数据采集系统：结构、信号调理与误差分析

"本文主要探讨了不加采样/保持器的数据采集系统，以及智能仪器在数据采集技术中的应用。内容涵盖了数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换器技术，特别是Σ-Σ型ADC，以及数据采集系统的误差分析。" 在数据采集系统中，采样/保持器（S/H）是一个关键组件，它确保在A/D转换过程中信号的稳定。然而，某些系统可能选择不使用采样/保持器，这通常是因为对信号质量有特殊要求或者为了简化系统设计。例如，一个12位分辨率的ADC，如果其转换时间为25微秒（tc=25μs），则理论上允许的最大信号频率不能超过1.5Hz，这是因为采样定理要求采样频率至少是被测信号最高频率的两倍。此外，提及的tAP=10ns可能是另一个系统参数，可能与A/D转换器的采样脉冲时间或转换速率有关，暗示系统能够处理的最高频率达到3750Hz。 数据采集系统（DAS）是用于将物理量如温度、压力、流量、位移等转换为数字形式的设备，便于进一步处理、存储、显示或打印。系统通常包括传感器、模拟信号调理、数据采集电路和微机系统。多路模拟输入通道允许系统同时测量多种物理量或同一物理量的多个测量点。集中式采集通常通过模拟多路开关和共享的A/D转换器实现，分时采集各传感器的信号。分布式采集则采用多个数据采集站，每个站独立处理并存储数据，通过通信接口与上位机连接，适合大型或分布广泛的测量任务。 模拟信号调理在数据采集中起着至关重要的作用，它包括信号放大、滤波、零点校正、线性化处理等多个步骤，以提高信号质量和准确性。传感器的选择直接影响到整个系统的性能，需要根据技术要求、精度和带宽来考虑。在信号调理电路中，前置放大器和滤波器是常见的组件，用于增强弱信号并去除噪声。 Σ-Σ型（Sigma-Delta）ADC是一种高精度、低速但具有高分辨率的转换器，常用于需要高精度和噪声抑制的场合。其工作原理基于反馈，通过连续地改变数字输出来逼近模拟输入，最终获得高精度的数字表示。 数据采集系统的误差分析涉及到量化误差、采样误差、线性度误差、温漂等，理解和控制这些误差对于提高系统整体性能至关重要。在设计数据采集系统时，必须综合考虑这些因素，以实现可靠且精确的数据获取。