数据采集系统详解：串并转换电路与信号调理

本文主要探讨了智能仪器中的数据采集系统，包括其组成结构、模拟信号调理、不同类型的A/D转换器及其接口技术，并简要介绍了数据采集系统的误差分析。 在智能仪器的数据采集技术中，数据采集系统（DAS）扮演着至关重要的角色，它能够将各种物理参数如温度、压力、流量、位移等模拟信号转化为数字信号，便于计算机进行进一步处理。数据采集系统通常由四部分构成：传感器、模拟信号调理、数据采集电路和微机系统。传感器作为系统的前端，负责将物理现象转化为电信号；模拟信号调理则对这些信号进行放大、滤波以及线性化等预处理；数据采集电路通常包含A/D转换器，用于将模拟信号转换为数字信号；微机系统接收并处理这些数字信号，进行存储、处理、显示或打印。 数据采集系统根据其结构可以分为多路模拟输入通道的集中式采集和分布式采集。集中式采集主要包括三种典型结构：多路模拟输入通过共享的采集电路进行分时采集，多路同步采样但分时传输数据，以及每个通道独立采样并带有缓存。分布式采集则是通过多个数据采集站，每个站独立工作并通过网络与上位机通信。 模拟信号调理是数据采集过程中的关键步骤，其任务包括非电量到电量的转换、信号放大、滤波、零点校正、线性化、温度补偿以及误差修正。传感器的选择直接影响整个测试系统的性能，需要考虑转换范围、转换精度和转换速度等因素。 在A/D转换器方面，传统A/D转换器和Σ-Δ型ADC各有特点。Σ-Δ型ADC利用积分和过采样技术，提供高分辨率和低噪声性能，常用于要求高精度的应用。接口技术则涉及如何将A/D转换结果有效地传递给微处理器或计算机。 最后，数据采集系统的误差分析是设计中不可或缺的部分，这涉及到量化误差、失调误差、增益误差、热噪声和系统延迟等，理解并减少这些误差有助于提高整个数据采集系统的精度和稳定性。