非电量数据采集技术
随着大规模集成电路、半导体技术和信息技术的飞速发展使得以微型计算机为中心的信息处理系统发展迅猛在社会各领域得到普及逐步使得各行各业实现了自动化、智能化和系统化。
从近 20 多年化学实验测量仪器的不断变换来看就可以感受到其发展的迅猛。
人们不仅仅满足于简单的信息采集而更多的是依赖于电子计算机对信息的处理。
本章将简要介绍信息采集和信息处理等方面的基础知识。
第一节 非电量数据采集系统 数据采集技术是将非电量如温度、力(压力)、湿度、气体、位移等模拟量转换为数字信号再收集到计算机并进一步处理传送显示与记录的过程称为“信息采集”相应的系统即为数据采集系统(简称 DAS)。
数据采集技术已在非电量检测、通讯、雷达、遥测、勘探、智能仪器、工业自动控制等领城有着广泛的应用。
例如化工企业中用计算机控制生产过程时首先由传感器对生产过程中有关参数如温度、压力、位移等参数进行检测然后这些参数经转换电路变换为工业计算机所要求的电流或电压等标准模拟信号。
这些模拟信号由采样-保持电路将模拟信号按一定周期依一定次序逐个采入并经放大器、A/D 转换器变换成相应的数字量信号再将这些数字量信号输入计算机。
然后计算机运行相应程序对采集的信息进行综合分析、计算、判断并将其处理结果传送到各种执行机构、伺服机构就能实现各种复杂过程和系统的自动检测、自动控制和自动调整这样就可控制整个生产过程了。
数据采集系统原理方框图如图 所示主要电路由传感器电路、信号处理电路、模-数(或数-摸)转换电路以及微机系统等四部分组成。
图 数据采集系统
第一篇 基础知识与技术 2 一、传感器电路 传感器是信息采集系统的首要部件是实现现代化测量和自动控制(包括遥感、遥测、遥控)的主要环节是现代信息产业的源头又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。
现在传感技术与信息技术、计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱。
可以设想如果没有高度保真和性能可靠的传感器没有先进的传感器技术那么信息的准确获取就成为一句空话信息技术和计算机技术就成了无源之水。
目前从宇宙探索、海洋开发、环境保护、灾情预报到包括生命科学在内的每一项现代科学技术的研究以及人民群众的日常生活等等几乎无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。
因此毫不夸张地说没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展。
所谓的传感器是指一种具有特殊变换功能的装置这种装置能够感受、检测到某种形态的信息并将它变换成为另一种形态的信息。
其中敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量转换成可用的输出信号的部件通常这种输出信号以电量的形式出现。
而信号调节和转换电路是把输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。
有的也称这一部分电路为信号调理电路。
按照功能分有单功能、多功能、智能和仿生传感器按照所用的材料可分为半导体、陶瓷、光学和有机高分子传感器按所检测信息种类分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器。
当今传感器和传感技术能得以急速扩大应用一个是新材料的推出使得传感器从单一
第六章 非电量数据采集技术 3 尺寸发生变化的结构型传感器开始向半导体材料、高分子材料的固态型传感器演变这样就使得有可能在小块半导体上集成包括传感器、放大器、补偿器甚至微处理器。
由于篇幅所限本章只介绍物理化学实验室常用仪器中的几种传感器。
主要包括 模拟开关电路 用在多路模拟信号共用—个 A/D 转换器的场合。
放大器电路 大部分单片转换器都设计成能接收差动信号或单极性的单端输入信号。
因此需要解决模拟量与数字量之间相互转换的向题。
所谓数字信号是指在时间上和幅值上经过采样和量化的信号。
数字信号可用一序列的二进制数来表示。
模拟信号数字化时是用一基本量对与基本量具有同一量纲的一个模拟量进行比较这一过程称为量化。
把量化的结果用代码(可以是二进制也可以是二-十进制)表示出来称为编码这样代码就是 A/D 转换器的输出结果。
A/D 转换器的分辨率可以用二进制码的位数表示。
如用百分数表示其分辨率时其分辨率为 12%392. 0%1002%10018n
第一篇 基础知识与技术 4 如模拟输入量满量程信号值为 10V 时则基本量为 39.2mV。
四、微机系统 主要包括接口电路和应用软件。
串行接口的信号线少而且传输距离远是一种重要的接口形 数据采集接口卡电路 式。
串行接口可分为同步方式和异步方式通常微型计算机所配置的串行接口是通用异步传送接收器(UART)。