接地信号
浮动信号
一个不与任何地（如大地或建 筑物的地）连接的电压信号称 为浮动信号，浮动信号的每个 端口都与系统地独立。一些常 见的浮动信号源有电池、热电 偶、变压器和隔离放大器等。
测量系统分类 ---差分测量系统
信号的正负极分别与一个模拟输入 通道相连接。具有仪器放大器 （Instrumentation Amplifier）的数 据采集设备可配置成差分测量系统。
LabVIEW的特点与优点
图形化编程方式 提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数 即提供传统的程序调试手段，同时提供独到的高亮执行
工具，程序调试、开发更方便 包括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485、USB在
内的各种仪器通信总线标准的功能函数 提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，如DLL、
采样定理
在进行信号采样时，需要遵循采样定理：设连 续模拟信号X(t)的频谱为X(f)，以采样间隔Ts 采样得到的离散模拟信号为X(nTs)，如果X(f) 和Ts满足以下条件，离散信号X(nTs)可以完全 确定频谱X(f)
X(f)有截止频率(即最高频率)fh，即当|f|≥ fh时， X(f)＝0
数据结束端 当前读取标志
连续模拟输入
需要注意，程序读取数据的速度要不慢于设备往缓冲区 中存放数据的速度，这样才能保证连续运行时，缓冲区 中的数据不会溢出。可以通过调节以下3个参数来达到 上述要求：
buffer size（缓存的大小） scan rate（采样速率） number of scans to read at a time（每次读取的样本数）
模噪声的影响，所以差分输入方式的采集精度较高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据采集系统的组成
模拟多路开关
模拟多路开关可以分时选通来自多个输入通道的某一路 信号，使得在一个特定的时间范围内，只允许一路模拟 信号输入到A/D转换器。因此，在多路开关后的单元电 路，如采样/保持电路、A/D及处理器电路等，只需一套 即可，这样可以降低成本，减小设备体积。
采集卡基本参数
以NI公司的PCI-6071E多功能采集卡为例，介绍采集卡 的一般参数：
模拟输入：64路单端/32路双端，输入范围：±10V 分辨率：12位 采样频率：最高1.25MS/s 模拟输出：2路，12位，1MS/s，输出范围：±10V 数字I/O：8路 计数器：2路，24位，基准时钟20MHz或100KHz
Ts ≤1/2fh 或 fs ≥2fh
混叠的消除
由采样定理可知，如果要求不产生混叠干扰，首先应使 被采样信号X(t)成为有限带宽的信号。为此，对不满足 此要求的信号，在采样之前，使其先通过模拟低通滤波 器滤除高频成分，使其成为带限信号。这种处理称为抗 混叠滤波预处理。其次，应使采样频率fs大于带限信号 最高频率fh的2倍，即fs>2fh。
量化就是把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整倍数 比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来代替该幅 值。这一过程称为“量化过程”，简称“量化”。
最小数量单位称为量化单位。量化单位定义为量化器满
量程电压FSR（Full Scale Range）与2n的比值，用q表
示，有：
q

FSR 2n
不是每个数据采集卡都具有这些特殊采样功能的，使用 前要查看采集卡的使用手册；
第三部分
为什么选择LabVIEW做数据采集？
LabVIEW是一种面向工程师的编程语言，采用图形化编 程，多线程同步运行，只需要连线就能进行软件的编制。 提供了丰富的函数库和控件，搭建软件的界面非常迅速， 一个熟练的工程师可能只需要几分钟就能搭建一个数据 采集系统。
NI的数据采集卡提供了对LabVIEW丰富且完备的支持， 驱动函数都是在底层的基础函数上进行了高度封装，用 户不需要对采集卡具体工作有深入的了解，只要掌握这 些驱动函数输入/输出端口的意义，就能进行数据采集 开发。
虚拟仪器的构成
虚拟仪器与传统仪器的比较
独立式传统仪器的基本框架类似于基于PC 机的虚拟仪 器
根本区别在于两者不同的灵活性，用户是否能够根据各 自不同的需求对其进行修改和扩展
虚拟仪器的特点
软件是虚拟仪器的核心 性价比高 缩小了仪器厂商与用户之间的距离 具有良好的人机界面 具有方便、灵活的互联 可靠性高 具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点 维护、维修方便
开辟一段循环缓冲区，设备连续采集数据并将数据向 缓冲区中存放的同时，LabVIEW依据设置，将缓存中 的数据一段一段地读取出来。最常用的采集方式。
连续模拟输入
采到缓冲区 中的数据 数据结束端 （AI Start）
当前读取标志
数据结束端
当前读取标志
数据结束端
LabVIEW从缓冲 区中读取的数据 （AI Read）
测量系统分类 ---无参考地单端测量系统
所有测量都有一个共同的参考 源，但此类参考电压可根据测 量系统的地面实际情况而有所 不同。在无参考地单端测量系 统中，信号的一端接模拟输入 通道，另一端接一个公共参考 端（AISENSE），但这个参 考端电压相对于测量系统的地 来说是不断变化的。一个单通 道的无参考地单端测量系统和一 个单通道的差分测量系统是一 样的。
多路开关从一个通道切换到另一个通道时会发生瞬变现 象，使输出产生短暂的尖峰电压。
模拟多路开关的源负载效应误差和串扰等因素对检测精 度有较大的影响，尤其是在信号源内阻较大的时候，因 此，信号源的内阻应该尽可能的小。
数据采集卡的功能
功能
模拟输入 模拟输出 数字I/O 计数器
描
述
数据采集卡最基本、最常用的功能，将模拟电压 信号通过A/D转换成数字信号。常用于检测温度、 压力 、流量等传感器的输出电压信号。
什么是LabVIEW
LabVIEW是美国NI（National Instrument）公司推出的 一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言） 的虚拟仪器软件开发工具。
LabVIEW为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设 计环境。利用它，设计者可以像搭积木一样轻松组建一 个测量系统和构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁 琐的计算机代码的编写。
DDE、ActiveX等 强大的网络功能，支持常用网络协议
LabVIEW程序实例（前面板）
输入 控件
显示 控件
按钮
LabVIEW程序实例（后面板）
生成函数
第二部分
数据采集的任务
数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出 的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送 入计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与 此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现 对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程 中的计算机控制系统用来控制某些物理量。
连续采集的程序模型为：
AI Config
AI Start
AI Read
Data Process
循环
AI Clear
连续模拟输入程序实例
模拟输入的讨论
对于一些复杂的采集任务，可以采用一些特殊的采集方 式，例如采用外部时钟采集、触发采集等；
触发采集种类很多，根据触发信号类型可以分为数字信 号触发和模拟信号触发；根据触发形式可以分为边沿触 发和窗口触发；根据触发功能可以分为启动触发、暂停 触发和参考触发；
式中，n为量化器的位数，也就是采集卡的采样位数。
量化误差
由量化引起的误差叫做量化误差（也常叫做量化噪声， 因为它常与噪声有相同影响）。
量化误差的最大值为q，它是一种原理性误差，只能减 小而不能完全消除。
由前面q的定义式可以看出，减小量化误差可以通过两 个途径： 减小FSR，即根据输入信号的大小，设置合理的 采集卡通道的输入信号范围； 增大n的值，即选择采样分辨率高的采集卡。
LabVIEW中的模拟输入
形式
单点采集 波形采集 连续采集
描
述
采集设备从一个或多个输入通道分别获取一个信号值， 然后LabVIEW立即返回这个值，这是一个即时、无缓 冲的操作。效率和灵活性低。
在计算机内存中开辟一段缓冲区，设备将采集的数据 存入其中，当指定的数据采集完成后，LabVIEW再将 缓冲区中的数据一次读出，此时输出的是一段有限长 度的信号波形。
数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。
模拟信号的数字化处理
数据采集的核心过程就是 将连续的模拟信号转换成 离散的数字信号
采样点太多，会占用大量 内存单元；采样点太少， 会使模拟信号的某些信息 被丢失，出现失真现象
混叠干扰
图中采样频率500Hz，5个正 弦波的频率分别为100Hz， 200Hz，300Hz，375Hz和400 Hz。因为100Hz，200Hz的信 号频率小于fs/2，可以由离 散信号还原出原始的正弦波 连续信号。而300Hz，375Hz 和400Hz的信号频率都大于 fs/2，故离散信号重构原信 号时形成了频率不同于原信 号频率的信号，即混叠 （aliasing）干扰。
信号分类
在数据采集应用领域，常将被测信号分为数字信号和模 拟信号（也称连续时间信号）。数字(二进制)信号分为 开关信号或脉冲信号。模拟信号可分为直流、时域、频 域信号，如下图所示。
模拟信号的连接方式
接入数据采集设备的信号根据参考点的不同可以分为接地信号和浮 动信号两种类型。
接地信号：就是以系统地（如建筑物的地）为参考点的信号，也称 参考信号。因为接地信号用的是系统地，所以与数据采集设备是共 地的。最常见的接地信号源是通过墙上的接地引出线接入建筑物地 的设备，如信号发生器和电源。
测量系统的选择
连接方式
差分 参考地单端 无参考地单端
接地信号