机电一体化系统检测信号的采集方法

     模拟式和数字式检测系统比较：
     模拟式系统：精度低、易受干扰影响、不便于长距离传输、有A/D转换，成本高。
     数字式系统：分辨率高、抗干扰强、易于长距离传输、易于计算机控制、应用广泛。
     1.模拟信号的采集方法
     ① 通道输入
    
     ②多路分时采集单端输入结构
     下图为此输入电路结构。多个被测信号分别由各自的传感器和信号变换电路组成的多通道，经多路转换电路切换进入共用的采样/保持电路和A/D转换电路，输入主机，图中C、L为控制逻辑部分。
     它的特点是多个被测信号共同使用一个S/H电路和A/D电路，简化了电路结构，降低了成本。但是，它对被测信号的采集是由转换开关分时轮流切换选通的，因而在时间上不能获得多个信号在同一时刻的数据，尽管这种“时间差”是很短的，但对要求严格同步采集的高速采集检测系统，这种时间偏移误差也是不能允许的。因而这种结构较广泛用于多路中速和低速微机检测系统。
    
     ③多路同步采集分时输入结构
     下图是多路同步采集分时输入电路，它是在上图所示结构的基础上加以改进的输入通道电路，其特点是在多路分时采集各信号通路中加一个S/H电路，使多路信号的采集在同一时刻进行，实现了同步采集。然后由各自的保持其保持着采集到数据，等待多路转换开关分时切换与共用的S/H电路和A/D电路接通，输入主机。这样可消除上述结构产生的时间偏移误差。这种结构既可满足同步采集的要求，又使电路结构不太复杂。但是仍存在不足之处，特别是对于被测信号的数目较多的系统，由于同步采得的数据在保持器中保持的时间会因转换路数增多而加长，而且保持器总是有一些电荷泄漏，致使信号值有所衰减。各路信号保持时间越长，器衰减量也越大。因此严格来说，这种结构虽可实现同步采样，但还不能获得同一时刻的数据。虽然这种由于保持器造成的衰减误差是极微小的，但对于高精度快速多路检测系统仍应慎重使用。
    
     ④多路同步采集多通道输入结构
    
     这种电路的原理是由多个单通道电路并列构成多路输入结构，如图所示。显然，这种电路的每个被测信号从采集直到A/D转换都是单独完成的，各采样值在时间上、数值上比较精确。
     采样/保持电路
    
     图中为采样开关S的控制信号，为保持电容，A为跟随器，器阻抗变换作用，故又称缓冲器。当为采样电平时，S闭合导通，被检测的模拟信号向保持电容充电，此时缓冲器的输出将跟随变化；当转为保持阶段时，S打开使与输入电压断路，此时输入电压随着电容电压保持在开关S断开瞬间的模拟信号值。由于缓冲器A的输入阻抗很大，使无法向S/H器负载放电，所以保持电容是不能直接与负载相连的，缓冲跟随器是必可少的。
     2. 数字信号的采集方法
     （1）M法数字检测
     定义：在一定时间T内，测取数字量传感器测量电路发出脉冲的个数来计算被测参数的方法。
    
     测速装置的分辨率为:
     测量装置的分辨率在不同的区段是不同的。在低段的分辨率低(精度低)，而在高段的分辨率高(精度高)。
     （2）T法数字检测
     定义：通过测量脉冲发生器发出的相邻两脉冲之间的间隔时间来计算被测参数的方法为T法
     分辨率为：
    
     测量装置的分辨率在不同的区段是不同的，在低段的分辨率高，而在高段的分辨率低。
     时钟脉冲频率fc越高，则检测装置的分辨率越灵敏。但这样会增加检测装置计数器字长，时钟脉冲频率fc由下式确定:
    
     （3）M/T法数字检测
     定义：在固定的时间间隔内，由一个计数器对脉冲发生器的输出计数，得脉冲数m1，同时用另一计数器在同样的时间间隔内同步地对时钟脉冲进行计数，得另一脉冲数m2。
     计算公式：设脉冲发生器每转一周输出P个脉冲数，若采用频率为fc的时钟进行计数，则转速n为:
    
     分辨率为:
    
     测量装置的分辨率是一个常数，与转速的高低无关。