信号采集之传感器信号学习笔记

CSDN话题挑战赛第2期
参赛话题：学习笔记

不同的数据采集对象所传递的信号类型也不尽相同，因此有必要对各种信号的基本特点有所了解，才能在对信号进行后续的调理和分析过程时采取最合适的方法。
在一般的数据采集应用中，常见的信号可分为模拟信号和数字信号两大类，模拟信号是指幅值可取连续值的信号，而数字信号的幅值只能取离散值，即规定的某些值，一般仅为高电平或低电平。
继续按照信号所能传递的信息种类进行细分，可将数字信号和模拟信号继续划分为：
●　数字信号
◆　开关信号（On-off）；
◆　连续脉冲信号（Pulse Train）。
●　模拟信号
◆　直流信号（DC）；
◆　时域信号（Time Domain）；
◆　频域信号（Frequency Domain）。
各类信号的典型波形及其传递信息的种类如表所示。
常见的采集对象一般都可用上述五种信号中的一种或多种进行表示，在使用时应根据具体需要选择最适于表达的种类。

（1）开关信号
开关信号是较简单的一种数字信号，仅包含了状态信息，其幅值只能取高电平或低电平中的一个，常应用于对继电器、阀门等开关量信号的采集和控制。
TTL信号就是一个开关信号，一个TTL信号如果在2.0～5.0V，就定义它为逻辑高电平，如果在0～0.8V，就定义为逻辑低电平。

（2）连续脉冲信号
连续脉冲信号的幅值也只能取高电平或低电平，但它可由一连串脉冲信号组成，而高低电平状态变化的数目、速度及占空比等，都可用来传递信息，如用于测发动机转速的光学编码器就可以产生连续脉冲信号。
能够采集连续脉冲信号的设备必须能够检测到信号的状态变化，并具有计时或计数功能。连续脉冲信号还经常用于步进电机的控制。

（3）直流信号
直流信号是一种静态或变化较缓慢的模拟信号，它主要通过电压的具体数值传递幅值信息，生活中随处可见这样的对象，如温度、电池电压、压力、流速等。
由于它的变化相对于数据采集速度非常缓慢，所以一般情况下最关心的并不是采样率有多高，而是采样精度有多准确，这一般由ADC的转换精度和采样位数决定。

（4）时域信号
时域信号与其他信号不同在于，它在运载信息时不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化。时域信号是一种以时间为横轴，幅值为纵轴形成的连续信号，所传递的主要是信号的形状信息，也称时域信息。
在采集一个时域信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些有关波形形状的特性，如波形的变化率、峰谷值、峰谷时刻、峰谷形状等。为了测量一个时域信号，必须有一个精确的时间序列，序列的时间间隔也应该合适，以保证信号的有用部分被采集到。要以一定的速率进行测量，这个测量速率要能跟上波形的变化。

用于测量时域信号的采集系统包括一个A/D、一个采样时钟和一个触发器。A/D的分辨率要足够高，保证采集数据的精度，带宽要足够高，用于高速率采样；精确的采样时钟，用于以精确的时间间隔采样；触发器使测量在恰当的时间开始。存在许多不同的时域信号，如心脏跳动信号、视频信号等，测量它们通常是因为对波形某些方面的特性感兴趣。

（5）频域信号
模拟频域信号与时域信号类似，然而，从频域信号中提取的信息是基于信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间变化的特性。频域信号是一种以频率为横轴，频率分量幅值为纵轴形成的连续信号，传递的主要是信号的频率信息。

在无法直接从时域信号中提取有效信息时，往往需要转换到频域进行研究。例如，对音频信号、机械振动信号、地震波信号等的研究和分析中常用到频域信号。与时域信号的采集要求类似，用于测量一个频域信号的系统必须有一个A/D、一个简单时钟和一个用于精确捕捉波形的触发器。系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。

从时域转换到频域的过程常由数据采集系统中的软件部分实现，例如，LabVIEW中提供了许多傅里叶分析相关的VI可以利用，当然用户也可自行编写子程序实现，在对转换速度要求较高时，也可利用专门的DSP处理器通过硬件实现。

上述信号分类不是互相排斥的。一个特定的信号可能传载有不止一种信息，可以用几种方式来定义信号并测量它，用不同类型的系统来测量同一个信号，从信号中获取用户需要的各种信息。

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