數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理是什么？

　　在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類(lèi)型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。

　　假設(shè)對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔Δt時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔Δt被稱(chēng)為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/Δt被稱(chēng)為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0,Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t)的數(shù)值就被稱(chēng)為采樣值。所有x(0),xΔt),x(2Δt)都是采樣值。根據(jù)采樣定理，*低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的*大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。

　　采樣率過(guò)低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊(alias)。出現(xiàn)的混頻偏差(aliasfrequency)是輸入信號(hào)的頻率和*靠近的采樣率整數(shù)倍的差的優(yōu)良值。

　　采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz)的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率高于50HZ的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。分別產(chǎn)生了30、40和10Hz的畸變頻率F2、F3和F4。計(jì)算混頻偏差的公式是：

　　混頻偏差=ABS(采樣頻率的*近整數(shù)倍-輸入頻率)

　　其中ABS表示“優(yōu)良值”，

　　為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集(A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。這個(gè)濾波器稱(chēng)為抗混疊濾波器。

　　采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置。也許可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的*大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠的內(nèi)存或者硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)*高頻率成分的2倍就夠了，實(shí)際上工程中選用5～10倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。

　　通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如FFT等。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有5～10個(gè)周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)的。這里又發(fā)生一個(gè)困難，并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。所有的僅僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù)x(n)和采樣頻率。這是測(cè)量與分析的*依據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集儀表等，都是數(shù)據(jù)采集工具。