模擬式和數(shù)字式檢測系統(tǒng)比較:
模擬式系統(tǒng):精度低、易受干擾影響、不便于長距離傳輸、有a/d轉換,成本高。
數(shù)字式系統(tǒng):分辨率高、抗干擾強、易于長距離傳輸、易于計算機控制、應用廣泛。
1.模擬信號的采集方法
① 通道輸入
②多路分時采集單端輸入結構
下圖為此輸入電路結構。多個被測信號分別由各自的傳感器和信號變換電路組成的多通道,經(jīng)多路轉換電路切換進入共用的采樣/保持電路和a/d轉換電路,輸入主機,圖中c、l為控制邏輯部分。
它的特點是多個被測信號共同使用一個s/h電路和a/d電路,簡化了電路結構,降低了成本。但是,它對被測信號的采集是由轉換開關分時輪流切換選通的,因而在時間上不能獲得多個信號在同一時刻的數(shù)據(jù),盡管這種“時間差”是很短的,但對要求嚴格同步采集的高速采集檢測系統(tǒng),這種時間偏移誤差也是不能允許的。因而這種結構較廣泛用于多路中速和低速微機檢測系統(tǒng)。
③多路同步采集分時輸入結構
下圖是多路同步采集分時輸入電路,它是在上圖所示結構的基礎上加以改進的輸入通道電路,其特點是在多路分時采集各信號通路中加一個s/h電路,使多路信號的采集在同一時刻進行,實現(xiàn)了同步采集。然后由各自的保持其保持著采集到數(shù)據(jù),等待多路轉換開關分時切換與共用的s/h電路和a/d電路接通,輸入主機。這樣可消除上述結構產(chǎn)生的時間偏移誤差。這種結構既可滿足同步采集的要求,又使電路結構不太復雜。但是仍存在不足之處,特別是對于被測信號的數(shù)目較多的系統(tǒng),由于同步采得的數(shù)據(jù)在保持器中保持的時間會因轉換路數(shù)增多而加長,而且保持器總是有一些電荷泄漏,致使信號值有所衰減。各路信號保持時間越長,器衰減量也越大。因此嚴格來說,這種結構雖可實現(xiàn)同步采樣,但還不能獲得同一時刻的數(shù)據(jù)。雖然這種由于保持器造成的衰減誤差是極微小的,但對于高精度快速多路檢測系統(tǒng)仍應慎重使用。
④多路同步采集多通道輸入結構
這種電路的原理是由多個單通道電路并列構成多路輸入結構,如圖所示。顯然,這種電路的每個被測信號從采集直到a/d轉換都是單獨完成的,各采樣值在時間上、數(shù)值上比較精確。
采樣/保持電路
圖中為采樣開關s的控制信號,為保持電容,a為跟隨器,器阻抗變換作用,故又稱緩沖器。當為采樣電平時,s閉合導通,被檢測的模擬信號向保持電容充電,此時緩沖器的輸出將跟隨變化;當轉為保持階段時,s打開使與輸入電壓斷路,此時輸入電壓隨著電容電壓保持在開關s斷開瞬間的模擬信號值。由于緩沖器a的輸入阻抗很大,使無法向s/h器負載放電,所以保持電容是不能直接與負載相連的,緩沖跟隨器是必可少的。
2. 數(shù)字信號的采集方法
(1)m法數(shù)字檢測
定義:在一定時間t內,測取數(shù)字量傳感器測量電路發(fā)出脈沖的個數(shù)來計算被測參數(shù)的方法。
測速裝置的分辨率為:
測量裝置的分辨率在不同的區(qū)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法數(shù)字檢測
定義:通過測量脈沖發(fā)生器發(fā)出的相鄰兩脈沖之間的間隔時間來計算被測參數(shù)的方法為t法
分辨率為:
測量裝置的分辨率在不同的區(qū)段是不同的,在低段的分辨率高,而在高段的分辨率低。
時鐘脈沖頻率fc越高,則檢測裝置的分辨率越靈敏。但這樣會增加檢測裝置計數(shù)器字長,時鐘脈沖頻率fc由下式確定:
(3)m/t法數(shù)字檢測
定義:在固定的時間間隔內,由一個計數(shù)器對脈沖發(fā)生器的輸出計數(shù),得脈沖數(shù)m1,同時用另一計數(shù)器在同樣的時間間隔內同步地對時鐘脈沖進行計數(shù),得另一脈沖數(shù)m2。
計算公式:設脈沖發(fā)生器每轉一周輸出p個脈沖數(shù),若采用頻率為fc的時鐘進行計數(shù),則轉速n為:
分辨率為:
測量裝置的分辨率是一個常數(shù),與轉速的高低無關。