续信号经采样后在“保持”阶段也呈直流状态 A/D转换有几十种方法，在动态数据采集中应用最广泛的是逐次逼近式模数转换器 逐次逼近式模数转换器的基本原理: 将未知的、幅值连续的直流电压Ui与已知的电压Uj由粗到细逐次比较、逐次逼近，直到两者的差别小于分档误差为止，与天平称重原理类似王彤： 振动测试实验第四讲 2/3，2011-12-217天平称重逻辑 砝码：1,2,4,8,16,32g；物体重27g 最终重量：留码, d6=1平衡16留码, d5=1欠重25去码, d4=0超重44留码, d3=1欠重83留码, d2=1欠重162去码, d1=0超重321去/留码天平比较加砝码序g2711214081161320 =+18A/D变换过程实例 8位A/D变换器，UR=10.24V，被转换电压Ui=8.3V 经8次转换得到最终数码1100111，对应电压为8.28V序 预置数码 Uf（v） 弃/留 完成码1 10000000 5.12 留 100000002 11000000 7.68 留 110000003 11100000 8.96 弃 110000004 11010000 8.32 弃 110000005 11001000 8.00 留 110010006 11001100 8.16 留 110011007 11001110 8.24 留 110011108 11001111 8.28 留 1100111119动态信号采集的过程采样保持 A/D转换程控放大抗混滤波王彤： 振动测试实验第四讲 3/3，2011-12-2