数据采集子系统设计原则

数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作，它与传感器技术、信号处理技术、计算机技术一起构成了现代检测技术的基础。由于数据采集技术可以使许多抽象的模拟量数字化，进而给出其量值，或通过信号处理对该模拟量进行分析。与模拟系统相比，数字系统具有精度高、可靠性高等优点，因此，数据采集技术的应用越来越广泛。如温度、压力、位置、流量等模拟量，可以通过不同类型的传感器将其转换为电信号模拟量（如电压、电流或电脉冲等），再通过适当的信号调理将信号送给模拟数字转换器，使其转换为可以进一步处理的数字信号送给数字信号处理器或微处理机。反之，数字信号处理器或微处理器可通过数-模转换器（DAC）将其产生的数字信号转换为模拟信号，再通过信号调理进行输出^[1-2]。

随着科学技术的发展和数据采集技术的广泛应用，对数据采集系统的许多技术指标，如采样率、分辨率、存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求，其中前两项为评价超高速数据采集系统的最重要技术指标^[3]。

数据采集器是一种既可现场记录和分析又可以现场记录离线分析功能的机器设备，同样是一种便携式分析仪。它把由安装在机器设备上的振动传感器和过程传感器等测得的信号作为输入，由各种测量分析技术和多样化的显示格式等组成一个检测系统，主要应用于对机器设备进行定期巡回状态监测和故障诊断等多种领域。它能和计算机一起组成独立的监测诊断系统，是机器设备的计算机辅助诊断手段之一。

数据采集器根据用途分，可分为在线式数据采集器和便携式数据采集器。在线式数据采集器又可分为台式和模块式。

台式、便携式数据采集器大部分是由交流电源供电，模块式数据采集器大部分是由直流电源供电，一般是非独立使用的，在采集器与计算机之间由电缆连接构成数据采集传输系统，一般不脱机单独使用。数据采集器的应用涉及众多的领域，以下主要介绍一种数据采集器在实验室的典型应用。

由美国PASCO公司生产的“科学工作室”（Science Workshop）是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由传感器、计算机接口和应用软件三个部分组成，传感器是利用先进的传感技术可实时采集物理实验中个物理量的数据，计算机接口是将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高达25万次/s，对于应用软件也有中文及英文的不同版本。

Science Workshop数据采集器的几种应用方式：(www.xing528.com)

1）数据采集器与计算机结合提高了实验的测量精度，实现了测量数据和实验结果的自动输出，消除了传统试验仪中多次采样造成的误差；

2）在可见度小、显示瞬间变化物理实验中的运用；

3）在某些不宜直接观察物理变化规律实验中的运用；

4）对于易出错的物理概念，可以通过试验用数据采集器去检验；

5）运用物理概念和规律到野外开展探究性研究活动。

数据采集技术随着微电子技术、计算机技术、测控技术和数字通信技术的发展，已经在功能的多样性、体积的减小和使用便利等方面有了很大进步。